微机原理及接口技术教学案.docx
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微机原理及接口技术教学案
第1课次授课计划
基本内容:
1课程性质及内容介绍、先修课程及参考书目
2第1章计算机基础知识
(1)
1.1绪论1.2计算机的发展概述1.3微机中信息的表示及运算基础
目的要求:
明确本课程的学习目的及要求、激发学习微机原理与接口的兴趣与热情,
初步了解本课程的特点及学习方法;
了解计算机发展历史;
熟练掌握无符号数和带符号数的表示方法;
掌握各种进制间的互换;(重点)
掌握数的原码、反码、补码表示法,并熟练掌握补码加减运算。
(重点)
难 点:
补码加减法运算;
有符号数和无符号数溢出判断 。
教学环节及组织:
新课引入
课程性质:
该课程属计算机硬件基础课程,是学习微机组装、单片机应用开发、微机控制等课程的前序基础课。
课程内容:
微机的基本结构;指令系统及汇编语言;存储器结构及工作原理;I/O接口及应用;可编程芯片及应用。
学习方法:
首先掌握微型计算机的基本原理,熟记其指令系统用指令和应用指令编写程序;掌握I/O接口的基本结构和接口应用;理论结合实际,多上机多编程,在应用中学习。
新课讲授
1计算机基础知识
1.2计算机发展概述
从1946年世界上第一台电子数字计算机ENIAC问世至今,计算机的发展主要经历了电子管、晶体管、小规模集成电路、大规模(LSI)和超大规模(VSLI)集成电路四个发展阶段,从1981年起进入智能计算机阶段。
Ø微处理器及微型计算机的发展
4位及低档8位→中高档8位→16位→32位→高档32位→64位(主要体现在位数的变化)
Ø微型计算机的组成
微型计算机通常由微处理器(即CPU)、存储器(ROM,BAM)、I/O接口电路及系统总线(包括地址总线AB、数据总线DB、控制总线CB)组成。
Ø计算机编程语言的发展。
介绍各编程语言的特点,本门课程主要学习汇编语言。
1.3计算机中信息的表示及运算基础
Ø计算机中的数和编码系统
Ø计算机中的进位计数制
✧进位计数制的基本概念
◆课堂讨论:
为什么要使用二进制和十六进制,各进制间是否可以相互转换?
✧四种不同进制数(二、八、十、十六进制)的相互转换(课堂练习)
Ø计算机中带符号数的表示
✧原码、反码和补码的表示方法
✧原码、反码和补码之间的转换
◆课堂练习
Ø补码加减运算
✧补码加减运算规则[X±Y]补=[X]补±[Y]补
◆例题分析
[例1]X=-0110100B,Y=+1110100B,求X+Y=?
[例2]X=-56,Y=-17,求X-Y=?
◆通过例题强调:
运算完后要先判断结果的正负,结果若为负数,则需进行变补运算才能得到结果的真值。
即[X±Y]原[[X±Y]补]补
Ø溢出判断
◆例题分析
[例3]X=-62H,Y=-3BH,求X+Y=?
[例4]X=-1FH,Y=-4AH,求X+Y=?
✧溢出和进位的区别,
✧溢出判断标准:
若最高进位⊕次高位进位=1,则结果产生溢出。
小结
1)主要介绍了计算机的发展以及计算机的基础知识。
2)要求掌握:
二、十、十六进制的相互转换,无符号数、带符号数、真值、机器数的区别,原码、反码、补码、真值之间的相互转换方法,补码加减运算,进位和溢出的概念。
课外作业及思考题
1)课后练习1,2,3,5,6题自行练习。
课后记载:
第2课次授课计划
基本内容:
第1章计算机基础知识
(2)
1.3微机中信息的表示及运算基础
第2章8086体系结构
(1)
2.18086CPU结构(内部结构)
目的要求:
掌握二-十进制数的表示(BCD数);
掌握二-十进制数的加减运算;(重点)
掌握字符的编码(ASCII码);
掌握8086微处理器的基本结构和工作原理。
难 点:
二-十进制数(BCD数)的加减运算结果调整
教学环节及组织:
复习巩固
Ø计算机中的数和编码系统
Ø计算机中的进位计数制及进制间的转换
Ø计算机中带符号数的表示:
原、反、补码的表示和转换
Ø补码加减运算:
[X±Y]补=[X]补±[Y]补
Ø溢出判断:
若最高进位⊕次高位进位=1,则结果产生溢出。
新课讲授
1计算机基础知识
1.3计算机中信息的表示及运算基础
Ø二-十进制数(BCD数)
✧二-十进制数的表示:
用四位二进制数表示一位十进制数。
✧二-十进制数的加减运算
◆课堂讨论:
例题中BCD数运算结果为什么不再是BCD数?
为什么与十进制结果不符?
◆通过例题讨论,分析结果不一致的原因:
BCD数在计算机中按十六进制运算“逢十六进一”,而十进制为“逢十进一”。
若要BCD数运算中仍保有十进制的“逢十进一”的效果,则对运算结果需进行调整。
✧二-十进制数的加减运算调整原则
加法调整规则:
(1)若二进制和小于10,则保持不变化。
(2)若二进制和大于等于10,或有进位,则和数应加6修正。
减法调整规则:
(1)若相减不发生借位,则减法直接进行。
(2)若相减低位向高位发生借位,则低位应减6修正。
◆课堂练习:
用BCD码计算94+7=101
Ø字符的编码(ASCII码)
✧目前微机中应用最普遍的美国标准信息交换码
✧常用字符ASCII码:
回车0DH/换行0AH/0~9(30H~39H)/a~z(61H~7AH)/A~Z(41H~5AH)
28086体系结构
从前续课程学习已经知道计算机的基本结构,从而可知微机的基本结构有运算器、控制器和存储器等,这些器件又是怎样构成微型计算机的以及怎样在CPU的指挥下工作的?
这就是本节课要解决的间题。
2.18086CPU结构
初步认识:
8086是16位微处理器,数据总线16位,地址总线20位(寻址范围1M),40脚双列直插组件封装。
◆课堂提问:
计算机系统的三总线结构是哪三种总线?
——数据总线、地址总线、控制总线
Ø8086CPU的内部结构(基于图2.18086CPU的内部结构框图讲解)
✧BIU(BusInterfaceUnit总线接口部件):
实现CPU与存储器或I/O口间数据传送
组成:
1个20位地址加法器、专用寄存器组(段寄存器和指令指针寄存器等)、
指令队列、总线控制逻辑
✧EU(ExecutionUnit指令执行部件):
主要功能是执行指令
组成:
算术逻辑运算单元ALU、1个16位标志寄存器FLAGS、
1个数据暂存寄器、8个通用16位寄存器组、EU控制器
Ø8086CPU的工作原理
✧与一般CPU工作原理对比,解释流水线技术
✧动画演示8086CPU流水线工作过程
小结
1)主要介绍了计算机中常用的编码方式:
BCD、ASCII
2)要求掌握:
BCD数的表示、加减运算,以及常用字符的ASCII码
3)主要学习了Intel8086/8088微处理器基本结构和工作原理
课外作业及思考题
1)课后练习1~3题自行练习;
2)预习:
8086CPU的寄存器结构
课后记载:
第3课次授课计划
基本内容:
第2章8086体系结构
(1)
2.18086CPU结构(内部结构+寄存器结构+管脚与功能)
目的要求:
熟练掌握8086CPU内部寄存器组的定义及用法;(重点)
基本掌握8086微处理器管脚的功能;
熟练掌握物理地址/逻辑地址的概念;(重点)
掌握存储器结构和分段的意义;
熟练掌握物理地址的形成方式;(重点)
难 点:
8086CPU内部寄存器组的定义及用法;
堆栈段的使用
教学环节及组织:
复习巩固
Ø第1章课堂作业评讲
1.下列无符号数中最大的数是C。
错解:
D(2人)
A.(98)16B.(152)10C.(10011001)2D.(227)8
2.二进制数10.11101B写成浮点数形式是D。
错解:
A(2人)、B(1人)
A.1011101×10-5B.1011101×2-1000
C.1.011101×10+1D.1.011101×2+0001
3.设x=-46,y=117,则[x-y]补和[x+y]补分别等于B。
错解:
D(2人)
A.D2H和75HB.5DH和47H
C.2EH和71HD.47H和71H
4.补码表示的8位二进制有符号数表示的数值范围是D。
错解:
A(3人)、C(14人)
A.0~255B.0~256C.-127~127D.-128~127
5.利用二进制补码完成有符号数加法运算:
(16)+(-32)
[16]补=00010000B[-32]原=10100000B[-32]补=11100000B
所以:
[16-32]补=[16]补+[-32]补=00010000B+11100000B=11110000B
(16)+(-32)=[11110000B]补=10010000B=-16
出错之处:
1)直接用原码相加;2)原反补码求取出错;3)纯计算错误;4)没有结论
第2章内容回顾
Ø8086CPU的内部结构:
BIU+EU(功能和组成)
Ø8086CPU的流水线工作方式
新课讲授
28086体系结构
2.18086CPU结构
Ø8086CPU的寄存器结构
注意强调
✧16位的AX/BX/CX/DX也可拆成两个8位的寄存器使用;
✧初步介绍存储器的分段存储的概念,由此给出段首地址和偏移地址的概念,帮助理解段寄存器和地址寄存器的功能;
✧寄存器存在“隐含寻址”的概念,即要记住寄存器和对应的段首地址寄存器,这是后面学习指令寻址的基础。
✧IP用来存放将要执行的下一条指令(不是当前指)在代码段中的偏移地址。
具有自动加1功能。
◆课堂练习:
巩固牢记标志寄存器各位的含义。
Ø8086CPU的管脚与功能
✧两种工作模式:
最大模式、最小模式
✧40个引脚,32个引脚功能固定,8个引脚随工作模式不同含义不同
2.28086系统的结构和配置
Ø8086存储器结构
✧常识:
存储空间以字节为单位,一个字节分配一个唯一的20位物理地址
两个连续的字节称为一个字,低地址对应低字节,高地址对应高字节
◆课堂讨论:
什么是段?
为什么要分段
由于8086可以寻址20位地址空间,所以字或字节必须表示成20位的二进制。
但是8086设计是用来执行16位计算的,它只能处理16位长的字。
所以必须设计一个巧妙的方法来表示地址----存储器分段。
◆20位物理地址的形成。
物理地址PA=段基址×16+偏移地址
✧堆栈段的使用
强调:
以字为单位进行出入栈的操作,工作方式为“先进后出”。
课堂练习、分析
小结
1)重点掌握:
8086微处理器的寄存器结构,特别是标志寄存器的取值和寄存器组的组成和作用。
2)重点掌握:
8086存储器分段、20位物理地址的形成、
课外作业及思考题
1)要求牢记8086CPU内部寄存器的名字、基本用法(这是学习汇编编程的基础)
课后记载:
第4课次授课计划
国庆休假
基本内容:
目的要求:
难 点:
教学环节及组织:
前次课程内容回顾
新课讲授
课外作业及思考题
课后记载:
第5课次授课计划
基本内容:
第2章8086体系结构
(2)
2.28086系统的结构和配置(存储器结构)
目的要求:
基本掌握8086微处理器管脚的功能;
了解最大及最小模式下管脚的不同定义;
熟练掌握物理地址/逻辑地址的概念;(重点)
掌握存储器结构和分段的意义;
熟练掌握物理地址的形成方式;(重点)
掌握8086CPU访问存储器的方式;(重点)
掌握堆栈段的使用。
(重点)
难 点:
存储器的组成:
偶地址体、奇地址体
8086CPU访问存储器的方式;
堆栈段的使用
教学环节及组织:
复习巩固
Ø8086CPU的内部结构:
BIU+EU
Ø8086CPU的寄存器结构
Ø8086CPU的管脚:
40个
前次作业课堂评讲1、3、4(特别提醒注意第4题
(2)小题考虑周全)
新课讲授
28086体系结构
2.18086CPU结构
Ø8086CPU的管脚
◆讲清楚地址/数据线复用的问题,强调不得以而为之
2.28086系统的结构和配置
Ø8086存储器结构
✧常识:
存储空间以字节为单位,一个字节分配一个唯一的20位物理地址
两个连续的字节称为一个字,低地址对应低字节,高地址对应高字节
✧存储器的组成:
偶数地址单元+奇数地址单元
难点分析(对照课件图分析):
1将1MB的存储空间分成两个512KB的存储体,一个存储体中包含偶数地址单元,另一个包含奇数地址单元。
两个存储体之间采用字节交叉编址方式。
2偶数地址单元与数据总线的低8位相连,奇数地址单元与数据总线的高8位相连。
3地址总线A0用于区分当前访问的存储体。
✧
✧
✧8086CPU访问存储体的方式
难点分析(对照课件图分析):
特别注意A0和
引脚的配合
由此推出“对准字”的概念:
从偶地址开始的字
✧存储器的分段
✧
✧
✧
✧
✧
◆课堂讨论:
什么是段?
为什么要分段
⏹?
由于8086可以寻址20位地址空间,所以字或字节必须表示成20位的二进制。
但是8086设计是用来执行16位计算的,它只能处理16位长的字。
所以必须设计一个巧妙的方法来表示地址----存储器分段。
◆20位物理地址的形成。
物理地址PA=段基址×16+偏移地址
✧堆栈段的使用
强调:
以字为单位进行出入栈的操作,工作方式为“先进后出”。
课堂练习、分析
小结
1)主要学习了Intel8086存储器的组成和工作原理
2)重点掌握:
8086存储器分段、20位物理地址的形成、CPU对存储器的访问方式。
课外作业及思考题
1)思考:
段地址、偏移地址、物理地址的含义和相互关系
2)课后习题4-20
课后记载:
第6课次授课计划
基本内容:
第2章8086体系结构(3)
2.28086系统的结构和配置(输入/输出结构、最大和最小模式系统)
2.38086CPU内部时序
目的要求:
了解8086输入/输出结构;
理解最大和最小工作模式应用场合;
掌握最小工作模式的系统典型配置;(重点)
熟练掌握时序基本概念;(重点)
掌握最小模式下读写总线周期时序。
难 点:
各种工作时序的分析
教学环节及组织:
复习巩固
Ø存储器的组成:
以字节为单位,1M存储空间分为偶地址体+奇地址体。
以偶地址开始的字称为“对准字”。
Ø存储器的分段:
可分为若干个逻辑段(容量不大于64KB)
Ø逻辑地址和物理地址:
物理地址(20位)=段基址(16位)×16+偏移地址(16位)
Ø堆栈段的使用:
以字为单位,遵循“先进后出”的原则
新课讲授
28086体系结构
2.28086系统的结构和配置
Ø8086输入/输出结构
✧简单介绍CPU要通过接口与外设实现输入/输出,外设地址的编制方法和访问指令。
✧此部分内容不展开,到第5、6章深入学习。
Ø8086的最小和最大模式系统
✧最大、最小模式应用场合
✧结合课件中的图分析最小、最大模式下系统典型配置。
最下模式重点讲。
◆重点强调:
地址锁存器的作用
8086CPU的地址/数据引脚复用,利用地址锁存器才能分离数据和地址信号。
2.38086CPU的内部时序
Ø时序基本概念
✧时钟周期(状态周期):
CPU的最小定时单位,由系统时钟的频率确定。
若8086的主频为10MHz,一个时钟周期为100ns
✧总线周期(机器周期):
CPU从存储器或I/O口存取一个字或字节的时间。
利用总线完成一次数据传送的时间
✧指令周期:
完成一条指令所需要的时间,由一个或多个总线周期组成
◆各周期间的关系:
时钟周期是最小时序单位,总线周期由若干时钟周期组成,指令周期包含若干总线周期(因指令功能而异)。
Ø总线周期的时序
✧一个基本的总线周期由4个时钟周期组成,即T1、T2、T3、T4
✧CPU在T3周期时钟脉冲上升沿检测READY线号,若无效则插入若干Tw周期,直至READY信号有效。
Ø最小模式下读写总线周期时序分析
✧对照课件图进行分析。
注意分析
、ALE、
、
、READY信号的变化
本章小结
1)8086CPU的内部结构:
BIU+EU
2)8086CPU的寄存器结构(重点,要求熟记名字、使用)
3)8086CPU的引脚和功能:
40个,地址和数据复用
4)8086存储器结构:
分段、20位物理地址的形成、CPU对存储器的访问方式
5)8086CPU的内部时序:
明确计算机是一个时序系统,重点掌握几个周期的定义和关系。
前次作业随堂评讲
出现的错误多为计算错误,即没有使用十六进制运算原则。
课后记载:
第7课次授课计划
基本内容:
第3章8086的指令系统
(1)
3.18086指令的特点3.28086的寻址方式3.38086的指令格式及数据类型
目的要求:
了解8086指令的特点、格式
理解各种寻址方式(重点)
熟练掌握EA有效地址的计算(重点)
难 点:
EA地址的计算
教学环节及组织:
复习巩固
上一章学习了微机的基本结构和8086CPU的组成,特别是8086寄存器的组成、功能和作用,以及分段地址管理的基本原理。
新课引入
已知微机的执行过程是由程序(指令的集合)控制执行的,本章将介绍其指令的格式、功能和应用编程。
38086的指令系统
基本概念:
指令、指令系统、程序、程序设计语言(机器语言、汇编语言和高级语言)
3.18086指令的特点(稍作解释)
3.38086的指令格式及数据类型
Ø格式:
操作码+操作数
Ø操作数个数:
单个、两个、三个(其中一个为指令隐含的)
Ø操作数数据类型:
无符号数、有符号数、ASCII码、BCD数
3.28086的寻址方式
ØEA地址:
组合计算的逻辑偏移地址。
对应图3.1存储器地址分析
Ø寻址方式:
如何寻找8086微理器指令的操作数来源的方式
✧立即、寄存器、直接、寄存器间接、基址/变址、基址+变址、串、I/O端口寻址
✧重点讲解结合例题和图分析讲解各寻址方式的含义,EA地址的计算
✧课堂练习课后习题1
小结:
主要介绍了8086的指令系统、指令格式,重点掌握各寻址方式的特点和EA的计算。
课外作业及思考题
1)牢记各种寻址方式,思考访问存储器的寻址方式有哪几种?
本章总结
Ø8086的寻址方式(掌握定义、各类寻址方式中EA的计算方法)
✧立即寻址
✧寄存器寻址
✧直接寻址
✧寄存器间接寻址
✧基址/变址寻址
✧基址+变址寻址
✧串寻址
✧I/O端口寻址
Ø8086指令格式和数据类型
Ø8086指令集(每类指令中掌握常用指令)
✧数据传输类
✧算术运算类
✧逻辑运算类
✧串操作类
✧程序控制类
✧处理机控制类
Ø强调:
✧指令的学习是后续章节特别是汇编语言程序设计的基础,要认真对待;
✧指令的学习不要死记硬背,要多读(例程)多想(可否用其他指令代替)多练
课外作业及思考题
总结常用指令的格式、操作数要求、功能和应用
总结8086存储器寻址方式
课后记载:
第8课次授课计划
基本内容:
习题课:
第3章作业讲评
目的要求:
难 点:
教学环节及组织:
课外作业及思考题
课后记载:
第9课次授课计划
基本内容:
第4章存储器原理与接口
(1)
4.1存储器分类4.2多层存储结构概念4.3主存储器及存储控制
目的要求:
了解存储器的分类与性能,理解多层存储结构概念
掌握RAM和ROM的结构和工作原理
重点掌握主存储器的技术指标、基本组成、基本操作及存储器译码方式(重点)
难 点:
RAM和ROM的工作原理、存储器译码方式
教学环节及组织:
新课引入
从第1章中已知计算机的基本结构由CPU、存储器、IO接口和BUS组成,计算机的所有软件程序都是存放存储器中,才能执行之。
从而应当清楚存储器的基本结构和工作原理。
新课讲授
4存储器原理与接口
4.1存储器分类
Ø存储器概念:
许多存储单元的集合,用以存放计算机要执行的程序和有关数据。
强调:
每个存储单元有一个固定的地址,若存储器地址译码器的输入地址线为n,则存储器的单元数为2n。
Ø存储器分类:
分类标准很多
✧按构成存储器的器件和存储介质分类,本章关注半导体存储器
✧按存储器存取方式分类,:
主要分为ROM和RAM
✧按在计算机中的作用分类:
主要分为主存、辅存和缓存
ØROM和RAM
✧ROM(ReadOnlyMemory)意指只读存储器
◆工作原理:
对照课件图分析ROM存储单元电路
◆特点:
微机在线运行过程中,只能对其进行读操作,而不能进行写操作。
电源关断,信息不会丢失,属于非易失性存储器件;常用来存放不需要改变的信息。
◆根据工艺不同,还有MROM、PROM、EPROM、E2PROM
✧RAM(RandomAccessMemory)意指随机存取存储器。
◆特点:
微机工作过程中,可以随机地对其中的各个存储单元进行读/写操作。
◆分类:
静态随机存取存储器SRAM、动态随机存取存储器DRAM
◆工作原理:
对照课件图分别分析SRAM、DRAM存储单元电路
✧[课堂讨论]SRAM与DRAM的区别
SRAM
DRAM
信息保存方式
多个晶体管组成电路来保存
利用单个晶体管和寄生电容来保存
特点
✓状态稳定,只要不掉电,信息不丢失;
✓集成度低
✓速度快,可用于高速缓存
✓即使不掉电也会因电容放电而丢失信息,故需刷新电路;
✓电路简单,功耗小,集成度高;
✓容量较大;
4.2多层存储结构概念
存储器的作用是存储程序和数据,但由于对速度和容量的要求、价格因素的考虑等,需要将程序和数据存储在不同的器件和设备上,并基于此引申到以后的存储体系的建立。
对应课件上的图形分析多层存储结构的形成和功能。
4.3主存储器及存储控制
Ø存储器的主要技术指标
存储器是用来存放程序和数据的,其衡量指标主要有:
存储容量、存取周期、取数时间、可靠性、性能价格比。
强调:
存储容量的表示。
[课堂提问]存储器容量与地址条数的关系?
Ø主存储器的基本操作(对应课件图说明CPU对存储器的读写操作)
注意:
先送地址再进行数据传送,以及读写信号线的状态变化。
Ø主存储器的基本组成
✧