《微机原理与接口技术》课程教学大纲计算机(2011年)资料

《微机原理与接口技术》课程教学大纲

课程名称：微机原理与接口技术 课程编号：210161

英 文 名：Principles of MicroComputer and Interface Technology 课程类别：专业主干课

学 分：4学分

课 时：72课时

选定教材：王克义，微机原理—结构、编程与接口，北京：清华大学出版社 2009 课程概述：

本课程以Intel系列微处理器为背景，介绍微机系统原理、Intel系列微处理器结构、8086指令系统和汇编语言程序设计、主存储器及与CPU的接口、I／O端口的地址译码、CPU和外设之间的数据传送方式，中断控制器及中断技术应用、DMA控制器及应用、并行接口及应用、串行接口及应用，定时器计数器/计数器接口及应用、模/数和数/模转换接口及应用、微计算机发展的新技术。课程内容，涉及知识面广,实用性较强。 教学目的：

通过本课程的学习，使学生掌握微机系统的工作原理、掌握常用接口芯片的使用；能够根据要求设计简单的微机接口电路，编写相应的汇编语言程序，为后继课程的学习及未来从事微机硬件及软件开发打下基础。 教学方法：

以多媒体教学为主，充分利用多媒体教学的大信息量、图文声像并茂等特点来突破教学难点，多角度调动学生的注意力和学习兴趣。

各章教学要求及教学要点

第一章 微型计算机概述

课时分配: 2课时 教学要求：

了解微型计算机的特点及应用领域；掌握微处理器、微型计算机、微型计算机系统的概念，了解微型计算机发展概况及应用领域，了解80x86微处理器系列概况， 教学内容：

第一节 微型计算机的基本概念

一、微型计算机的基本概念

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二、微型计算机的基本结构 三、微型计算机的分类 四、微型计算机的发展

第二节 微处理器及发展概况

一、8086、80386、80486处理器 二、Pentium处理器 三、Pentium II处理器 四、Pentium III处理器 五、Intel Pentium 4处理器 六、Intel超线程处理器 七、Intel双核技术处理器 思考题：

1.画出微型计算机的基本结构图，并说明各组成部分完成的基本功能。 2.解释下列名词：微处理器；微型计算机；微型计算机系统。

第二章 微处理器的编程结构

课时分配: 4课时 教学要求：

使学生理解并掌握微处理器的特点及其三种工作模式，实模式下的存储器寻址及I/O地址空间。8086CPU的寄存器、逻辑地址、物理地址及相互之间关系。 教学内容：

第一节 微处理器的工作模式

一、实模式

二、保护模式 三、虚拟8086模式

第二节 微处理器的编程结构

一、程序可见寄存器

二、80x86/Pentium处理器的寄存器模型

第三节 实模式下的存储器寻址

一、实模式下的存储器地址空间

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3.微处理器；微型计算机；微型计算机系统有何不同？

二、存储器分段技术 三、实模式下的存储器寻址 四、实模式I/O地址空间 思考题：

1.8086CPU内部分成哪两大部件，它们各自的组成和功能是什么？ 2.8086的存储器是如何组织的？地址如何形成？

3.段寄存器CS=1200H，指令指针寄存器IP=FF00H，此时，指令的物理地址为多少？ 4.实模式和保护模式下的工作有何区别？ 5.简述8086实模式下的物理地址形成过程。

第三章 寻址方式与指令系统

课时分配: 8课时 教学要求：

使学生理解并掌握8086指令操作数的各种寻址方式；熟练掌握数据传送指令、逻辑运算指令、移位指令、控制转移指令使用，了解其它指令的使用。 教学内容：

第一节 基本数据类型

一、字、双字的对齐 二、数字数据类型 三、指针数据类型 四、串数据类型

第二节 8086的指令格式

一、立即数 二、寄存器操作数 三、存储器操作数 四、I/O端口寻址

第三节 8086指令系统

一、数据传送指令 二、二进制算术指令 三、十进制算术指令 四、逻辑指令

五、移位和循环移位指令 六、控制转移指令 七、串指令

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八、标志控制操作 九 段寄存器指令 思考题：

1. 什么是指令及指令系统？什么是寻址方式？ 2. 80x86系列的寻址方式主要有哪几种？

3. 有效地址由哪几部分组成？如何根据不同的寻址方式确定源/目的操作数的有效地址及物理地址？

4. MOV指令对源/目的操作数有何限制？

5. 基址变址寻址时所使用的基址寄存器和变址寄存器分别有哪几种？ 6. 移位指令默认使用的寄存器是哪个？

7. 算术运算和逻辑运算指令执行后对状态标志SF、ZF、CF、OF有何影响。

8. 用乘法指令时，特别要注意先判断用有符号数乘法指令还是无符号数乘法指令，这是为什么？

第四章 汇编语言的基本语法

课时分配: 4课时 教学要求：

掌握汇编语言源程序的书写格式；伪指令的使用，了解宏汇编与条件汇编； 教学内容：

第一节 汇编语言的格式及语句行的构成

一、指示性语句 二、指令语句 三、语句行的构成 四、汇编语言的上机过程

第二节 宏汇编与条件汇编

一、宏定义 二、宏调用与宏展开 三、DOS与BIOS功能调用 三、条件汇编 思考题：

1. 什么是伪指令？它和指令有何区别？

2.常用的符号定义伪指令、数据定义伪指令、段定义伪指令和过程定义伪指令的功能、格式和使用方法如何？

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3. dw和dd伪操作用于定义地址时的使用方法和作用如何？ 4. 汇编程序的主要功能是什么？

5. 在计算机上运行汇编源程序的步骤如何？ 6. 地址计数器$用于指令和伪指令中有何区别？

7. 等价伪操作EQU和等号伪操作有何区别？其作用是什么？

第五章 汇编语言程序设计及应用

课时分配: 8课时 教学要求：

掌握汇编语言程序的设计方法，包括顺序程序设计、分支程序设计、循环程序设计、子程序设计的方法。

第一节 汇编语言程序设计方法

一、顺序程序设计 二、分支程序设计 三、循环程序设计 四、子程序设计

第二节 Windows汇编语言程序设计方法

一、基本概念介绍

二、Windows汇编语言程序的基本框架 三、Windows汇编的上机过程 四、汇编语言与高级语言的混合编程 思考题：

1. 分支控制的方法有哪些？

2. 子程序参数传递的方法有哪些？各自的特点是什么？ 3. 汇编语言嵌入高级语言的方法有哪些？

第六章 微处理器的内部组成及外部功能特性

课时分配:4课时 教学要求：

使学生理解并掌握8086/8088CPU最小模式系统引脚功能、存储器读/写时序、I/O 口时序。熟悉掌握指令周期、总线周期和T状态的相互关系。 教学内容：

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一、微处理器的内部组成 二、微处理器的引脚功能 三、微处理器的时序 思考题：

1.什么是最大模式？什么是最小模式？用什么方法将8086置为最大模式和最小模式？ 2.总线周期的含义是什么？8086的基本总线周期由几个时钟周期完成？若某8086CPU时钟频率为20MHZ，试问一个时钟周期是多少？－个基本总线周期是多少？它每秒钟最多可以同内存进行多少次数据交换。

3.简述8086CPU最小模式下控制数据流方向的信号有哪几个？其存储器读周期中，地址、M/IO、ALE、RD信号，及CPU采样数据总线的时刻？以及存储器写周期中，地址、M/IO、ALE、数据、WR信号，出现的时刻。

4.当选定的存储器或输入/输出设备与CPU的工作速度不相匹配时，如何实现Tw等待周期的插入？插入的Tw周期个数由什么决定？

5.8086CPU向内存奇地址写一个字需要几个总线周期？BHE信号何时输出低电平。向内存偶地址写一个字需要几个总线周期？

第七章 I/O接口

课时分配:5课时 教学要求：

理解接口电路的功能，掌握微型机与外设的数据传输方式及工作原理，掌握I/O端口地址译码电路的设计方法。理解8237的特点、工作模式、工作类型及编程。

教学内容：

第一节 概述

一、I/O端口的编址及输入输出的寻址方式 二、I/O接口电路的基本构成 三、CPU与I/O设备之间的接口信息 四、CPU的输入输出时序

五、CPU与接口电路间数据传送的形式 六、IBM PC的外设接口与现代PC的外设接口

第二节 CPU与外设数据传送的方式

一、查询传送方式 二、中断传送方式

三、直接数据通道传送(DMA)

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第三节 DMA控制器

一、8237的主要功能 二、8237的结构 三、8237的工作周期 四、8237的引线 五、8237的工作方式 六 8237的寄存器组和编程

第四节 I/O端口的地址分配与地址译码

一、I/O接口电路的分类 二、I/O端口地址的选用原则 三、I/O地址译码方法

四、I/O地址译码电路的几种方式 思考题：

1.什么是接口电路？微机与外设之间为什么要用接口电路？ 2.简述接口电路的主要功能？

3.什么是端口？I/O端口的寻址方式有哪两种？其优缺点分别是什么？ 4.微机和外设之间数据传送方式主要有哪几种方式？

5.简述DMA方式传送的原理。

6.DMA控制器8237A内部包括几个独立的通道？每次DMA传输时数据字节数最大值是多少？用2片8237A构成的二级DMA系统可以得到多少DMA通道。

7.I/O地址译码方法及地址译码电路的方式分别是什么？

第八章 中断

课时分配:5课时 教学要求：

掌握中断的基本概念，理解8259A中断控制器的工作原理、掌握8259A初始化编程方法，掌握PC机硬件中断程序设计方法。 教学内容：

第一节 概述

一、为什么要用中断 二、中断源

三、中断系统的功能

第二节 最简单的中断情况

一、CPU响应中断的条件 二、CPU对中断的响应

第三节 中断优先权

一、用软件确定中断优先权

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二、硬件优先权排队电路

第四节 8086的中断方式

一、外部中断 二、内部中断 三、中断向量表

四、8086中的中断响应和处理过程

第五节 中断控制器Intel 8259A

一、功能 二、结构 三、8259A的引线 四、8259A的中断顺序 五、8259A的编程 六、8259A的工作方式 思考题：

1.简述中断传送方式的原理。

2.非屏蔽中断有什么特点？可屏蔽中断有什么特点？分别用在什么场合？ 3.什么是中断向量地址？中断向量是什么，它存放在哪里？ 4.简述8086可屏蔽中断的响应过程及中断服务程序的结构。 5.简述8259A的始化编程步骤

第九章 并行通信及其接口电路

课时分配:5课时 教学要求：

掌握可编程并行接口芯片8255A的基本结构、工作方式、控制字的含义和作用，能够根据应用需要，选用工作方式，编写初始化及应用程序。 教学内容：

第一节 可编程的并行输入/输出接口芯片8255A-5的结构

第二节 工作方式选择 .

一、方式选择控制字 二、方式选择举例 三、按位置位/复位功能

第三节 方式0的功能

一、方式0的基本功能 二、方式0的时序

第四节 方式1的功能

一、主要功能 二、方式1输入

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三、方式1输出

第五节 方式2的功能

一、主要功能 二、时序

三、方式2的控制字

第六节8255A应用举例

思考题：

1.8255A的三个端口在使用时有什么差别？

2.可编程并行接口芯片8255A有哪几种工作方式，其特点什么？ 3.简述8255A的初始化编程步骤。

第十章 串行通信及其接口电路

课时分配:5课时 教学要求：

掌握串行通信基础知识，包括全双工方式、半双工方式、波特率、传输距离、同步方式、异步方式、RS-232-C标准、调制与解调器。了解串行异步通信接口芯片8251的基本结构，要求能够根据应用需要，编写初始化及串行通讯程序。. 教学内容：

第一节 串行通信基础

一、串行通信基础知识

二、串行接口标准EIA RS-232C接口

第二节Intel 8251A可编程通信接口 .

一、8251的基本性能 二、8251的方框图 三、接口信号 . 四、8251的编程 五、8251应用举例 思考题：

1. 什么是串行通信？串行通信有什么特点？

2. 8251的状态字RxRDY=1和TxRDY=1分别表示什么含义？何时复位？ 3. 简述采用8251的异步通信程序的编写步骤？

第十一章 计数器和定时器电路Intel 8253/8254

课时分配:4课时 教学要求：

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掌握可编程定时/计数器8253的基本结构、工作方式及特点、控制字的含义和作用，能够根据应用需要，正确选择控制字，计算计数初值，编写初始化程序。 教学内容：

第一节 概述

一、主要功能 二、8253的内部结构 三 8253的引线

一、8253的控制字 二、8253的工作方式

第三节8253的应用举例 第四节Intel 8254

思考题：

1. 8253的一个计数器计数的最大值是多少？一个计数器定时的最大值是多少？二个计数器级联时最大值分别是多少？

2. 简述8253的工作方式及初始化编程步骤。

第十二章 存储器及其接口

课时分配:2课时 教学要求：

掌握存储器接口技术；掌握虚拟存储技术。 教学内容：

第一节 存储器接口技术

一、存储器扩展

二、存储器与CPU的连接

三、16位、32位、64位存储器接口

第二节 虚拟存储技术

一、虚拟存储器的工作原理

二、80X86微机系统中的虚拟存储技术 思考题：

1. 解释虚拟存储技术中的按需调页存储管理技术。

2. 分别说明80286及80386/80486的虚拟地址与物理地址变换机制。

第十三章 数模(D/A)转换与模数(A/D)转换接口

课时分配:4课时 教学要求：

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第二节 8253的控制字及工作方式

掌握模拟输入输出通道的基础知识，D/A转换原理和进行数模转换的过程，8位和12位数模转换器的内部结构及工作原理；掌握模数转换的基本思想，8位模数转换器的内部结构和工作过程。掌握模数转换器与并口芯片与计算机的连接及应用。 教学内容：

第一节 模拟量输入与输出通道

一、模拟量输入通道的组成 二、模拟量输出通道的组成

第二节 数模(D/A)转换器.

一、D/A转换的基本原理 二、D/A转换器的主要技术指标 三、典型的D/A转换器芯片.

第三节 D/A转换器与微处理器的接口 .

一、8位D/A转换芯片与CPU的接口 二、12位D/A转换芯片与CPU的接口

第四节 模数(A/D)转换器

一、A/D转换的基本原理 二、A/D转换器的主要技术指标 三、典型的A/D转换器芯片

第五节 模数(A/D)转换器

一、A/D转换器与微处理器的接口 二、8位A/D转换芯片与CPU的接口 三、12位A/D转换芯片与CPU的接口

第六节 D/A、A/D转换应用举例

一、D/A转换举例 二、A/D转换举例 思考题：

1. D/A、A/D转换器接口的作用是什么？

2. 对一个8位的D/A转换器，若参考电压为+5。12V，当CPU向D/A转换器输出数据32H时，D/A转换器输出电压理论值是多少？要使D/A转换器输出-4V的模拟电压，则相应的数字值应为多大？

3. 某PC机上D/A转换器的地址为290H，试分别写出用其产生锯齿波、三角波的程序段。

4. 对一个8位的A/D转换器，若参考电压为+5V，当输入模拟电压为1。25V时，其输出的数字量为多大？若已知输出的数字量为65H，问输入的模拟电压为多少？

第十四章 80X86保护模式的软件体系结构

课时分配:6课时

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教学要求：

掌握保护模式的寄存器模型，掌握保护模式的存储器管理和地址转换，了解虚拟8086模式。 教学内容：

第一节 保护模式概述 第二节 保护模式的主要数据结构

一、段描述符 二、描述符表 三、段选择符

第三节 保护模式的寄存器模型

一、描述符表寄存器 二、控制寄存器 三、任务寄存器 四、改变功能的寄存器

第四节 保护模式的存储器管理和地址转换

一、物理地址、线性地址和逻辑地址 二、虚拟地址和虚拟地址空间 三、物理地址和虚实地址转换 四、段、页式地址转换

第五节 虚拟8086模式

思考题：

1. 页表的内容是什么？

2. 描述符主要有哪两种类型？描述符为多少个字节？ 3. 应用程序运行在什么保护级？

4. 写一指令序列，它将处理器从实模式转换到保护模式。

5. 保护模式和虚拟8086任务能共同存在于80x86多任务环境中吗？ 6. 什么是多任务和多用户系统？试举例说明？

第十五章 高性能微处理器的先进技术及典型结构

课时分配:4课时 教学要求：

掌握流水线中的“相关”及其处理技术，掌握超标量、超长指令字、超级流水线技术以及多核处理器；了解现代PC机的主板典型结构。

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教学内容：

第一节 高性能微处理器所采用的先进技术

一、流水线中的“相关”及其处理技术 二、指令级并行

三、超标量、超长指令字结构、超级流水线技术 四、RISC技术

第二节 多核处理器简介 第三节 现代PC机主板典型结构

一、芯片组、桥芯片及接口插座 二、PENTIUM PC主板结构 思考题：

1. 简述高性能微处理器设计中所采用的各项先进技术。 2. 简述流水线中的“相关”及其处理技术。 3. 说明RISC的主要特点。 4. 简述多核处理器的主要特点。

5. 说明在现代PC机主板结构中的南桥芯片和北桥芯片的基本功能。

参考书目：

1. 戴梅萼.微型计算机技术及应用（第3版）[M].北京：清华大学出版社，2003. 2. 王让定等.汇编语言与接口技术（第2版）[M].北京：清华大学出版社，2006. 3. 刘红玲, 赵梅主编，《微机原理与接口技术实用教程》[M].北京：电子工业出版社 2008.

4. 钱晓捷.汇编语言程序设计学习与解题指南[M].武汉：华中科技大学出版社，2002. 5. 杨全胜.现代微机原理与接口技术[M].北京：电子工业出版社，2002.8. 6. 顾元刚.汇编语言与微机原理教程[M]. 北京：电子工业出版社，2000.

7.马瑞芳.微机原理与接口技术重点难点及典型题精解[M].西安：西安交通大学出版社， 2002.

9. 邹逢兴.计算机硬件技术及应用基础[M].长沙：国防科技大学出版社，2001.. 10.沈美明，温冬婵. IBM-PC汇编语言程序设计（第2版）[M].北京：清华大学出版社，2001.

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