趙健

摘 要

本文根據(jù)電子專業(yè)“微機原理與接口技術”課程的特點，結合新工科背景下對學生實踐能力的要求，提出了課程教學改革的方案。文中結合新技術和實際應用，詳細介紹了課程理論教學的各個部分;針對實踐教學的薄弱環(huán)節(jié)，專門設計了課內實驗和課外實驗的內容。

關鍵詞

微機原理;課程改革;能力培養(yǎng)

中圖分類號： TP3-4;G712 ? ? ? ? ? ? 文獻標識碼： A

DOI：10.19694/j.cnki.issn2095-2457 . 2020 . 06 . 24

0 引言

電子專業(yè)的核心課程中有三門相互聯(lián)系的課程，按照授課的先后順序分別是：“單片機原理與接口技術”、“微機原理與接口技術”、“嵌入式系統(tǒng)的應用與開發(fā)”。三門課程教學內容相互貫通，“微機原理與接口技術”起到承上啟下的作用，對“單片機原理與接口技術”課程的延伸，也是對“嵌入式系統(tǒng)的應用與開發(fā)”課程的鋪墊。課程主要講授：微型計算機工作原理、微處理器內部結構、匯編語言程序設計、存儲器原理和微處理器外圍接口設計等內容。針對課程特點和性質，結合當下新工科建設的要求，本文對課程教學內容和方法提出了改革方案。

1 教材選擇

課程教材選用由李珍香主編，清華大學出版社出版的《微機原理與接口技術》。該教材可以作為計算機專業(yè)、電子專業(yè)、自動化專業(yè)的教材，其具有以下特點：在注重基礎知識的同時，突出了實用性，貼合實際;重視科技前沿的介紹，計算機技術飛速發(fā)展，增加前沿知識的講授，保證了教材的先進性;采用了實例驅動和啟發(fā)式教學，將枯燥、乏味、難理解但又是重點的內容，通過形象的比喻和聯(lián)系實際，讓學生通俗易懂;教材通過大量的實例來介紹程序設計和接口電路，讓學生在實例的基礎上進行舉一反三，自己動手設計程序和電路，增強了動手實踐能力。

2 課程的理論教學

根據(jù)本校電子專業(yè)教學大綱，“微機原理與接口技術”課程理論教學48學時，主要講授：微型計算機工作原理、微處理器內部結構、匯編語言程序設計、存儲器原理和微處理器外圍接口設計等內容。為了滿足新工科建設對學生能力的要求和提高學生的學習興趣，對每一個理論教學部分做了精心設計。課程以Intel公司16位微處理器8086構成的計算機作為主體來講解課程內容。由于8086構成的計算機早已淘汰不用，所以課程中的一些芯片和電路已經沒有實際應用。但是，芯片和電路的設計思想在現(xiàn)在的新型計算機中仍然在沿用或者在其基礎上加以更新使用。所以，在教學過程中注重講解芯片和電路的設計思想。

2.1 微型計算機工作原理

首先，介紹微型計算機的發(fā)展過程，從微型計算機的誕生講到最新的計算機，重點介紹現(xiàn)階段最新微型計算機的技術狀況和性能指標。然后，講解微型計算機的組成和工作原理。微型計算機采用了“馮諾依曼”的存儲結構，前期課程“單片機原理與接口技術”中8051單片機采用了“哈弗結構”的存儲結構，將兩種設計思想做對比，讓學生深入體會微處理器訪問存儲器的過程，從而理解微型計算機的工作過程。最后，講解微型計算機中常用計數(shù)制和編碼。詳細說明二進制、十進制、十六進制的表示方法和相互轉換的過程;理解ASCII碼的內容構成。

2.2 微處理器內部結構

微處理器以Intel公司具有劃時代意義的16位CPU 8086為例進行講解，重點介紹其內部結構、寄存器組織、外部引腳和總線操作與時序。該CPU結構簡單，學生容易理解和掌握。將8086 CPU和前期課程“單片機原理與接口技術”中8051單片機作詳細對比，重點比較流水線工作過程和存儲器的分段管理。讓學生對兩款CPU的設計思想做深入了解。為了提高學生的學習興趣，將最新的計算機技術：超線程、多核處理器、磁處理器等進行介紹。

2.3 匯編語言程序設計

匯編語言程序設計部分講解8086 CPU指令系統(tǒng)、尋址方式、程序結構設計方法和程序調試方法。本部分內容理解和記憶比較困難，但卻是課程的重點。所以，在講解過程中增加實際例子的分析，詳細說明程序的設計思路和設計過程。任課教師在多媒體計算機上演示程序編寫和調試的每一個步驟，“手把手”的教給學生程序設計的方法和調試的方法。配合學生實驗讓學生掌握如何進行匯編語言編程。

2.4 存儲器原理

本部分講解存儲器體系結構、擴展方法和高速緩存技術。存儲器體系結構重點說明寄存器、高速緩存、內存、輔助存儲器的速度和容量的關系。介紹最新微型計算機中存儲器的性能指標和選購指南，讓學生在選購個人計算機的時候提供理論依據(jù)。這樣既提高了學生的學習興趣，也加深了知識的理解。存儲器的擴展方法講授并行存儲器的擴展電路，重點講解存儲器地址的分配方法。高速緩存技術解決了CPU和內存之間的速度匹配問題，這一技術和思想一直沿用至今，因此需要特別詳細的介紹高速緩存的映射方式和替換策略，讓學生深入掌握。

2.5 微處理器外圍接口

微處理器的外圍接口包括：中斷管理芯片8259、并行接口芯片8255、定時器8253、DMA控制器8237、AD轉換芯片0809和DA轉換芯片0832。這些接口芯片都是以并行通信方式和微處理器通信的，控制方法和程序設計方法類似，并且現(xiàn)在已經大多不在直接使用，不需要全部詳細介紹。并行接口芯片8255、定時器技術、AD轉換芯片0809和DA轉換芯片0832，在前期課程“單片機原理與接口技術”中已有學習，本課程中只介紹微處理器和它們的連接關系，并與8051單片機做比較。中斷管理芯片8259的電路結構在現(xiàn)在新型微型計算機中已不存在，但是它對于中斷的管理方式沿用至今，因此，需要對8259的工作過程做詳細講解。此外，DMA控制器8237對內存和外設之間的數(shù)據(jù)高速大量傳輸?shù)目刂品绞揭惭赜弥两?，也需要重點介紹。同時，后續(xù)課程“嵌入式系統(tǒng)的應用與開發(fā)”中也需要DMA技術的使用，可以作為鋪墊。

3 課程的實驗教學

根據(jù)本校電子專業(yè)教學大綱，“微機原理與接口技術”課程課內實驗教學16學時，學生利用課余時間自主進行課外實驗。

3.1 課內實驗

課內實驗分為軟件實驗和硬件實驗兩個部分。軟件實驗包括：debug調試、DOS系統(tǒng)功能調用、順序程序設計、循環(huán)程序設計、分支程序設計，其操作完全在微型計算機的DOS環(huán)境下進行，使學生的程序編寫和調試能力得到充分鍛煉。硬件實驗包括：8255輸入和輸出、8255控制交通燈、8253定時器、8259中斷、8237 DMA控制，其操作在啟東公司生產的“DICE-8086型微機原理與接口實驗儀”上進行，使學生對微處理器外圍硬件接口的程序控制得到充分練習。

3.2 課外實驗

由于課內實驗時間有限，無法使學生得到充分的鍛煉。“微機原理與接口技術”又是一門實踐性很強的課程，需要學生進行大量的程序編寫和調試，因此，每周老師布置一次大作業(yè)，要求學生在仿真軟件“emu8086”上完成。“emu8086”是一款非常優(yōu)秀的仿真軟件，既能夠實現(xiàn)軟件調試又能夠仿真硬件運行。

4 結束語

“微機原理與接口技術”課程，技術內容陳舊，抽象難理解，但是對于學生學習微型計算機的原理和工作過程又是必不可少的，所以它是電子專業(yè)的核心課程。雖然課程的技術內容陳舊，部分電路和芯片不再使用，但是工作原理和設計思想還在沿用。為了提高學生的學習積極性和實踐能力，本文對課程的改革提出了一些方案，在近年來的教學過程中取得了良好的效果。

參考文獻

[1]李珍香.微機原理與接口技術[M].清華大學出版社，2012.

[2]丁力.《微機原理與接口技術》課程教學改革探索[J]. 科技視界，2019.10.

[3]洪連環(huán)，肖潔，方平.雙創(chuàng)理念下的《微機原理及應用》課程教改[J].電氣電子教學學報，2019.6.