《微机原理及接口技术》教学大纲

1、微机原理及接口技术（Microcomputer Principle and Interface Technology）课程代码：5261055学分：3学时：48（其中：课程教学学时：36，实验学时：12）先修课程：电子技术基础、汇编语言程序设计、计算机组成原理适用专业：计算机科学与技术教材：微机原理与接口技术，周明德，张晓霞，兰方鹏编著，人民邮电出版社，2007年4月第2版开课学院：计算机与软件学院一、课程性质与课程目标（一）课程性质微机原理及接口技术是计算机科学与技术专业一门实践性很强的限制性选修课程。本课程主要研究微型计算机工作的原理，包括中央处理器、存储器直至各种外部设备的原理和工作方式

2、，是有效掌握微型计算机的硬件知识理论和实践的基础课程。（二）课程目标课程目标包括知识目标和能力目标，具体如下：课程目标1：让学生掌握微型计算机结构特点，以及实现微型计算机与外部连结的软硬件基础知识和基本技能；能掌握和了解常用的微处理器，并运用微处理器和典型的接口集成电路，设计出基本的微型计算机及其应用系统。课程目标2：能够让学生通过计算机系统的全局视角理解计算机软硬件的关系，硬件如何微观表达软件，软件如何宏观制约指令的执行，硬件的动作。软件、指令集、硬件如何三位一体，相互影响，相互支持，相互转化表达。课程目标3：通过课程目标1，2的学习和训练，能够解决计算机类工程复杂问题，如设计并实现一个小型

3、微机系统或单片机，同时借助工具开发所需软件及硬件。课程目标4：具备基本的环境和可持续发展的意识，能够理解和评价计算机专业工程实践对环境、社会可持续发展方面的积极贡献和影响，理解用技术手段降低其负面影响的作用与局限性。（三）课程目标与专业毕业要求指标点的对应关系本课程支撑专业培养计划中的毕业要求指标点3.4、5.2和7.2。毕业要求指标点3.4：在充分理解计算机软硬件及系统的基础上，能够设计针对计算机领域复杂工程问题的解决方案，设计或开发满足特定需求和约束条件的软硬件系统、模块或算法流程，并能够进行模块和系统级优化。毕业要求指标点5.2：在计算机领域复杂工程问题的建模、模拟或解决过程中，能够使用

4、恰当的技术、软硬件及系统资源和研发工具，提高解决复杂工程问题的能力和效率。毕业要求指标点7.2：了解信息化与环境保护的关系，能够理解和评价计算机专业工程实践对环境和社会可持续发展的影响。课程目标毕业要求指标点课程目标1课程目标2课程目标3课程目标4毕业要求3.4毕业要求5.2毕业要求7.2二、课程内容及教学要求本课程教学内容包括：IA-32结构微处理器与8086、处理器总线时序和系统总线、存储器、输入和输出、常用接口电路芯片和微处理器性能提高技术。本课程基本要求是：使学生学习微处理器芯片的基本功能、指令系统、构成微型计算机的外围芯片，以及构成微型计算机系统的接口芯片。掌握微型计算机结构特点，以

5、及实现微型计算机与外部连接的软硬件基础知识和基本技能；掌握和了解各种典型环境下接口设计原则，熟悉和正确选择常用的几种集成接口电路。第1章概述教学内容1. IA-32结构的发展概要（通用微处理器、专用微处理器的发展历程）；2. 计算机基础（计算机的基本结构、常用的名词术语和二进制编码、指令程序和指令系统、初级计算机）；3. 计算机的硬件和软件（系统软件、应用软件和支撑软件）；4.微型计算机的结构（三总线、微处理器内部三大部分）。（二）教学要求1. 了解IA-32结构的概要历史及各代处理器的特点；2. 了解计算机基本结构、常用的名词术语、计算机的软硬件结构；3. 理解二进制编码、指令程序和指令系统

6、、初级计算机、简单程序举例、寻址方式。（三）重点与难点1. 重点数制转换、原反补码转换、BCD码、ASCII码。2. 难点多核与超线程的异同点，计算机的寻址方式。第2章IA-32结构微处理器与8086（一）教学内容IA-32位处理器是8086的延伸（8086功能的扩展和性能的提升）；8086的功能结构（总线接口单元BIU和执行单元EU、流水线）；8086微处理器的执行环境（基本执行环境概要、基本的程序执行寄存器、存储器组织）。（二）教学要求1. 掌握片内缓存的工作原理；2. 掌握流水线技术的机制；3. 了解8086微处理器基本执行环境；4. 了解FLAGS寄存器相关位的含义；5. 掌握物理地址

7、的形成机制。（三）重点与难点1.重点8086种EU和BIU各自的职责。2.难点存储器物理地址的形成。第3章 8086指令系统教学内容1. 基本数据类型；2. 8086的指令格式；3. 8086指令的操作数寻址方式；4. 8086的通用指令。（二）教学要求1. 理解8086基本数据类型；2. 理解8086的指令格式；3. 理解8086指令的操作数寻址方式；4. 理解8086的通用指令。（三）重点与难点1.重点8086各种寻址方式的含义及其汇编格式。2.难点掌握有效地址、物理地址、逻辑地址、偏移量等概念。第4章汇编语言程序设计（一）教学内容1. 汇编语言的格式；2. 语句的格式；3. 伪指令语句；

8、4. 指令语句；5. 汇编语言程序设计及举例。（二）教学要求1. 理解汇编语言的格式；2. 理解语句行的构成；3. 理解指示性语句；4. 理解指令语句；5. 了解汇编语言程序设计思路。（三）重点与难点1.重点8086汇编语言的基本语法，指令语句。2.难点汇编语言程序的基本结构形式的应用。第5章处理器总线时序和系统总线（一）教学内容1. 8086的引脚功能（最大/最小组态、8086引脚及含义）；2. 8086处理器时序（指令的执行过程、指令周期，总线周期，时钟周期的含义、总线周期时序、Tw等待周期、存储器读写周期、IO读写周期、空闲周期、中断响应周期、中断响应、系统复位）；3. 系统总线（分类、

9、总线的数据传输方式、主要的PC总线）。（二）教学要求1. 了解8086的引脚功能；2. 掌握8086处理器时序；3. 了解系统总线分类及用途。（三）重点与难点1.重点最大/最小模式特点及系统典型配置；指令周期、总线周期、时钟周期的概念。2.难点分时复用的基本原理及流程；典型处理器时序图。第6章存储器（一）教学内容1. 半导体存储器的分类（RAM的种类及特点、ROM的种类及特点）；2. 读写存储器RAM（基本存储电路、RAM的结构、RAM与CPU的连接）；3. 只读存储器（掩模只读存储器、可擦除的可编程序的只读存储器EPROM）；4. 提高存储器性能的技术（高速缓存、虚拟存储器和并行存储器）；5

10、. 微机主存空间分配。（二）教学要求1. 了解半导体存储器的分类；2. 了解介绍六管静态存储电路和单管存储电路的原理；3. 掌握RAM地址译码的方式；4. 了解只读存储器种类及工作原理；5. 了解提高存储器性能的技术；6. 了解微机主存空间分配方法；7. 掌握RAM与CPU的连接（三）重点与难点1.重点RAM地址译码的方式、RAM与CPU的连接。2.难点全译码、部分译码造成的地址重叠。第7章输入和输出（一）教学内容1. 概述（输入/输出的寻址方式、CPU与I/O设备之间的接口信息、CPU的输入/输出时序、CPU与接口电路间数据传送的形式、可编程接口的概念）；2. CPU与外设数据传送的方式（查

11、询传送方式、中断传送方式、直接数据通道传送）；3. 中断系统（中断和中断源、中断的功能、最简单的中断情况、8086的中断方式、中断控制器8259）。（二）教学要求1. 理解输入/输出的寻址方式及各自的优缺点；2. 掌握查询与中断两种不同类型的IO数据传送方式各自的流程和优缺点；3. 了解中断的概念，中断源；4. 掌握DMA的流程；5. 掌握查询、中断、DMA三种不同类型的IO数据传送方式各自的流程和优缺点。（三）重点与难点1.重点查询、中断、DMA三种不同类型的IO数据传送方式各自的流程。2.难点查询、中断、DMA三种不同类型的IO数据传送方式的差异。第8章常用接口电路芯片（一）教学内容1.

12、可编程定时器/计数器8253（8253主要功能、结构功能、引线、控制字、工作方式、编程）；2. 可编程并行接口8255A（8255引线、内部结构、工作方式、控制字和状态字、应用举例）；3. 串行通信及串行通信接口芯片8251（串行通信概述、8251可编程通信接口、8251的编程）；4. 数模（D/A）转换与模数（A/D）转换接口（数模转换器、模数转换器）。（二）教学要求1. 了解8253计数特点，内部结构，引线；2. 掌握8253方式0-5的工作原理；3. 掌握8253的编程；4. 了解8255A结构和工作方式；5. 掌握8255A的编程；6. 了解串行通信特点，8251的基本功能；7.掌握8

13、251方式选择字的设定。8. 了解模数/数模转换方法及对应接口芯片的功能及特点；（三）重点与难点1.重点8253的编程；8255的编程；8251的编程。2.难点数模转换逐次逼近原理。第9章微处理器性能提高技术（一）教学内容1. 精简指令集计算机技术（复杂指令集和精简指令集、RISC技术的主要特点）；2. 指令流水线技术（指令流水线思想、Pentium超标量指令流水线）；3. 浮点数据处理单元（浮点寄存器、Pentium浮点指令）；4. 并行处理技术（并行性概念、数据级并行技术、指令级并行技术、线程级并行技术）。（二）教学要求1. 了解各种微处理器性能提高技术。（三）重点与难点1.重点各种微处理

14、器性能提高技术的原理及特点。2.难点各并行处理技术的差异。三、本课程开设的实验项目编号实验项目名称学时类型要求支撑的课程目标18086/8088汇编语言练习2验证性必做课程目标12指令运行时间比较2验证性必做课程目标13存储器与CPU的连接2验证性必做课程目标148259A单级中断控制实验2验证性必做课程目标1，258255A可编程并行口实验2设计性必做课程目标1，268237/8253/8251实验2验证性选做课程目标1，2实验1：8086/8088汇编语言练习1. 实验目的及要求1）掌握汇编语言源程序的编辑、汇编、连接的方法；2）利用DEBUG掌握有关指令的功能；3）利用DEBUG运行简单

15、的程序段。2. 实验主要内容1）建立汇编语言程序；2）写出调试步骤；3）记下代码段、数据段数据内容，观察每句程序执行过程中CS、IP、FLAGS寄存器的变化。3. 重难点DEBUG过程及查看代码段、数据段和各寄存器的内容。实验2：指令运行时间比较1. 实验目的及要求1）比较不同指令的运行时长；2）针对不同问题能选择恰当的解决方案。2. 实验主要内容1）分别以累加、乘法、移位的形式建立15*15的汇编语言程序；2）考察各个程序运行时间，以讨论加法、乘法、移位的运行速度。3. 重难点如何计算程序运行时间。实验3：存储器与CPU的连接1. 实验目的及要求1）了解2114引脚含义；2）根据系统要求确定

16、需要的2114的数目；3）画出存储系统与CPU的连接图。2. 实验主要内容1）明确存储芯片的数据线、地址线数据，计算需要的芯片数及分组；2）依据译码方式画出存储系统与CPU的连接图；3）写出各组地址范围。3. 重难点译码方式不同造成的地址重叠区的理解。实验4：8259A单级中断控制实验1. 实验目的及要求1）掌握中断控制器8259A与微机接口的原理和方法；2）掌握中断控制器8259A的应用编程。2. 实验主要内容1）8259A和8088系统总线直接相连；2）8259A 有2 个端口地址，本系统中为20H、21H，分别用于书写初始化字与命令字；3）IR3作为中断源，产生边沿触发类型的中断，实验箱

17、演示中断次数。3. 重难点8259A初始化和命令字的确定。实验5：8255A可编程并行口实验1. 实验目的及要求1）了解8255A两组端口的组成及特点；2）掌握8255A应用编程技术；3）完成模拟交通灯实验。2. 实验主要内容1）模拟交通灯管理，控制发光二极管交替闪灭；2）8255A的PB4PB7对应黄灯，PC0PC3对应红灯，PC4PC7对应绿灯；3）8255A工作于模式0，并置为输出。4）各发光二极管为共阳极，编程实现交替闪灭。3. 重难点8255A的编程；延时的实现。实验6：8237/8253/8251实验1. 实验目的及要求1）熟悉常用的接口芯片8237/8253/8251；2）学生可

18、以选做其中的一个或多个芯片进行实验。2. 实验主要内容1）针对8237，掌握8237A可编程 DMA控制器进行RAM到RAM的数据传送方法；2）针对8253，掌握8253对于工作方式3时计数结束时GATE端波形的变化；3）针对8251，掌握8251A异步方式发送数据时波形的变化以判断发送数据的过程。3. 重难点各芯片的工作原理及编程。注：本课程为专业课，授课对象为大三学生，实验类型主要包括验证性和设计性实验，均需要提交实验报告，实验报告主要包括实验目的、实验内容、预习内容、实验步骤、源代码和总结。实验评价内容和评分细则参见附录1。四、学时分配及教学方法章教学形式及学时分配主要教学方法支撑的课程

19、目标课堂教学实验上机课程实践小计第1章概述55讲授、案例、自学课程目标1，2第2章IA-32结构微处理器与808633讲授、案例、自学课程目标1，2第3章8086指令系统22讲授、自学课程目标1第4章汇编语言程序设计224讲授、自学、实验课程目标1第5章处理器总线时序和系统总线527讲授、案例、演示、讨论、自学、实验课程目标1第6章存储器527讲授、案例、演示、讨论、自学、实验课程目标1，2第7章输入和输出628讲授、案例、演示、讨论、自学、实验课程目标1， 2第8章常用接口电路芯片6410讲授、案例、演示、讨论、自学、实验课程目标1，2第9章微处理器性能提高技术22讲授、自学课程目标1，2合

20、计361248注：1.课程实践学时按相关专业培养计划列入表格； 2.主要教学方法包括讲授法、讨论法、演示法、研究型教学方法（基于问题、项目、案例等教学方法）等。五、课程考核 1. 课程考核方式包括期末考试、平时作业和实验情况考核。考核形式考核要求考核权重备注平时作业及阶段测试课后完成1015个习题，主要考核学生对每节课知识点的复习、理解和掌握度，计算全部作业的平均成绩再按15%计入总成绩；可让学生查阅资料，了解本课程相关技术发展情况，自主学习并完成。15%根据平时作业得分取平均值或结合平时测试情况实验完成6个实验，主要训练学生应用所学知识构建实验系统，并进行实验的能力，最后按15%计入课程总成绩。15%评分细则见附录1期末考试试卷题型包括选择题、填空题、判断题、应用题、问答题5大类，以卷面成绩的70%计入课程总成绩。其中考核基础知识及应