趙健

摘 要

本文根據(jù)電子專業(yè)“微機(jī)原理與接口技術(shù)”課程的特點(diǎn)，結(jié)合新工科背景下對(duì)學(xué)生實(shí)踐能力的要求，提出了課程教學(xué)改革的方案。文中結(jié)合新技術(shù)和實(shí)際應(yīng)用，詳細(xì)介紹了課程理論教學(xué)的各個(gè)部分;針對(duì)實(shí)踐教學(xué)的薄弱環(huán)節(jié)，專門(mén)設(shè)計(jì)了課內(nèi)實(shí)驗(yàn)和課外實(shí)驗(yàn)的內(nèi)容。

關(guān)鍵詞

微機(jī)原理;課程改革;能力培養(yǎng)

中圖分類號(hào)： TP3-4;G712 ? ? ? ? ? ? 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)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(mén)相互聯(lián)系的課程，按照授課的先后順序分別是：“單片機(jī)原理與接口技術(shù)”、“微機(jī)原理與接口技術(shù)”、“嵌入式系統(tǒng)的應(yīng)用與開(kāi)發(fā)”。三門(mén)課程教學(xué)內(nèi)容相互貫通，“微機(jī)原理與接口技術(shù)”起到承上啟下的作用，對(duì)“單片機(jī)原理與接口技術(shù)”課程的延伸，也是對(duì)“嵌入式系統(tǒng)的應(yīng)用與開(kāi)發(fā)”課程的鋪墊。課程主要講授：微型計(jì)算機(jī)工作原理、微處理器內(nèi)部結(jié)構(gòu)、匯編語(yǔ)言程序設(shè)計(jì)、存儲(chǔ)器原理和微處理器外圍接口設(shè)計(jì)等內(nèi)容。針對(duì)課程特點(diǎn)和性質(zhì)，結(jié)合當(dāng)下新工科建設(shè)的要求，本文對(duì)課程教學(xué)內(nèi)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(xué)出版社出版的《微機(jī)原理與接口技術(shù)》。該教材可以作為計(jì)算機(jī)專業(yè)、電子專業(yè)、自動(dòng)化專業(yè)的教材，其具有以下特點(diǎn)：在注重基礎(chǔ)知識(shí)的同時(shí)，突出了實(shí)用性，貼合實(shí)際;重視科技前沿的介紹，計(jì)算機(jī)技術(shù)飛速發(fā)展，增加前沿知識(shí)的講授，保證了教材的先進(jìn)性;采用了實(shí)例驅(qū)動(dòng)和啟發(fā)式教學(xué)，將枯燥、乏味、難理解但又是重點(diǎn)的內(nèi)容，通過(guò)形象的比喻和聯(lián)系實(shí)際，讓學(xué)生通俗易懂;教材通過(guò)大量的實(shí)例來(lái)介紹程序設(shè)計(jì)和接口電路，讓學(xué)生在實(shí)例的基礎(chǔ)上進(jìn)行舉一反三，自己動(dòng)手設(shè)計(jì)程序和電路，增強(qiáng)了動(dòng)手實(shí)踐能力。

2 課程的理論教學(xué)

根據(jù)本校電子專業(yè)教學(xué)大綱，“微機(jī)原理與接口技術(shù)”課程理論教學(xué)48學(xué)時(shí)，主要講授：微型計(jì)算機(jī)工作原理、微處理器內(nèi)部結(jié)構(gòu)、匯編語(yǔ)言程序設(shè)計(jì)、存儲(chǔ)器原理和微處理器外圍接口設(shè)計(jì)等內(nèi)容。為了滿足新工科建設(shè)對(duì)學(xué)生能力的要求和提高學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣，對(duì)每一個(gè)理論教學(xué)部分做了精心設(shè)計(jì)。課程以Intel公司16位微處理器8086構(gòu)成的計(jì)算機(jī)作為主體來(lái)講解課程內(nèi)容。由于8086構(gòu)成的計(jì)算機(jī)早已淘汰不用，所以課程中的一些芯片和電路已經(jīng)沒(méi)有實(shí)際應(yīng)用。但是，芯片和電路的設(shè)計(jì)思想在現(xiàn)在的新型計(jì)算機(jī)中仍然在沿用或者在其基礎(chǔ)上加以更新使用。所以，在教學(xué)過(guò)程中注重講解芯片和電路的設(shè)計(jì)思想。

2.1 微型計(jì)算機(jī)工作原理

首先，介紹微型計(jì)算機(jī)的發(fā)展過(guò)程，從微型計(jì)算機(jī)的誕生講到最新的計(jì)算機(jī)，重點(diǎn)介紹現(xiàn)階段最新微型計(jì)算機(jī)的技術(shù)狀況和性能指標(biāo)。然后，講解微型計(jì)算機(jī)的組成和工作原理。微型計(jì)算機(jī)采用了“馮諾依曼”的存儲(chǔ)結(jié)構(gòu)，前期課程“單片機(jī)原理與接口技術(shù)”中8051單片機(jī)采用了“哈弗結(jié)構(gòu)”的存儲(chǔ)結(jié)構(gòu)，將兩種設(shè)計(jì)思想做對(duì)比，讓學(xué)生深入體會(huì)微處理器訪問(wèn)存儲(chǔ)器的過(guò)程，從而理解微型計(jì)算機(jī)的工作過(guò)程。最后，講解微型計(jì)算機(jī)中常用計(jì)數(shù)制和編碼。詳細(xì)說(shuō)明二進(jìn)制、十進(jìn)制、十六進(jìn)制的表示方法和相互轉(zhuǎn)換的過(guò)程;理解ASCII碼的內(nèi)容構(gòu)成。

2.2 微處理器內(nèi)部結(jié)構(gòu)

微處理器以Intel公司具有劃時(shí)代意義的16位CPU 8086為例進(jìn)行講解，重點(diǎn)介紹其內(nèi)部結(jié)構(gòu)、寄存器組織、外部引腳和總線操作與時(shí)序。該CPU結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，學(xué)生容易理解和掌握。將8086 CPU和前期課程“單片機(jī)原理與接口技術(shù)”中8051單片機(jī)作詳細(xì)對(duì)比，重點(diǎn)比較流水線工作過(guò)程和存儲(chǔ)器的分段管理。讓學(xué)生對(duì)兩款CPU的設(shè)計(jì)思想做深入了解。為了提高學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣，將最新的計(jì)算機(jī)技術(shù)：超線程、多核處理器、磁處理器等進(jìn)行介紹。

2.3 匯編語(yǔ)言程序設(shè)計(jì)

匯編語(yǔ)言程序設(shè)計(jì)部分講解8086 CPU指令系統(tǒng)、尋址方式、程序結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)方法和程序調(diào)試方法。本部分內(nèi)容理解和記憶比較困難，但卻是課程的重點(diǎn)。所以，在講解過(guò)程中增加實(shí)際例子的分析，詳細(xì)說(shuō)明程序的設(shè)計(jì)思路和設(shè)計(jì)過(guò)程。任課教師在多媒體計(jì)算機(jī)上演示程序編寫(xiě)和調(diào)試的每一個(gè)步驟，“手把手”的教給學(xué)生程序設(shè)計(jì)的方法和調(diào)試的方法。配合學(xué)生實(shí)驗(yàn)讓學(xué)生掌握如何進(jìn)行匯編語(yǔ)言編程。

2.4 存儲(chǔ)器原理

本部分講解存儲(chǔ)器體系結(jié)構(gòu)、擴(kuò)展方法和高速緩存技術(shù)。存儲(chǔ)器體系結(jié)構(gòu)重點(diǎn)說(shuō)明寄存器、高速緩存、內(nèi)存、輔助存儲(chǔ)器的速度和容量的關(guān)系。介紹最新微型計(jì)算機(jī)中存儲(chǔ)器的性能指標(biāo)和選購(gòu)指南，讓學(xué)生在選購(gòu)個(gè)人計(jì)算機(jī)的時(shí)候提供理論依據(jù)。這樣既提高了學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣，也加深了知識(shí)的理解。存儲(chǔ)器的擴(kuò)展方法講授并行存儲(chǔ)器的擴(kuò)展電路，重點(diǎn)講解存儲(chǔ)器地址的分配方法。高速緩存技術(shù)解決了CPU和內(nèi)存之間的速度匹配問(wèn)題，這一技術(shù)和思想一直沿用至今，因此需要特別詳細(xì)的介紹高速緩存的映射方式和替換策略，讓學(xué)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(shí)器8253、DMA控制器8237、AD轉(zhuǎn)換芯片0809和DA轉(zhuǎn)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(shè)計(jì)方法類似，并且現(xiàn)在已經(jīng)大多不在直接使用，不需要全部詳細(xì)介紹。并行接口芯片8255、定時(shí)器技術(shù)、AD轉(zhuǎn)換芯片0809和DA轉(zhuǎn)換芯片0832，在前期課程“單片機(jī)原理與接口技術(shù)”中已有學(xué)習(xí)，本課程中只介紹微處理器和它們的連接關(guān)系，并與8051單片機(jī)做比較。中斷管理芯片8259的電路結(jié)構(gòu)在現(xiàn)在新型微型計(jì)算機(jī)中已不存在，但是它對(duì)于中斷的管理方式沿用至今，因此，需要對(duì)8259的工作過(guò)程做詳細(xì)講解。此外，DMA控制器8237對(duì)內(nèi)存和外設(shè)之間的數(shù)據(jù)高速大量傳輸?shù)目刂品绞揭惭赜弥两瘢残枰攸c(diǎn)介紹。同時(shí)，后續(xù)課程“嵌入式系統(tǒng)的應(yīng)用與開(kāi)發(fā)”中也需要DMA技術(shù)的使用，可以作為鋪墊。

3 課程的實(shí)驗(yàn)教學(xué)

根據(jù)本校電子專業(yè)教學(xué)大綱，“微機(jī)原理與接口技術(shù)”課程課內(nèi)實(shí)驗(yàn)教學(xué)16學(xué)時(shí)，學(xué)生利用課余時(shí)間自主進(jìn)行課外實(shí)驗(yàn)。

3.1 課內(nèi)實(shí)驗(yàn)

課內(nèi)實(shí)驗(yàn)分為軟件實(shí)驗(yàn)和硬件實(shí)驗(yàn)兩個(gè)部分。軟件實(shí)驗(yàn)包括：debug調(diào)試、DOS系統(tǒng)功能調(diào)用、順序程序設(shè)計(jì)、循環(huán)程序設(shè)計(jì)、分支程序設(shè)計(jì)，其操作完全在微型計(jì)算機(jī)的DOS環(huán)境下進(jìn)行，使學(xué)生的程序編寫(xiě)和調(diào)試能力得到充分鍛煉。硬件實(shí)驗(yàn)包括：8255輸入和輸出、8255控制交通燈、8253定時(shí)器、8259中斷、8237 DMA控制，其操作在啟東公司生產(chǎn)的“DICE-8086型微機(jī)原理與接口實(shí)驗(yàn)儀”上進(jìn)行，使學(xué)生對(duì)微處理器外圍硬件接口的程序控制得到充分練習(xí)。

3.2 課外實(shí)驗(yàn)

由于課內(nèi)實(shí)驗(yàn)時(shí)間有限，無(wú)法使學(xué)生得到充分的鍛煉?！拔C(jī)原理與接口技術(shù)”又是一門(mén)實(shí)踐性很強(qiáng)的課程，需要學(xué)生進(jìn)行大量的程序編寫(xiě)和調(diào)試，因此，每周老師布置一次大作業(yè)，要求學(xué)生在仿真軟件“emu8086”上完成?！癳mu8086”是一款非常優(yōu)秀的仿真軟件，既能夠?qū)崿F(xiàn)軟件調(diào)試又能夠仿真硬件運(yùn)行。

4 結(jié)束語(yǔ)

“微機(jī)原理與接口技術(shù)”課程，技術(shù)內(nèi)容陳舊，抽象難理解，但是對(duì)于學(xué)生學(xué)習(xí)微型計(jì)算機(jī)的原理和工作過(guò)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(shù)內(nèi)容陳舊，部分電路和芯片不再使用，但是工作原理和設(shè)計(jì)思想還在沿用。為了提高學(xué)生的學(xué)習(xí)積極性和實(shí)踐能力，本文對(duì)課程的改革提出了一些方案，在近年來(lái)的教學(xué)過(guò)程中取得了良好的效果。

參考文獻(xiàn)

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