“微机原理及接口技术”课程教学探讨

李秋洁

摘要：“微机原理及接口技术”是大学工科专业的一门重点课程，本文从教学内容、教学方法、实验环节等方面对该课程进行教学探讨，提高学生对微型计算机基本原理和接口技术的认识和理解，培养学生的应用能力和实践能力。

关键词：微机原理；接口技术；教学改革

中图分类号：G642.0 文献标志码：A 文章编号：1674-9324（2015）04-0127-02

“微机原理及接口技术”是一门关于计算机硬件基础知识、汇编语言程序设计及常用接口技术等知识的课程。是通信、电子、信息工程、自动化等非计算机专业的一门重要专业基础课。该课程软硬件并重，知识点丰富，具有很强的理论性、实践性与应用性。笔者所在的自动化系为该课程分配64学时，其中课堂教学58学时，实验6学时。如何在有限的学时内，尽快引导学生入门，激发学生的学习主动性和积极性，让学生了解和掌握授课重点是该门课程教学的关键。本文结合实际情况，从教学内容、教学方法、实验环节三个方面对该门课程的教学进行了探讨。

一、教学内容

“微机原理及接口技术”涉及的知识面较广，包含计算机预备知识、微处理器、指令系统、汇编语言程序设计、存储系统、输入/输出技术、常用接口芯片及应用等几大部分。[1]在对教学内容的把握上，坚持循序渐进的原则，从微机的基本概念、基本原理入手，逐渐过渡到汇编语言、微机接口，并在内容上把微机系统软硬件技术有机结合起来。整个教学内容分为七大章。

1.预备知识。本章重点讲授二进制、十进制、十六进制的相互转换及符号数的补码表示，强调“溢出”这一概念及其判断方法。使学生通过本章的学习深刻地认识到计算机内部所有信息都以二进制数的形式表示，从而为指令系统及汇编语言的学习打下基础。

2.微型计算机概述。本章重点讲授微型计算机内部的基本结构、8086CPU的外部引线及14个内部寄存器、存储器寻址。由于后续章节均以8088CPU为例讲授CPU与存储器、接口芯片的连接，因此在本章最后简要介绍了8088CPU系统总线结构。

3.指令系统。本章重点介绍操作数寻址方式以及七大类基本指令——传送指令、算术运算指令、逻辑运算和移位指令、串操作指令、程序控制指令、处理器控制指令、输入/输出指令。在讲授过程中和第2章结合，强调CPU内部14个寄存器的特殊用途。

4.汇编语言程序设计。本章重点讲授汇编语言源程序的结构及程序设计的基本方法，介绍顺序、分支及循环三种程序形式，并进行程序设计举例。

5.存储系统。本章重点介绍存储器的分类和基本性能指标，并以SRAM 6264为例介绍存储器芯片的连接使用，使学生掌握全地址译码方式下存储器与系统总线的连接方法。

6.输入输出技术。本章介绍接口的编址方式及无条件传送、查询传送、中断、DMA四种数据传输方式。其中，重点介绍中断传输方式。

7.常用接口芯片及应用。本章介绍三态门、锁存器等简单接口芯片及8255、8253等可编程接口芯片，重点讲授接口芯片的引线功能、工作方式、控制字、寻址及连接、初始化和应用。

由于计算机技术发展迅速，需要在原有教材基础上及时补充新的实用技术，如现代微机系统的总线技术、高速缓存技术、流水线技术、并行技术、虚拟存储器技术、闪存技术等。整个教学过程既注重基本知识和技术的讲解，又注重新技术、新芯片的发展动向和应用介绍，这样的教学内容既具有学科教学的完整性、系统性，又具有项目教学的目的性、实用性，设置得先进、合理。

二、教学方法

该课程使学生接触到较多硬件方面的知识，汇编语言的编程也直接与系统硬件相关，指令多且烦琐，容易给学生造成难学、枯燥的感觉，因此需要对教学方法进行改进完善，以提高学生的学习兴趣。针对上述问题，主要采取以下措施。

1.注重基本原理、方法的介绍。挖掘知识点背后涵盖的基本原理和方法，使学生深刻理解并掌握所学内容。计算机知识涉及不少英文缩写，如芯片引脚、指令系统等，在介绍时需让学生了解英文全称，从而记住引脚或指令的含义。如芯片引脚中，R通常为读（Read），W通常为写（Write），E通常为使能（Enable），A通常为地址（Address），D通常为数据（Data），CS为片选（Chip Selection），等等。如此一来，学生在学习8086/8088CPU、存储器、接口等不同硬件芯片时，能根据引线名称推测出其含义，了解其作用。在介绍操作数的不同寻址方式时，不要求学生记住每种寻址方式的具体名称，而是让学生掌握操作数可能存放的几种位置。在介绍A/D变换芯片时，重点介绍芯片的输入动态范围及转换精度等性能指标，让学生知道怎样根据不同需求选择合适的A/D变换芯片。此外，芯片的工作时序在8086 CPU、接口技术部分均有涉及，需要重点介绍，理解时序才能真正理解计算机硬件的工作方式，才有可能针对具体芯片进行编程。

2.重视课程内容间的横向比较和纵向连贯性。在介绍指令系统时，重点强调8086CPU内部14个寄存器的特殊用途，使学生在编程时能正确、灵活运用不同的寄存器。在介绍常用接口芯片及应用时，结合前章输入输出技术，将8255可编程并行接口与三态门、锁存器等构成的接口电路进行比较，让学生直观感受可编程芯片使用的便捷性。在介绍接口技术时，详细讲解查询这一数据传输方式的软件实现，便于学生加强对时序的理解，并学会正确运用输入输出指令。

3.利用学生求知欲，激发学习兴趣。大学电脑普及程度高，在教学中要有效利用学生对于计算机软硬件的求知欲望，激发他们的学习兴趣。例如，为了使学生理解计算机内部所有数据都以二进制数的形式表示，以图像为例，采用画图工具打开一幅图像，每个像素点的颜色可分解为红、绿、蓝三个值，取值范围均是0～255，在计算机内部用8位二进制数表示。又例如，在介绍微型计算机内部基本结构时，采用提问法，让学生说说他们买电脑时会考虑哪些方面，从而引出CPU、内存、接口、系统总线等微型计算机基本组成模块。endprint

4.化解知识难点，变抽象为具象。[2]在讲授较难理解的内容时，可采用类比法，将其与生活实例相结合，化抽象为具象。在介绍补码时，将其与时钟系统类比，调整时间可采用正拨、反拨两种方法，正如补码运算能将减法化为加法。介绍存储器寻址时，以小区门牌号为例，假设小区有10栋楼，每栋楼有10个住户，为能够识别每一个住户，需要100个门牌号。若直接分配门牌号，则需用一个二位数（0～99）表示；若以“楼号+楼内门牌号”的方式分配，则只需要两个一位数。此外，介绍存储器芯片连接使用时，可把高位地址与存储器芯片片选芯号间的译码电路看作是单元门上的门铃系统，按下一个门牌号，对应房间内的门铃就会响。

5.完善电子教案，重视多媒体课件研发。通过将多媒体技术引入课堂，把抽象、枯燥、难以理解的知识点变为形式活泼、生动形象的动画演示，实现了互动教学，解决了传统教学中无法表现的问题。例如，在讲解移位指令时，通过动画可将移位过程反映出来，加深学生对不同移位指令用途的理解。在多媒体课件研发过程中，避免泛，力求精，控制每页字数和字体大小，注意提炼关键知识点，对难点做出直观讲解。

三、实验环节

笔者所在的自动化系统为该课程分配6学时实验，需要最大化利用这6学时，培养学生编程兴趣，通过实验对理论知识有更深刻的认识。笔者在教学过程中发现，由于该课程需要记忆的知识点太多，单纯的书本讲授无法让学生将这些知识点完全联系起来，因此，大部分学生在一开始接触时对该门课程比较感兴趣，但到了学期中间，有一部分学生因为难以跟上教学进度，没有学习成就感，学习兴趣就逐渐丧失了。通过与学生交流，向有经验的教师请教，以及个人体验等三个途径，笔者发现实验环节的内容和时间安排起着非常重要的作用。为了激发学生的学习积极性，教师应将实验课程适时穿插进理论教学当中，帮助学生熟悉实验的硬件和软件环境，引导学生在实验过程中验证课堂上讲授的理论知识，掌握程序阅读和编写的方法和技巧，指导学生举一反三、触类旁通地去学习并掌握实验内容，进而巩固理论知识。此外，为了在实验中培养学生分析问题和解决问题的能力，教师在实验检查时不能只关注实验结果，而是应该重视实验过程。为了解学生对实验的理解程度，可人为设置故障，让学生分析故障产生原因，提出解决方案，对程序进行修改和调试。为实现上述目标，笔者设计了三个实验。[3]

1.编程实现求最大数。通过该实验，学生能掌握汇编语言源程序的结构，会进行汇编程序的简单查错和调试，能正确使用传送指令、算术运算指令、程序控制指令以及循环程序结构。在该实验基础上，可让学生编程实现求最小数，也可改变数据格式，如将8位数换成16位数，将无符号数换成有符号数，通过这些变化加强学生对算法的理解。

2.8255可编程并行接口实验。该实验以8255为接口芯片，要求学生编程实现若干开关对若干LED的控制。通过该实验，让学生掌握8255工作方式。同时，为了让学生灵活运用不同指令，可改变开关的控制策略，如部分开关拨上对应LED亮，反之灭；部分开关拨下对应LED亮，反之灭。

3.8253可编程定时器实验。通过该实验让学生掌握8253的编程原理，同时，学会用示波器观察不同模式下的输出波形。

参考文献：

[1]李伯成，侯伯亨，等.微型计算机原理及应用[M].第2版.西安电子科技大学出版社，2008.

[2]农正，韦文山，等.微机原理与接口技术多媒体教学系统的设计与应用[J].实验技术与管理，2011，28（4）：91-94.

[3]崔文华，王宁，等.微机原理与接口技术实验教学规划与实践[J].实验室研究与探索，2011，（9）.endprint