《微型计算机原理与接口技术》教学大纲(核学院0824).doc

微机计算机原理与接口技术课程教学大纲课程性质：专业必修课教学对象：核工程与核技术专业本科学生学时学分：总共54学时（其中理论48学时，实验6学时），3学分 编写单位：电子与信息工程学院编 写 人：徐武雄审 定 人：阮国龙编写时间：2011年6月一、课程说明1、课程简介本课程是电类专业的专业必修课。本课程是以INTEL 8086/8088为CPU的16位IBM PC机作为主要背景机，主要讲述微型计算机的工作原理、8086的系统结构，存储器、常用的I/O接口、指令系统、汇编语言程序设计以及微型计算机接口技术等计算机硬件和软件的基础知识，培养学生的计算机硬件和软件的基本应用能力，为将计算机运用到自动化和现代通讯等信息处理领域打下坚实的基础。2、课程教学目标 通过本课程的学习，使学生掌握8086微处理器的工作原理及其系统结构；掌握8086的指令系统及常用的汇编语言设计方法；掌握微型计算机与储存器的接口方法；掌握微型计算机与外部设备数据传送的基本方法；掌握中断的基本知识；掌握8255、8253、8259、等常用接口芯片的硬件结构、编程要点及使用方法。3、预修课程与后续课程预修课程：模拟电子技术、数字电子技术、后续课程：单片机原理与应用、嵌入式系统、计算机控制技术4、教学手段及教学方法建议在教学过程中，可以适当引入PROTEUS软件进行仿真演示。5、考核方式考试，闭卷成绩评定：平时成绩10%+实验成绩20%+期末考试70%。6、指定教材李忠明等编著，微机原理与接口技术，华中科技大学出版社，2011年.7、教学参考书1 周荷琴,吴秀清，微型计算机原理与接口技术(第4版)，中国科学技术大学出版社，2008年.2 颜志英.微机系，统与接口技术，清华大学出版社,2009年.3 毛国君,方娟，高档微机原理与技术，清华大学出版社,2009年4 Muhammad Ali Mazidi, Janice Gillispie Mazidi, Danny Causey. The x86 PC Assebly Language, Design, and Interfacing. 5th Edition, Pearson Education, Inc. 20095 赵树升,赵雪梅，现代微机原理及接口技术，清华大学出版社,2008年6 Stephen E. Derenzo: Practical Interfacing in the Laboratory: Using a PC for Instrumentation, Data Analysis, and Control，Originally published by Cambridge University Press in 20037 Barry B. Brey. The Intel Microproceeors Architecture, Programming, and Interfacing, 5th edition. Prentice Hall, Inc.20008、教学环节及学时安排表1 课程学时分配表章次教学内容学时分配第一章微型计算机系统概论2第二章微处理器和指令系统10第三章宏汇编程序设计10第四章微型计算机存储系统6第五章输入/输出系统与总线技术4第六章微型计算机中断系统6第七章定时器/计数器电路4第八章并行通信与接口6实验6总计54二、教学内容第一章 微型计算机系统绪论（2学时）教学目标本单元所包含的内容不依赖于任何一种具体型号的计算机，重点介绍所有计算机具有普遍适用的基本组成与工作原理，目的是使学生对微型计算机的基本组成和工作原理有个整体认识。要求掌握微机系统的基本组成及各大组成部分的功能、总线结构、层次概念和主要性能指标；掌握计算机基本工作原理；掌握计算机常用的数据格式；了解微型计算机的发展历史和特点，以及微机的应用。本章重点本单元重点是掌握微机中常用数据的表示法及其各种数制之间的转换、机器数的编码表示及其运算，掌握微机的基本组成及其各模块的功能和工作原理，理解CPU执行指令的过程。本章难点理解微机的硬件和软件是如何协调工作的及其CPU执行指令的过程。讲授内容第一节 计算机的运算基础1. 无符号数的表示及数制转换2. 有符号数的表示及运算3. 数的定点表示和浮点表示4. 计算机中二进制信息编码第二节 计算机发展趋势1. 计算机小型化2. 计算机网络化3. 计算机多样化第三节 微型计算机系统组成1. 微型计算机系统及其层次结构2. 微型计算机系统的分类第四节 微型计算机的一般工作原理1. 指令、指令系统与程序2. 存储程序原理3. 微型计算机工作过程第五节 高档微机中应用的现代先进技术第六节 微型计算机的主要性能指标第二章 微处理器与指令系统（10学时）教学目标本单元是80X86系列微处理器应用的基础，是该课程的重点之一。要求掌握8086微处理器的内部结构、寄存器结构和功能；掌握8086/8088CPU在最小模式中常用引脚定义；掌握8086存储器地址分段的必要性、存储器的分体结构及堆栈的概念；熟悉8086在最小模式下的微型计算机组成和时序的基本概念。本章重点本单元重点是掌握8086CPU功能结构中的通用寄存器、指针及变址寄存器、标志位寄存器及段寄存器的名称和用途，理解和应用存储器地址分段表示法及其物理地址的计算，掌握最大模式与最小模式工作的异同点；掌握各种寻址方式的特点；掌握常用指令的模式和功能。本章难点理解8086CPU这些引脚信号的作用以及它们之间如何协同工作，灵活运用指令序列解决问题以及快速地查阅指令表。讲授内容第一节 8086系列微处理器1. 8086CPU的编程结构2. 8086微处理器内部寄存器3. 8086微处理器引脚功能4. 80286/80386/80486/Pentium系列微处理器的结构特点第二节 8086存储器组织与管理1. 存储器分段管理模式2. 8086存储组织3. 8086的堆栈组织第三节 8086系统配置1. 最小模式系统2. 最大模式系统第四节 8086微处理器总线操作时序1. 概述2. 总线读操作时序3. 总线写操作时序第五节 寻址方式1. 寻址及寻址方式2. 8086寻址方式3. 80386/8486寻址方式第六节 8086指令系统1. 数据传送指令2. 算术运算指令 3. 逻辑运算与移位指令4. 串操作指令5. 控制转移指令6. 处理器指令第七节 80X86新增指令1. 80286扩充与增加指令2. 80386扩充与增加指令3. 80486扩充指令4. Pentium扩充指令第三章 汇编语言程序设计（10学时）教学目标本单元是微机应用的基础，重点介绍80X86汇编语言程序的结构与语句格式、80386/80486汇编语言支持的伪指令和汇编语言程序设计的一般方法。要求熟悉汇编语言的程序格式；掌握常用汇编伪指令的含义和用法；掌握常用的DOS功能调用；熟悉BIOS功能的调用方法；掌握顺序、分支、循环及子程序的基本结构和设计方法；掌握汇编语言程序的开发过程。对本单元重点内容要求能熟练掌握和灵活运用。本章重点本单元重点是结合实例理解汇编语言程序设计的基本步骤，掌握汇编语言程序设计的基本方法，熟练运用顺序程序、分支程序、循环程序和子程序设计方法解决实际问题，运用DOS-21功能调用完成输入输出要求。本章难点依据所要解决的问题选择正解的程序设计方法，正确地运用指令编写实用的汇编语言源程序。讲授内容第一节 概述1. 程序设计语言2. 宏汇编程序及上机过程简介第二节 汇编语言程序的格式与基本语法1. 汇编语言源程序的分段结构2. 汇编语言语句类型与格式3. MASM中的表达式第三节 伪指令1. 数据定义伪指令2. 符号定义伪指令3. 程序模块伪指令4. 过程定义伪指令5. 模块连接伪指令6. 列表伪指令7. 结构定义伪指令8. 80286以上的微机增加的伪指令第四节 DOS与BIOS功能调用1. DOS系统功能调用2. BIOS中断调用第五节 程序设计方法3. 汇编程序设计基本方法4. 高级语言与汇编语言的混合编程第四章 微型计算机存储系统（6学时）教学目标本单元主要涉及存储器的基本概念、基本构成原理、Cache原理和虚拟存储器原理，以及80486存储器体系结构。所述原理性内容在计算机系统中具有普遍意义。对本单元的要求是：了解现代微机系统分级存储器结构和各级存储器的概念及特点；熟悉半导体存储器的分类及结构特点；掌握半导体存储器系统的构成及其与微机接口的设计方法并能灵活应用。本章重点本单元重点是掌握各种存储器的工作原理及其用静态RAM芯片组成一定容量的存储器，以及CPU与存储的连接和地址空间分配。本章难点理解存储器的工作原理及其地址空间的确定。讲授内容第一节 概述1. 存储系统概念2. 存储器的体系结构3. 半导体存储器分类4. 存储器的主要性能指标第二节 随机存储存储器(RAM) 1. 静态读写存储器(SRAM) 2. 动态读写存储器(DRAM) 第三节 只读存储器ROM3. 掩膜型只读存储器(MROM) 4. 一次编程型只读存储器(PROM) 5. 可擦除可编程只读存储器(EPROM) 6. 电可擦除可编程只读存储器(EEPROM) 7. 闪速存储器(Flash Menory) 第四节 存储器子系统设计及其与CPU的连接1. 存储器的地址选择2. 存储器的数据线及控制线的连接第五节 微型计算机的存储器结构分析1. IBM PC/XT/AT微型机的存储器结构分析2. 80486微型机的存储器结构分析第六节 高速缓冲存储器(Cache) 1. Cache 的工作原理和基本结构2. Cache与DRAM的存取一致性3. Cache的分级体系结构第七节 外部存储器简介1. 磁盘2. 光盘3. 可移动外存储器(UBS硬盘) 第五章 输入/输出系统和总线技术（4学时）教学目标掌握I/O接口的作用、I/O端口编址方式和8086端口的寻址方式、PC机的I/O地址分配；掌握CPU与外设间数据传送方式；熟悉有关总线的基本概念；了解PC系列微机中常用标准总线的特点和应用。本章重点本单元重点是建立输入输出接口、CPU与外设交换数据的方式、中断和DMA的概念，理解和应用CPU中断的传送方式、DMA传送方式及其操作过程。本章难点结合应用要求进行DMA方式编程。讲授内容第一节 输入输出接口概述1. I/O接口及其功能2. I/O接口的信息组成及接口电路的结构形式3. I/O端口的编址方式4. PC系列微机I/O端口及I/O端口地址译码第二节 CPU与外设间数据传送的控制方式1. 直接程序控制方式2. 中断传送方式3. 直接存储器存取方式4. I/O通道控制方式第三节 总线概念与结构类型1. 总线概念2. 总线的系统结构3. 总线的层次结构第四节 总线技术1. 总线的基本功能2. 总线的数据传送3. 总线的仲裁控制4. 总线驱动及出错处理5. 总线的性能指标第五节 常用系统总线1. 系统总线标准的内容2. PC/XT总线3. ISA和EISA总线4. PCI总线5. AGP总线6. 新型总线PCI Express第六节 通信总线1. IEEE488总线2. VXI总线3. IDE总线4. SCSI总线5. RS-232C串行通信总线6. USB总线7. IIEEE1394总线第六章 微型计算机中断系统（6学时）教学目标中断是微机系统中最重要的概念之一，是I/O设备与CPU间交换数据的一种基本同步控制方法，因此要求掌握有关中断的基本概念、中断源的含义和PC/AT技术标准的中断向量号分配；掌握中断处理过程和技术；掌握8086CPU的中断结构，中断类型，中断矢量，中断响应过程和CPU响应中断的基本条件，中断优先级和中断嵌套的概念；正确理解保护方式与实地址方式下中断机理的区别；掌握8259A可编程中断控制器的工作方式、工作过程及其接口设计和初始化编程以及具体应用。本章重点：本单元重点是掌握8086CPU中断响应条件和中断处理过程。本章难点: 结合应用要求进行中断方式编程。讲授内容第一节 中断的基本概念与分类1. 中断过程与中断类型2. 中断优先级与中断嵌套3. CPU响应中断的条件第二节 中断源的识别与判优1. 程序查询式识别与判优2. 中断向量式识别与判优第三节 中断响应时序第四节 80X86CPU的中断机制1. 8086/8088CPU的中断系统2. 80486CPU的中断系统第五节 可编程中断控制器8259A1. 8259A的功能及工作特点2. 8259A的外部特性和内部结构3. 8259A的工作原理4. 8259A的工作方式5. 8259A的编程与应用第七章 定时器/计数器电路（4学时）教学目标了解定时器/计数器在计算机中的用途；掌握定时计数的软硬件方法，重点掌握8253的工作方式、初始化编程技术及其接口设计。本章重点本单元重点是掌握8253芯片的结构、功能、编程及其应用。本章难点实际应用中正确地连接接口芯片，并编写的I/O应用程序。讲授内容7.1 计算机中的定时与计数1. 定时器/计数器2. 实现定时/计数的控制方法7.2 可编程定时/计数器82531. 8253内部结构与外部引脚功能2. 8253的编程命令3. 8253的工作方式4. 8253的应用举例第八章 并行通信与接口（6学时）教