微机原理与应用课程教学大纲.doc

微机原理与应用课程教学大纲一、课程基本信息课程代码：210523课程名称：微机原理与应用英文名称：Principles and Applications of Computers课程类别：专业基础课学 时：讲授学时48，实验课时15，总学时63学分：3适用对象: 电子信息工程、通信工程大三学生考核方式：考试先修课程：数字电子技术二、课程简介近年来，随着微电子技术的飞速发展，微型计算机性能不断上升，价格不断下降，使得微机的应用日益渗透到各行各业，成为科学技术发展水平的主要标志之一。由于微型计算机在电子控制、数据处理、通信等方面用途广泛，因而掌握微机原理对于电子、通信类学生显得尤为重要。With the technology of micro-electronics improves quickly in recent years, the performances of microcomputer increased and the price drop down, which caused the applications of microcomputers throughout everywhere, and become one of important marts of the science level. As microcomputers have a wide application in electronic control, data process, telecommunication, and so on, it is very important to the students who are majoring in Electronics and Telecommunication Engineering to master the principles of computers.三、课程性质与教学目的微机原理与应用是高等院校计算机类、电子类专业学生必修的专业课程，具有特别重要的专业基础地位，它强调的是计算机内部体系结构的组织与实现、微机工作原理及其应用的方法，是特别针对微机硬件（包括系统以及接口）的一门课程。本课程授课对象是电子信息工程、通信工程大三本科生，目的是让学生掌握微型计算机各主要芯片的功能、布线方法、控制方法，能根据设计要求选择芯片并实现单元之间的连接，并能针对具体的硬件电路编写汇编程序，具有一定的方案选定和安装调试能力。四、教学内容及要求第一章 微型计算机基础（一） 目的与要求1 了解微型计算机的特点、分类、主要技术指标、系统组成；2 掌握计算机中的数制及其转换；3 掌握计算机数据和字符的编码。（二） 教学内容 第一节 1 主要内容主要概述了微型计算机的发展历史、特点、指标和分类。2 基本概念和知识点基本概念：冯诺依曼、莫尔定律、字长、存储容量、位数。知识点：1945年，冯诺依曼研制了EDVAC计算机，该计算机采用了存储程序方案，开辟了“存储程序自动控制”现代计算机的先河，称为冯诺依曼计算机。目前的计算机基本是基于冯诺依曼计算机的模型和原理研制的。一般把电子计算机的发展分成四个阶段：电子管计算机时代、晶体管计算机时代、集成电路计算机时代、大规模集成电路计算机时代。此后，存储器芯片集成度、性能大体上每18个月翻一番，这就是著名的摩尔定律。3 问题与应用（能力要求）要求学生了解计算机的历史，了解微型计算机的指标和分类。 第二节1 主要内容主要介绍了计算机系统的内部结构和软件分类。2 基本概念和知识点基本概念：裸机、微机系统。知识点：微型计算机是以微处理器芯片为核心，配以存储器、I/O接口、输入/输出设备以及相应的辅助电路而构成的裸机，简称微机。微机的硬件系统称为裸机，它要配上系统软件才能工作。3 问题与应用（能力要求）要求学生了解计算机硬件系统的组成和软件系统的分类。 第三节 1 主要内容主要介绍了计算机的数制和各种数制的转换方法。2 基本概念和知识点基本概念：基2码、数制、除2取余法、乘2取整法。知识点：计算机内部的信息分为两大类：控制信息和数据信息。对计算机而言，不论是控制命令还是数据信息，它们都要用“0”和“1”两个基本符号(即基2码)来编码表示。在计算机中使用的是二进制计数。另外，为便于人们阅读及书写，常常还要用到八进制计数及十六进制计数来表示二进制计数。而在日常生活中，人们使用的是十进制。这就涉及到数制的转换问题。3 问题与应用（能力要求）要求学生掌握各种数制的转换方法，特别是十进制、二进制和十六进制之间的相互转换。 第四节 1 主要内容主要介绍了计算机的数值数据和非数值数据的编码方法。2 基本概念和知识点基本概念：原码、反码、补码、BCD码、ASCII码。知识点：任何数据在计算机中都用二进制表示，而数据又有数值数据和非数值数据两种。数值数据常用的编码有原码、反码和补码。由于补码编码有许多优点，因此大多数微机数字与字符采用补码进行编码。在计算机内部的十进制数的编码通常是BCD码。对于非数值数据，字符通常用ASCII编码，而汉字则需要两个字节来进行编码。3 问题与应用（能力要求）要求学生掌握数值数据的原码、反码和补码的编码方法，了解BCD码，掌握一些比较特殊的字符的ASCII码值。（三） 课后练习教材第一章习题：1.1、1.6、1.7、1.8、1.9、1.10、1.11、1.12。（四） 教学方法与手段本章教学主要采用课堂讲授的方法。第二章 微处理器结构（一） 目的与要求1 了解微处理器的发展历史；2 了解微处理器的一般结构；3 掌握Intel8086微处理器的功能结构；4 掌握Intel8086微处理器的内部寄存器。（二） 教学内容 第一节 1 主要内容主要介绍了微处理器的发展历史。2 基本概念和知识点基本概念：80x86。知识点：1971年美国Intel公司推出的4004微处理器是历史上第一片微处理器，从此，微处理器经历了四代的发展，从4位微处理器发展到现在的64位微处理器。而同一系列的微处理器是向下兼容的。3 问题与应用（能力要求）了解微处理器的发展历史。 第二节1 主要内容主要介绍微处理器的典型结构，Intel8086微处理器的功能结构及其内部寄存器。2 基本概念和知识点基本概念：内部总线、ALU、BIU、地址加法器、物理地址、段地址、偏移地址、EU、FLAGS、规则字。知识点：典型的微处理器的结构由三部分组成：运算器、控制器、寄存器阵列。8086微处理器内部结构可分为总线接口单元和执行单元。总线接口单元是8086与存储器和I/O设备之间的接口部件，负责对全部引脚的操作。8086微处理器是通过地址加法器形成物理地址来对外部进行寻址的。8086微处理器内部有14各16位寄存器，包括通用寄存器、指针与变址寄存器、段寄存器、指令指针和标志寄存器。其中CS与IP寄存器配合使用；SS与SP、BP配合使用。标志寄存器存放了状态和控制信息。为了实现规则字的寻址方式，提高计算机速度，8086微处理器利用两个引脚互相配合工作，从而产生了8086系统的存储器结构。3 问题与应用（能力要求）要求学生了解微处理器的通用结构，了解8086微处理器的内部结构，掌握8086物理地址的形成过程，熟悉8086内部寄存器（特别是标志寄存器各个标志位的功能），掌握8086系统的存储器结构。（三） 课后练习教材第二章习题：2.3、2.4、2.5、2.6。（四） 教学方法与手段本章教学主要采用课堂讲授的方法。第三章 指令系统和寻址方式（一） 目的与要求1 了解指令系统的概念；2 掌握8086微处理器汇编指令的寻址方式；3 掌握8086微处理器的指令系统的各种指令。（二） 教学内容 第一节 1 主要内容主要介绍指令系统的一般概念和格式。2 基本概念和知识点基本概念：指令系统、操作码、地址码。知识点：程序由指令组成，通常一条指令对应一种基本操作。一台计算机的指令集合，就是该计算机的指令系统。每种计算机都有自己的指令系统，彼此互不兼容，但同一系列的计算机的指令系统向上兼容。指令由操作码字段和地址码字段组成，操作码字段用来说明指令要完成的操作，而地址码字段则用来描述指令的操作对象。指令有机器指令和汇编指令两种形式。机器指令由基2码组成，是计算机能直接理解和执行的指令，但这种指令不好记忆、理解和使用。汇编指令是用助记符来代替基2码的指令，它便于书写、使用。但计算机需要先把汇编指令翻译成机器指令才能识别和执行。3 问题与应用（能力要求）要求学生了解计算机的指令系统，了解汇编指令的特点。 第二节1 主要内容主要介绍8086微处理器的各种数据寻址方式。2 基本概念和知识点基本概念：寻址方式、数据寻址、指令寻址、操作数。知识点：寻找和获得操作数、操作数存放地址或指令转移地址的方法称为寻址方式。8086微处理器的寻址方式分为数据寻址和指令寻址。计算机执行指令的目的是对指定的操作数进行规定的操作，因此如何获得操作数的存放地址很重要。8086微处理器里获取操作数和操作结果的存放地址的方法称为寻址方式。操作数及操作结果存放的地点有：存放在指令的地址码字段中；存放在寄存器中；存放在存储器的数据段、堆栈段或附加数据段中。对应三种基本寻址方式：立即寻址方式、寄存器寻址方式和存储器寻址方式。而存储器寻址方式又可分成直接寻址方式、寄存器间接寻址方式、寄存器相对寻址方式、基址变址寻址方式和相对基址变址寻址方式。3 问题与应用（能力要求）要求学生掌握8086微处理器汇编语音的各种寻址方式的格式、意义、适用场合。 第三节 1 主要内容主要介绍8086微处理器指令系统的各种指令。2 基本概念和知识点基本概念：数据传送、算术运算、逻辑运算、移位、串、转移。知识点：8086微处理器的指令系统包括数据传送指令、算术运算指令、逻辑运算和移位指令、串操作指令、控制转移指令和处理器控制指令。其中，数据传送指令又可分为通用传送指令、累加器专用传送指令、地址传送指令和标志传送指令；算术运算指令包括二进制数的运算和十进制数的运算指令；移位指令按移位方式分为逻辑移位指令、算术移位指令、循环移位指令；串操作指令包括串传送指令和串比较指令；控制转移指令包括无条件转移和条件转移指令、子程序调用和返回指令、循环控制指令、中断指令及中断返回指令。逻辑运算指令与数字逻辑的逻辑计算是对应的，但逻辑运算是按位操作。3 问题与应用（能力要求）要求学生掌握汇编语音中常用的各条指令的意义和使用方法。（三） 课后练习教材第三章习题：3.2、3.3、3.5、3.7、3.8、3.11、3.12。（四） 教学方法与手段本章教学主要采用课堂讲授的方法，并通过实验加强本章知识的巩固。第四章 汇编语言程序设计（一） 目的与要求1 了解汇编语言程序格式；2 掌握汇编语言的伪指令；3 掌握汇编程序的完整结构形式；4 了解汇编语言的上机过程；5 了解流程图的组成和设计方法；6 掌握常用的BIOS调用和DOS调用；7 了解宏汇编，掌握子程序的结构形式与操作；8 掌握各种程序结构的汇编语言实现方法。（二） 教学内容 第一节 1 主要内容主要介绍汇编语言的程序格式。2 基本概念和知识点基本概念：源程序、标号。知识点：汇编语言源程序由指令语句和伪指令语句组成。指令语句和伪指令语句的格式是类似的，由名字、操作码、操作数和注释组成。3 问题与应用（能力要求）要求学生对汇编语句的格式有所了解。 第二节1 主要内容主要介绍汇编语言的伪指令。2 基本概念和知识点基本概念：伪指令。知识点：伪指令又称为伪操作，它不是在程序运行期间由计算机来执行的，而是在汇编程序对源程序汇编期间由汇编程序处理的。伪指令不产生相应的机器代码。伪指令包括定义符号的伪指令、定义数据的伪指令、定义程序开始和结束的伪指令、指令集选择伪指令、地址计数器与对准伪操作，能完成如处理器选择、定义程序模式、定义数据、分配存储区、指示程序结束等功能。3 问题与应用（能力要求）要求学生掌握各种伪指令的意义和使用方法。 第三节1 主要内容主要介绍汇编程序的完整结构形式。2 基本概念和知识点基本概念：段定义。知识点：汇编源程序结构具有完整段定义形式。简化段定义形式，编程时选用哪一种形式，可根据汇编程序版本说明和编程方便来决定。汇编程序在把源程序转换为目标程序时，必须确定标号和变量的偏移地址，并且需要把有关信息通过目标模块传送给连接程序，以便连接程序把不同的段和模块连接在一起，形成一个可执行程序。因此，需要用段定义伪操作。此外，还必须明确段和段寄存器的关系，把段地址装入段寄存器中。3 问题与应用（能力要求）要求学生掌握汇编程序的完整结构，能熟练写出相关的伪操作。 第四节1 主要内容主要介绍汇编语言的上机过程。2 基本概念和知识点基本概念：源文件、目标文件、可执行文件。知识点：在计算机上运行汇编语言程序的步骤是：首先用编辑程序建立 .ASM源文件，然后用MASM程序把 .ASM文件汇编成 .OBJ文件，接着用LINK程序把 .OBJ文件连接成.EXE文件，最后用DOS命令直接键入文件名就可执行该程序。3 问题与应用（能力要求）要求学生掌握汇编语言的上机基本技巧，懂得如何编写并最终生成可执行文件。 第五节1 主要内容主要介绍汇编语言的程序设计方法。包括：流程图的组成和设计方法；常用的BIOS调用和DOS调用；宏汇编的使用；子程序的设计；各种程序结构的设计方法。2 基本概念和知识点基本概念：流程图、BIOS、宏、子程序、顺序、分支、循环。知识点：流程图使用一些图框表示各种操作，它直观形象，易于理解，可以把程序思路清晰地表达出来，有助于编写正确的程序。对于程序设计人员，流程图是一种非常有用的工具。BIOS是IBM-PC机的监控程序，固化于微机主板的ROM中，它的内容主要有系统测试程序、初始化引导程序、I/O设备的基本驱动程序和许多常用程序模块，它们一般以中断服务程序的形式存在。BIOS调用就是人们借用微机BIOS固有的I/O操作程序来解决自己的问题，由于它以固化在计算机中，人们不必把它写入自己的程序，只需指明位置即可。BIOS调用时的基本步骤：设置分功能号、置入口参数、使用中断语句INT n、分析出口参数。在汇编语言里，除了可以调用BIOS调用之外，还能调用DOS操作系统的中断。只需使用8086指令系统软中断指令INT n。当n51FH时，调用BIOS中断；当n203FH时，调用DOS中断。DOS中断中的INT 21H是一个具有调用多种功能的服务程序的软中断指令，称为DOS系统功能调用。在程序设计中，为了简化程序的设计，将多次重复使用的程序段用宏指令代替。由宏指令定义的宏指令体在汇编时展开。也可把具有独立功能的程序段定义为子程序，供其他程序调用，类似于C语言的函数。所有的程序都由顺序结构、分支结构和循环结构组成。3 问题与应用（能力要求）要求学生了解流程图的组成和设计方法，掌握常用的BIOS调用和DOS调用，了解宏汇编，掌握子程序的结构形式与操作，区分宏汇编和子程序的特点，掌握各种程序结构的汇编语言实现方法。（三） 实践环节与课后练习实践环节：实验1DOS功能调用；实验2子程序的编写。课后练习：教材第四章习题：4.3、4.4、4.5、4.6、4.7、4.9、4.10、4.12、4.14。（四） 教学方法与手段本章教学主要采用课堂讲授的方法，并通过实验加强本章知识的巩固。第五章 微处理器总线时序和系统总线（一） 目的与要求1 了解微处理器的性能指标；2 掌握8086微处理器的引脚功能、系统配置；3 熟悉8086微处理器的基本时序；4 了解微机的系统总线。（二） 教学内容 第一节 1 主要内容主要介绍了描述微处理器的各种性能指标。2 基本概念和知识点基本概念：主频、地址总线宽度、高速缓存。知识点：微处理器从诞生到今，制造工艺越来越先进，集成度越来越高，内部晶体管数成倍增长。但微处理器的内部结构仍然由控制单元、逻辑单元和存储单元三大部分组成，其性能大致反映了它所配置的微机的性能。3 问题与应用（能力要求）要求学生了解微处理器的各项性能指标。 第二节1 主要内容主要介绍8086微处理器的引脚功能、系统配置。2 基本概念和知识点基本概念：地址总线、数据总线、控制总线、最小方式。知识点：8086微处理器是Intel系列的典型微处理器，其40条引脚信号按功能可分为四部分地址总线、数据总线、控制总线以及其他（时钟和电源）。地址总线是用于确定CPU要访问的内存单元（或I/O端口）的地址信号；数据总线用于在CPU和内存储器（或I/O设备）之间交换信息；控制总线用于传输CPU送到其他部件的控制命令。当8086微处理器工作于最小方式时，可构成小型的单处理机系统，这时，8086微处理器可通过地址锁存器和数据收发器和存储器、I/O接口通信。3 问题与应用（能力要求）要求学生熟练掌握8086微处理器各引脚的意义和使用方法，掌握8086工作在最小方式下的系统配置方法。 第三节 1 主要内容主要介绍8086微处理器的基本时序。2 基本概念和知识点基本概念：时钟周期、指令周期、总线周期。知识点：计算机的工作是在时钟脉冲的统一控制下，一个一个节拍地实现的。时钟脉冲的重复周期称为时钟周期。每条指令的执行由取指令、译码和执行等操作组成，执行一条指令所需要的时间称为指令周期。8086与外部交换信息是通过总线进行的，CPU的每一个这种信息输入、输出过程需要的时间称为总线周期。8086CPU的操作分为内操作和外操作。外操作是系统对CPU的控制或CPU对系统的控制，主要有：存储器读/写、I/O端口读/写、中断响应、总线保持、总线请求/允许、复位和启动。3 问题与应用（能力要求）要求学生了解总线周期的特点，掌握总线读操作、总线写操作、中断响应操作、总线保持/响应的周期时序。 第四节 1 主要内容主要介绍微机的系统总线。2 基本概念和知识点基本概念：内总线、外总线、片总线。知识点：总线是用来连接各部件的一组通信线。微机总线可分为：片总线、内总线和外总线。内总线即系统总线，是微机系统中各插件之间信息传输的通路，分为数据总线、地址总线、控制总线。总线完成一次数据传输要经历四个阶段：申请占用总线、寻址、数据传输、结束。总线上的数据传输的方式有：同步传输、异步传输、半同步传输。目前，系统总线包括：PC总线、VL和PCI总线、ISA总线、EISA总线、通用串行总线USB等。3 问题与应用（能力要求）要求学生了解总线的分类和目前各种系统总线的概况。（三） 课后练习教材第五章习题：5.1、5.2、5.4、5.5。（四） 教学方法与手段本章教学主要采用课堂讲授的方法。第六章 主存储器（一） 目的与要求1 了解各种类型存储器的引脚和使用方法；2 掌握CPU和存储器的连接方法；3 掌握存储器的扩展方法。（二） 教学内容 第一节 1 主要内容主要介绍存储器的一般概念和分类。2 基本概念和知识点基本概念：半导体存储器、ROM、RAM。知识点：存储器是计算机中用于存储信息的部件。半导体存储器可分为随机存取存储器（简称RAM）和只读存储器（简称ROM）。3 问题与应用（能力要求）要求学生了解存储器的分类和主要技术指标。 第二节1 主要内容主要介绍随机存储器的工作原理和典型芯片。2 基本概念和知识点基本概念：SRAM、DRAM。知识点：RAM可分为SRAM和DRAM两种。SRAM不需要刷新电路，但集成度较低，功耗较大，典型SRAM芯片有Intel6116、6264、62256等；DRAM集成度高，功耗低，但需要刷新，典型的DRAM是Intel2164A。3 问题与应用（能力要求）要求学生了解SRAM和DRAM的工作原理，掌握典型RAM芯片的引脚功能。 第三节 1 主要内容主要介绍只读存储器的工作原理和典型芯片。2 基本概念和知识点基本概念：掩膜ROM、EPROM、EEPROM。知识点：只读存储器ROM的信息在使用时是不能改变的，只能读出，不能写入，一般存放固定程序。ROM大致分为：掩膜ROM、EPROM、EEPROM。掩膜ROM在制成后就不能修改。EPROM可利用紫外线擦除器进行擦除改写，典型EPROM芯片有2716、2732等。EEPROM是电可擦可编程的，速度快，改写方便，典型的EEPROM有Intel2816。3 问题与应用（能力要求）要求学生了解各种ROM的工作原理，掌握典型ROM芯片的引脚功能。 第四节 4 主要内容主要介绍CPU与存储器的连接方法和存储器的扩展方法。5 基本概念和知识点基本概念：地址译码器、位扩展、容量扩展。知识点：CPU与存储器的连接通常通过地址译码器74LS138完成。存储器扩展可分为位扩展和容量扩展，通常也要利用地址译码器来实现。6 问题与应用（能力要求）要求学生掌握地址译码器的使用方法，能利用地址译码器实现CPU与存储器的连接，实现存储器的扩展。（三） 实践环节与课后练习实践环节：实验3I/O地址译码器实验。课后练习：教材第六章习题：6.1、6.2、6.6、6.7、6.8、6.9。（四） 教学方法与手段本章教学主要采用课堂讲授的方法。第九章 定时/计数接口电路（一） 目的与要求1 了解定时/计数的概念；2 掌握可编程定时/计数器Intel8253的内部结构、引脚和使用方法。（二） 教学内容 第一节 1 主要内容主要介绍定时/计数的基本概念。2 基本概念和知识点基本概念：软件定时、硬件定时。知识点：定时/计数就是通过硬件或软件方法产生时间基准，用于实现系统的定时、延时等控制需求。定时的实现方法有：软件定时、纯硬件定时和可编程硬件定时/计数器。软件定时会完全占用CPU的时间，降低CPU的利用率。纯硬件定时条件不方便。因此常用可编程硬件定时/计数器实现定时。3 问题与应用（能力要求）要求学生了解定时的概念和各种定时实现方法的特点。 第二节1 主要内容主要介绍可编程定时/计数器Intel8253。2 基本概念和知识点基本概念：分频器、方波发生器。知识点：Intel8253拥有3个独立的16位计数器，可进行二进制或BCD码计数。它有六中工作方式：方式0方式5。一旦CPU通过Intel8253的控制端口写入控制字，即可令其计数器进行计数。3 问题与应用（能力要求）要求学生掌握可编程定时/计数器Intel8253的内部结构、引脚，掌握Intel8253的6种工作方式，掌握其编程和使用方法。（三） 实践环节与课后练习实践环节：实验4可编程定时器/计数器。课后练习：教材第九章习题：9.2、9.7、9.8、9.9。（四） 教学方法与手段本章教学主要采用课堂讲授的方法，并通过实验加强本章知识的巩固。第十章 并行和串行接口电路（一） 目的与要求1 了解并行接口和串行接口的组成和数据输入/输出过程；2 掌握可编程并行接口电路Intel8255A的内部结构、引脚和使用方法；3 掌握可编程串行接口电路Intel8251A的内部结构、引脚和使用方法。（二） 教学内容 第一节 1 主要内容主要介绍并行和串行通信的接口电路组成和数据通信过程。2 基本概念和知识点基本概念：并行、串行、串入并出、并入串出。知识点：CPU与外设进行数据传输，通常采用的接口方式有并行通信接口和串行通信接口。并行通信由并行接口来完成。并行接口中各位数据都是并行传输的，它以字节（或字）为单位与I/O设备或被