《微机原理与系统设计》教学大纲

   课程编号：MA 5215L

课程名称：微机原理与系统设计          英文名称：Principle and Interface Technique

                                                                          of Micro-Computer

   学分/学时：3/48                              课程性质：选修

   适用专业：材料科学与工程               建议开设学期：5

   先修课程：模拟电子技术基础、        开课单位：先进材料与纳米科技学院

   数字电路与逻辑设计

一、课程的教学目标与任务

本课程紧密围绕微型计算机原理和应用主题，以Intel x86 CPU为主线，系统介绍微型计算机的基本知识、基本组成、体系结构和工作模式等，Intel x86 CPU的指令系统、汇编语言及程序设计方法和技巧，存储器的组成和I/O接口扩展方法，微机的中断结构、工作过程和8253A的编程与应用，DMA控制器的工作过程和8255的编程结构，从而使学生能较清楚地了解微机的结构与工作流程，建立起系统的概念。

课程系统介绍了微机中的常用接口原理和应用技术，包括串并行接口8255A和8251A的工作原理及编程应用方法，计数器/定时器8253的结构和应用，A/D、D/A的基本工作原理及应用方法。在此基础上，对现代微机系统中涉及的总线技术、高速缓存技术、数据传输方法、高性能计算机的体系结构和主要技术作了简要分析。同时，配以适当的实验教学培养学生的独立分析问题和解决问题的能力，通过系统的实践教学锻炼，使学生具有一定的软硬件开发能力，为未来的工作和后继课程的学习打下基础。

二、课程具体内容及基本要求

（一）微型计算机基础知识 (2学时)

微型计算机系统简介及其工作原理；数制与码制

1.基本要求

（1）了解计算机的发展、计算机的特点与分类；了解计算机的性能指标和微型计算机的概念；熟悉微型计算机的组成及各部分的功能与特点；熟悉微型计算机的工作原理；

（2）熟悉计算机中的数制和码制；掌握各种数制之间的相互转换；熟悉计算机中数与字符的编码规则；掌握数值数据的编码及其运算；

2.重点、难点

重点：微型计算机的工作原理

难点：数值数据的编码及其运算

3.作业及课外学习要求：

习题+思考题。

（二）微处理器结构（6+2学时）

微处理器的一般结构；微处理器的功能结构

1.基本要求

（1）了解微处理器的发展；了解Intel80386、Intel80486的基本知识及结构特点；熟悉微处理的典型结构；

（2）掌握Intel 8086微处理器的功能结构；了解Intel 80286微处理器的功能结构；熟悉Intel 8086的引脚及功能。

2.重点、难点

重点：微处理的典型结构

难点：8086的引脚及功能

3.作业及课外学习要求：

习题。

（三）8086指令系统（4+2学时）

寄存器组织；存储器组织；I/O组织；寻址方式

1.基本要求

（1）了解指令系统的概念和分类；熟悉微型计算机的寄存器和存储器的组织结构；

（2）掌握8088/8086 CPU的寻址方式；掌握8088/8086 CPU的指令系统及指令的特殊要求；掌握各种指令的特点和使用范围、对标志寄存器的影响。

2.重点、难点

重点：微型计算机的寄存器和存储器的组织结构

难点：指令系统及指令的特殊要求

3.作业及课外学习要求：

习题。

（四）汇编语言程序设计（4+2学时）

汇编语言基础及伪指令；汇编语言源程序结构；汇编语言程序设计的常用设计方法；BIOS中断调用，DOS功能调用以及宏指令；顺序程序，循环程序，分支程序的设计方法

1.基本要求

（1）了解汇编语言程序的结构、汇编语言语句格式；熟悉伪指令的概念、定义、功能及用法；

（2）熟悉汇编语言源程序的结构；

（3）掌握汇编语言程序设计的常用设计方法；

（4）了解BIOS中断调用和DOS功能调用；了解宏指令的定义和使用；

（5）掌握顺序程序、分支程序、循环程序的设计方法。

2.重点、难点

重点：汇编语言程序的结构、汇编语言语句格式

难点：汇编语言程序设计的常用设计方法

3.作业及课外学习要求：

习题。

（五）半导体存储器（4+2学时）

存储器的概念、分类和技术指标；SRAM、DRAM的基本组成和工作原理；CPU与存储器的连接；存储器扩展的原理的方法

1.基本要求

（1）了解存储器的概念、分类及技术指标；熟悉SRAM和DRAM的基本组成和工作原理；

（2）掌握CPU与存储器的连接，掌握存储器扩展的原理和方法。

2.重点、难点

重点：SRAM和DRAM的基本组成和工作原理

难点：存储器扩展的原理和方法

3.作业及课外学习要求：

习题。

（六）输入/输出技术（4+2学时）

CPU与外设之间的接口信息及数据传输方式；DMA控制器的组成和工作原理

1.基本要求

（1）了解CPU与外设之间的接口信息；了解IBM-PC及现代PC与外设的接口；掌握输入输出指令及其寻址方式；熟悉CPU与外设之间数据传送方式；

（2）掌握程序控制方式、中断控制方式数据传送的编程和应用；了解DMA控制器的组成和工作原理。

2.重点、难点

重点：输入输出指令及其寻址方式

难点：程序控制方式、中断控制方式数据传送的编程和应用

3.作业及课外学习要求：

习题。

（七）中断系统（4+2学时）

中断的基本概念与多级中断；8259A的性能和结构；8259A的工作方式和编程方法

1.基本要求

（1）了解中断的基本概念以及中断过程；熟悉多级中断的管理和中断优先级的排队电路；熟悉IBM-PC机的中断系统、中断优先权以及中断向量表；

（2）了解8259A的主要性能和内部结构；了解8259A的外部特性；

（3）熟悉8259A的控制字；熟悉8259A的工作方式和编程方法。

2.重点、难点

重点：IBM-PC机的中断系统，中断优先权，中断向量表

难点：8259A的工作方式和编程方法

3.作业及课外学习要求：

习题。

（八）程序设计与硬件搭建（8学时）

8086的基本工作原理；8086与外设的连接方式，利用8086和简单外设搭建简单的微机系统；

1. 基本要求

（1）理解8086的基本工作原理；

（2）掌握8086与外设的连接方式；

（3）能够利用8086和简单外设搭建简单的微机系统，完成简单功能；

2. 重点、难点

重点：8086的工作原理和与外设的连接方式；

难点：连接外设时的匹配问题，兼容问题以及程序的编写和检查；

3. 作业及课外学习要求：

课余实践。

三、教学安排及方式

总学时28+20学时，其中：讲授28学时，大作业以及课余实践20学时。

注：教学方式填写“讲授、实验或实践、上机、综合练习、多种形式”。

四、本课程对培养学生能力和素质的贡献点

本课程旨在培养学生的独立思考能力，学生通过本课程的学习，能够掌握微机系统的硬件结构、存储器的结构和扩展、指令系统的结构以及程序的分类和特点，能够独立编程并进行调试。通过对工程知识的系统理解，最终能够分析并解决实际问题。

五、考核及成绩评定方式

最终成绩由平时作业成绩和课程论文成绩组合而成。各部分所占比例如下：

平时作业成绩：20%。主要考核对每堂课知识点的复习、理解和掌握程度。

实践考核成绩：20%。主要考核对汇编语言的理解和应用程度。

课程论文成绩：60%。主要考核发现、分析和解决问题的能力，以及语言及文字表达能力。学生可根据任课教师提出的题目撰写大论文，并最终由任课教师根据内容评定成绩。

六、教材及参考书目

教材：《微机原理与接口技术》（第二版），牟琦主编，清华大学出版社，2013

参考书目：

1.《微计算机系统原理及应用》（第五版），周明德主编，清华大学工业出版社，2012

2.《微机原理与接口技术》，彭虎主编，电子工业出版社，2016

3.《微机系统原理与接口技术》黄玉清等著，电子工业出版社，2011

七、说明

（一）与相关课程的分工衔接

本课程是在《数字电路与逻辑设计》后开设的一门专业基础课，在学习本课程前学生应较好地掌握前期课程中数字电路分析和设计方法。本课程的后续课程为《单片机原理及其应用》，通过本课程的学习，学生可以对单片机的工作原理和程序设计有一个更为全面的理解，另外，本课程中的汇编语言内容也可对单片机中汇编语言的理解和掌握提供一定的基础。

（二）其他说明

无。

                              （执笔人：孙 鹏  审核人：学院教学委员会）

2017年 6月 10日