电子专业“微机原理与接口技术”课程改革

赵健

摘 要

本文根据电子专业“微机原理与接口技术”课程的特点，结合新工科背景下对学生实践能力的要求，提出了课程教学改革的方案。文中结合新技术和实际应用，详细介绍了课程理论教学的各个部分;针对实践教学的薄弱环节，专门设计了课内实验和课外实验的内容。

关键词

微机原理;课程改革;能力培养

中图分类号： TP3-4;G712             文献标识码： A

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

0 引言

电子专业的核心课程中有三门相互联系的课程，按照授课的先后顺序分别是：“单片机原理与接口技术”、“微机原理与接口技术”、“嵌入式系统的应用与开发”。三门课程教学内容相互贯通，“微机原理与接口技术”起到承上启下的作用，对“单片机原理与接口技术”课程的延伸，也是对“嵌入式系统的应用与开发”课程的铺垫。课程主要讲授：微型计算机工作原理、微处理器内部结构、汇编语言程序设计、存储器原理和微处理器外围接口设计等内容。针对课程特点和性质，结合当下新工科建设的要求，本文对课程教学内容和方法提出了改革方案。

1 教材选择

课程教材选用由李珍香主编，清华大学出版社出版的《微机原理与接口技术》。该教材可以作为计算机专业、电子专业、自动化专业的教材，其具有以下特点：在注重基础知识的同时，突出了实用性，贴合实际;重视科技前沿的介绍，计算机技术飞速发展，增加前沿知识的讲授，保证了教材的先进性;采用了实例驱动和启发式教学，将枯燥、乏味、难理解但又是重点的内容，通过形象的比喻和联系实际，让学生通俗易懂;教材通过大量的实例来介绍程序设计和接口电路，让学生在实例的基础上进行举一反三，自己动手设计程序和电路，增强了动手实践能力。

2 课程的理论教学

根据本校电子专业教学大纲，“微机原理与接口技术”课程理论教学48学时，主要讲授：微型计算机工作原理、微处理器内部结构、汇编语言程序设计、存储器原理和微处理器外围接口设计等内容。为了满足新工科建设对学生能力的要求和提高学生的学习兴趣，对每一个理论教学部分做了精心设计。课程以Intel公司16位微处理器8086构成的计算机作为主体来讲解课程内容。由于8086构成的计算机早已淘汰不用，所以课程中的一些芯片和电路已经没有实际应用。但是，芯片和电路的设计思想在现在的新型计算机中仍然在沿用或者在其基础上加以更新使用。所以，在教学过程中注重讲解芯片和电路的设计思想。

2.1 微型计算机工作原理

首先，介绍微型计算机的发展过程，从微型计算机的诞生讲到最新的计算机，重点介绍现阶段最新微型计算机的技术状况和性能指标。然后，讲解微型计算机的组成和工作原理。微型计算机采用了“冯诺依曼”的存储结构，前期课程“单片机原理与接口技术”中8051单片机采用了“哈弗结构”的存储结构，将两种设计思想做对比，让学生深入体会微处理器访问存储器的过程，从而理解微型计算机的工作过程。最后，讲解微型计算机中常用计数制和编码。详细说明二进制、十进制、十六进制的表示方法和相互转换的过程;理解ASCII码的内容构成。

2.2 微处理器内部结构

微处理器以Intel公司具有划时代意义的16位CPU 8086为例进行讲解，重点介绍其内部结构、寄存器组织、外部引脚和总线操作与时序。该CPU结构简单，学生容易理解和掌握。将8086 CPU和前期课程“单片机原理与接口技术”中8051单片机作详细对比，重点比较流水线工作过程和存储器的分段管理。让学生对两款CPU的设计思想做深入了解。为了提高学生的学习兴趣，将最新的计算机技术：超线程、多核处理器、磁处理器等进行介绍。

2.3 汇编语言程序设计

汇编语言程序设计部分讲解8086 CPU指令系统、寻址方式、程序结构设计方法和程序调试方法。本部分内容理解和记忆比较困难，但却是课程的重点。所以，在讲解过程中增加实际例子的分析，详细说明程序的设计思路和设计过程。任课教师在多媒体计算机上演示程序编写和调试的每一个步骤，“手把手”的教给学生程序设计的方法和调试的方法。配合学生实验让学生掌握如何进行汇编语言编程。

2.4 存储器原理

本部分讲解存储器体系结构、扩展方法和高速缓存技术。存储器体系结构重点说明寄存器、高速缓存、内存、辅助存储器的速度和容量的關系。介绍最新微型计算机中存储器的性能指标和选购指南，让学生在选购个人计算机的时候提供理论依据。这样既提高了学生的学习兴趣，也加深了知识的理解。存储器的扩展方法讲授并行存储器的扩展电路，重点讲解存储器地址的分配方法。高速缓存技术解决了CPU和内存之间的速度匹配问题，这一技术和思想一直沿用至今，因此需要特别详细的介绍高速缓存的映射方式和替换策略，让学生深入掌握。

2.5 微处理器外围接口

微处理器的外围接口包括：中断管理芯片8259、并行接口芯片8255、定时器8253、DMA控制器8237、AD转换芯片0809和DA转换芯片0832。这些接口芯片都是以并行通信方式和微处理器通信的，控制方法和程序设计方法类似，并且现在已经大多不在直接使用，不需要全部详细介绍。并行接口芯片8255、定时器技术、AD转换芯片0809和DA转换芯片0832，在前期课程“单片机原理与接口技术”中已有学习，本课程中只介绍微处理器和它们的连接关系，并与8051单片机做比较。中断管理芯片8259的电路结构在现在新型微型计算机中已不存在，但是它对于中断的管理方式沿用至今，因此，需要对8259的工作过程做详细讲解。此外，DMA控制器8237对内存和外设之间的数据高速大量传输的控制方式也沿用至今，也需要重点介绍。同时，后续课程“嵌入式系统的应用与开发”中也需要DMA技术的使用，可以作为铺垫。

3 课程的实验教学

根据本校电子专业教学大纲，“微机原理与接口技术”课程课内实验教学16学时，学生利用课余时间自主进行课外实验。

3.1 课内实验

课内实验分为软件实验和硬件实验两个部分。软件实验包括：debug调试、DOS系统功能调用、顺序程序设计、循环程序设计、分支程序设计，其操作完全在微型计算机的DOS环境下进行，使学生的程序编写和调试能力得到充分锻炼。硬件实验包括：8255输入和输出、8255控制交通灯、8253定时器、8259中断、8237 DMA控制，其操作在启东公司生产的“DICE-8086型微机原理与接口实验仪”上进行，使学生对微处理器外围硬件接口的程序控制得到充分练习。

3.2 课外实验

由于课内实验时间有限，无法使学生得到充分的锻炼。“微机原理与接口技术”又是一门实践性很强的课程，需要学生进行大量的程序编写和调试，因此，每周老师布置一次大作业，要求学生在仿真软件“emu8086”上完成。“emu8086”是一款非常优秀的仿真软件，既能够实现软件调试又能够仿真硬件运行。

4 结束语

“微机原理与接口技术”课程，技术内容陈旧，抽象难理解，但是对于学生学习微型计算机的原理和工作过程又是必不可少的，所以它是电子专业的核心课程。虽然课程的技术内容陈旧，部分电路和芯片不再使用，但是工作原理和设计思想还在沿用。为了提高学生的学习积极性和实践能力，本文对课程的改革提出了一些方案，在近年来的教学过程中取得了良好的效果。

参考文献

[1]李珍香.微机原理与接口技术[M].清华大学出版社，2012.

[2]丁力.《微机原理与接口技术》课程教学改革探索[J]. 科技视界，2019.10.

[3]洪连环，肖洁，方平.双创理念下的《微机原理及应用》课程教改[J].电气电子教学学报，2019.6.