“微機原理及接口技術”課程教學探討

李秋潔

摘要：“微機原理及接口技術”是大學工科專業(yè)的一門重點課程，本文從教學內(nèi)容、教學方法、實驗環(huán)節(jié)等方面對該課程進行教學探討，提高學生對微型計算機基本原理和接口技術的認識和理解，培養(yǎng)學生的應用能力和實踐能力。

關鍵詞：微機原理；接口技術；教學改革

中圖分類號：G642.0 文獻標志碼：A 文章編號：1674-9324（2015）04-0127-02

“微機原理及接口技術”是一門關于計算機硬件基礎知識、匯編語言程序設計及常用接口技術等知識的課程。是通信、電子、信息工程、自動化等非計算機專業(yè)的一門重要專業(yè)基礎課。該課程軟硬件并重，知識點豐富，具有很強的理論性、實踐性與應用性。筆者所在的自動化系為該課程分配64學時，其中課堂教學58學時，實驗6學時。如何在有限的學時內(nèi)，盡快引導學生入門，激發(fā)學生的學習主動性和積極性，讓學生了解和掌握授課重點是該門課程教學的關鍵。本文結合實際情況，從教學內(nèi)容、教學方法、實驗環(huán)節(jié)三個方面對該門課程的教學進行了探討。

一、教學內(nèi)容

“微機原理及接口技術”涉及的知識面較廣，包含計算機預備知識、微處理器、指令系統(tǒng)、匯編語言程序設計、存儲系統(tǒng)、輸入/輸出技術、常用接口芯片及應用等幾大部分。[1]在對教學內(nèi)容的把握上，堅持循序漸進的原則，從微機的基本概念、基本原理入手，逐漸過渡到匯編語言、微機接口，并在內(nèi)容上把微機系統(tǒng)軟硬件技術有機結合起來。整個教學內(nèi)容分為七大章。

1.預備知識。本章重點講授二進制、十進制、十六進制的相互轉換及符號數(shù)的補碼表示，強調(diào)“溢出”這一概念及其判斷方法。使學生通過本章的學習深刻地認識到計算機內(nèi)部所有信息都以二進制數(shù)的形式表示，從而為指令系統(tǒng)及匯編語言的學習打下基礎。

2.微型計算機概述。本章重點講授微型計算機內(nèi)部的基本結構、8086CPU的外部引線及14個內(nèi)部寄存器、存儲器尋址。由于后續(xù)章節(jié)均以8088CPU為例講授CPU與存儲器、接口芯片的連接，因此在本章最后簡要介紹了8088CPU系統(tǒng)總線結構。

3.指令系統(tǒng)。本章重點介紹操作數(shù)尋址方式以及七大類基本指令——傳送指令、算術運算指令、邏輯運算和移位指令、串操作指令、程序控制指令、處理器控制指令、輸入/輸出指令。在講授過程中和第2章結合，強調(diào)CPU內(nèi)部14個寄存器的特殊用途。

4.匯編語言程序設計。本章重點講授匯編語言源程序的結構及程序設計的基本方法，介紹順序、分支及循環(huán)三種程序形式，并進行程序設計舉例。

5.存儲系統(tǒng)。本章重點介紹存儲器的分類和基本性能指標，并以SRAM 6264為例介紹存儲器芯片的連接使用，使學生掌握全地址譯碼方式下存儲器與系統(tǒng)總線的連接方法。

6.輸入輸出技術。本章介紹接口的編址方式及無條件傳送、查詢傳送、中斷、DMA四種數(shù)據(jù)傳輸方式。其中，重點介紹中斷傳輸方式。

7.常用接口芯片及應用。本章介紹三態(tài)門、鎖存器等簡單接口芯片及8255、8253等可編程接口芯片，重點講授接口芯片的引線功能、工作方式、控制字、尋址及連接、初始化和應用。

由于計算機技術發(fā)展迅速，需要在原有教材基礎上及時補充新的實用技術，如現(xiàn)代微機系統(tǒng)的總線技術、高速緩存技術、流水線技術、并行技術、虛擬存儲器技術、閃存技術等。整個教學過程既注重基本知識和技術的講解，又注重新技術、新芯片的發(fā)展動向和應用介紹，這樣的教學內(nèi)容既具有學科教學的完整性、系統(tǒng)性，又具有項目教學的目的性、實用性，設置得先進、合理。

二、教學方法

該課程使學生接觸到較多硬件方面的知識，匯編語言的編程也直接與系統(tǒng)硬件相關，指令多且煩瑣，容易給學生造成難學、枯燥的感覺，因此需要對教學方法進行改進完善，以提高學生的學習興趣。針對上述問題，主要采取以下措施。

1.注重基本原理、方法的介紹。挖掘知識點背后涵蓋的基本原理和方法，使學生深刻理解并掌握所學內(nèi)容。計算機知識涉及不少英文縮寫，如芯片引腳、指令系統(tǒng)等，在介紹時需讓學生了解英文全稱，從而記住引腳或指令的含義。如芯片引腳中，R通常為讀（Read），W通常為寫（Write），E通常為使能（Enable），A通常為地址（Address），D通常為數(shù)據(jù)（Data），CS為片選（Chip Selection），等等。如此一來，學生在學習8086/8088CPU、存儲器、接口等不同硬件芯片時，能根據(jù)引線名稱推測出其含義，了解其作用。在介紹操作數(shù)的不同尋址方式時，不要求學生記住每種尋址方式的具體名稱，而是讓學生掌握操作數(shù)可能存放的幾種位置。在介紹A/D變換芯片時，重點介紹芯片的輸入動態(tài)范圍及轉換精度等性能指標，讓學生知道怎樣根據(jù)不同需求選擇合適的A/D變換芯片。此外，芯片的工作時序在8086 CPU、接口技術部分均有涉及，需要重點介紹，理解時序才能真正理解計算機硬件的工作方式，才有可能針對具體芯片進行編程。

2.重視課程內(nèi)容間的橫向比較和縱向連貫性。在介紹指令系統(tǒng)時，重點強調(diào)8086CPU內(nèi)部14個寄存器的特殊用途，使學生在編程時能正確、靈活運用不同的寄存器。在介紹常用接口芯片及應用時，結合前章輸入輸出技術，將8255可編程并行接口與三態(tài)門、鎖存器等構成的接口電路進行比較，讓學生直觀感受可編程芯片使用的便捷性。在介紹接口技術時，詳細講解查詢這一數(shù)據(jù)傳輸方式的軟件實現(xiàn)，便于學生加強對時序的理解，并學會正確運用輸入輸出指令。

3.利用學生求知欲，激發(fā)學習興趣。大學電腦普及程度高，在教學中要有效利用學生對于計算機軟硬件的求知欲望，激發(fā)他們的學習興趣。例如，為了使學生理解計算機內(nèi)部所有數(shù)據(jù)都以二進制數(shù)的形式表示，以圖像為例，采用畫圖工具打開一幅圖像，每個像素點的顏色可分解為紅、綠、藍三個值，取值范圍均是0～255，在計算機內(nèi)部用8位二進制數(shù)表示。又例如，在介紹微型計算機內(nèi)部基本結構時，采用提問法，讓學生說說他們買電腦時會考慮哪些方面，從而引出CPU、內(nèi)存、接口、系統(tǒng)總線等微型計算機基本組成模塊。endprint

4.化解知識難點，變抽象為具象。[2]在講授較難理解的內(nèi)容時，可采用類比法，將其與生活實例相結合，化抽象為具象。在介紹補碼時，將其與時鐘系統(tǒng)類比，調(diào)整時間可采用正撥、反撥兩種方法，正如補碼運算能將減法化為加法。介紹存儲器尋址時，以小區(qū)門牌號為例，假設小區(qū)有10棟樓，每棟樓有10個住戶，為能夠識別每一個住戶，需要100個門牌號。若直接分配門牌號，則需用一個二位數(shù)（0～99）表示；若以“樓號+樓內(nèi)門牌號”的方式分配，則只需要兩個一位數(shù)。此外，介紹存儲器芯片連接使用時，可把高位地址與存儲器芯片片選芯號間的譯碼電路看作是單元門上的門鈴系統(tǒng)，按下一個門牌號，對應房間內(nèi)的門鈴就會響。

5.完善電子教案，重視多媒體課件研發(fā)。通過將多媒體技術引入課堂，把抽象、枯燥、難以理解的知識點變?yōu)樾问交顫?、生動形象的動畫演示，實現(xiàn)了互動教學，解決了傳統(tǒng)教學中無法表現(xiàn)的問題。例如，在講解移位指令時，通過動畫可將移位過程反映出來，加深學生對不同移位指令用途的理解。在多媒體課件研發(fā)過程中，避免泛，力求精，控制每頁字數(shù)和字體大小，注意提煉關鍵知識點，對難點做出直觀講解。

三、實驗環(huán)節(jié)

筆者所在的自動化系統(tǒng)為該課程分配6學時實驗，需要最大化利用這6學時，培養(yǎng)學生編程興趣，通過實驗對理論知識有更深刻的認識。筆者在教學過程中發(fā)現(xiàn)，由于該課程需要記憶的知識點太多，單純的書本講授無法讓學生將這些知識點完全聯(lián)系起來，因此，大部分學生在一開始接觸時對該門課程比較感興趣，但到了學期中間，有一部分學生因為難以跟上教學進度，沒有學習成就感，學習興趣就逐漸喪失了。通過與學生交流，向有經(jīng)驗的教師請教，以及個人體驗等三個途徑，筆者發(fā)現(xiàn)實驗環(huán)節(jié)的內(nèi)容和時間安排起著非常重要的作用。為了激發(fā)學生的學習積極性，教師應將實驗課程適時穿插進理論教學當中，幫助學生熟悉實驗的硬件和軟件環(huán)境，引導學生在實驗過程中驗證課堂上講授的理論知識，掌握程序閱讀和編寫的方法和技巧，指導學生舉一反三、觸類旁通地去學習并掌握實驗內(nèi)容，進而鞏固理論知識。此外，為了在實驗中培養(yǎng)學生分析問題和解決問題的能力，教師在實驗檢查時不能只關注實驗結果，而是應該重視實驗過程。為了解學生對實驗的理解程度，可人為設置故障，讓學生分析故障產(chǎn)生原因，提出解決方案，對程序進行修改和調(diào)試。為實現(xiàn)上述目標，筆者設計了三個實驗。[3]

1.編程實現(xiàn)求最大數(shù)。通過該實驗，學生能掌握匯編語言源程序的結構，會進行匯編程序的簡單查錯和調(diào)試，能正確使用傳送指令、算術運算指令、程序控制指令以及循環(huán)程序結構。在該實驗基礎上，可讓學生編程實現(xiàn)求最小數(shù)，也可改變數(shù)據(jù)格式，如將8位數(shù)換成16位數(shù)，將無符號數(shù)換成有符號數(shù)，通過這些變化加強學生對算法的理解。

2.8255可編程并行接口實驗。該實驗以8255為接口芯片，要求學生編程實現(xiàn)若干開關對若干LED的控制。通過該實驗，讓學生掌握8255工作方式。同時，為了讓學生靈活運用不同指令，可改變開關的控制策略，如部分開關撥上對應LED亮，反之滅；部分開關撥下對應LED亮，反之滅。

3.8253可編程定時器實驗。通過該實驗讓學生掌握8253的編程原理，同時，學會用示波器觀察不同模式下的輸出波形。

參考文獻：

[1]李伯成，侯伯亨，等.微型計算機原理及應用[M].第2版.西安電子科技大學出版社，2008.

[2]農(nóng)正，韋文山，等.微機原理與接口技術多媒體教學系統(tǒng)的設計與應用[J].實驗技術與管理，2011，28（4）：91-94.

[3]崔文華，王寧，等.微機原理與接口技術實驗教學規(guī)劃與實踐[J].實驗室研究與探索，2011，（9）.endprint