微机原理与接口技术课堂教学设计.docx

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微机原理与接口技术课堂教学设计

微机原理与接口技术（1-1）课堂教学设计

教学目标（包括知识和能力方面）：

本单元主要内容是第一章，讲授“微机计算机概述”，要求学生了解本课程所要学习的主要内容，重点章节与难点章节；掌握微机的基本概念，微机硬件一般结构，微机软件系统及微机系统组成和性能指标；了解微机的发展及应用领域。

教学内容及课堂教学设计

1．介绍本课程的背景，性质及特点，开设目的要求，以及与其它相关课程之间的关系。

2．概要介绍本程序所要学习的主要内容。

3．介绍本课程使用的教材及相关参考书。

4．进入正题,先介绍计算机的分类

5．引入微型计算机的基本概念：

微处理器，微型计算机，微型计算机系统

6．微型计算机的基本组成结构简介

7．介绍微型计算机的发展概况

8．微型计算机系统及其性能指标

重点、难点分析：

1．让学生了解本课程与其它课程的相互关系，强调本课程与硬件密切相关，是偏硬件的专业技术课程。

2．重点内容为微型计算机的硬件结构及系统组成，使学生对后绪章节的学习能有的放矢。

3．本讲没有难点，只是激发学生对本课程的学习兴趣，对微型计算机有个大致了解即达到本讲目的。

实际上本讲是对以往所学知识的简单回顾并应用于特殊的微型计算机中。

习题：

1.1

1.2

1.5

1.6

微机原理与接口技术（1-2）课堂教学设计

教学目标（包括知识和能力方面）：

本单元讲授“微处理器结构及原理”中的概述部分和16位典型微处理器8086/8088，知识点有两个：

一是微处理器的性能指标及工作方式，二是典型16位微处理器8086/8088结构及工作原理。

教学内容及课堂教学设计

1．从宏观角度介绍微处理器的性能指标（涉及8086-P4）。

2．引入微处理器的工作方式：

实地址方式，保护地址方式，虚拟86方式以及系统管理方式，强调各方式的特点及所适用的微处理器，不则工作方式之间的切换。

3．介绍新型微处理器的命令方法。

4．介绍8086/8088微处理器内部结构：

强调两个部件并行工作带来的效果。

5．重点介绍8086/8088内部寄存器结构：

包括标志寄存器，通用寄存器以及堆栈的操作等。

6．介绍8086、8088的两种工作模式：

最大模式和最小模式

重点、难点分析：

本单元的重点内容有两个方面：

（1）对微处理器工作方式的认识，这对于学好后面各不同性能的微处理器具有指导意义。

（2）8086/8088内部结构，要让学生掌握基本工作原理，必须先从典型的16位处理器开始，强调BIU和EU的相互独立又相互配合工作的并行操作机制，理解微处理器的工作过程。

本单元没有特别的难点。

习题：

2.12.22.32.42.6

微机原理与接口技术（2-2）课堂教学设计

教学目标（包括知识和能力方面）：

本单元继续讲解8086，并引入高性能80286知识点有两个：

一是8086引脚信号及总线周期，二是80286的主要特点及内部结构，强调80286与8086的不同点和共同点及与16位8086的主要差别。

培养学生分析问题的能力。

教学内容及课堂教学设计

1．介绍8086/8088的工作模式及引脚信号：

特别强调那些与总线操作密切相关的引脚的含义。

2．结合8086/8088总线时序，介绍回顾总线周期的概念，重点介绍最大和最小模式下的对外部总线的读/写时序。

让学生深化对微型计算机工作原理的理解和对引脚含义算实质的认识。

3．分析8086/8088的结构特点和存在的问题，引入80286的结构，分析其内部逻辑。

4．从逻辑结构分析出发，讨论80286的主要特点，介绍80286的寄存器结构，介绍新增的MSW及多出的标志寄存器的相关位NE和IOPL（针对保护方式）。

重点、难点分析：

本单元的重点和难点内容有三个方面：

（1）本单元的难点是对微处理器外部引脚和总线时序的理解上。

学生往往学到这里就有点不理解，因此讲清引脚信号的根本含义很关键。

对于时序的讲解，要强调时序的四个状态各自所完成的大致任务：

第一个状态是出地址并锁存，第二个状态撤消地址准备数据，第三个状态是数据在总线上，第四个状态是读写总线上的数据。

但必须强调这是一般情况，没有等待的情况，要说清楚何时插入等待周期，为什么要插入等待周期。

（2）80286内部结构及MSW寄存器，尤其是MSW是8086/8088没有的，要重点说明，并指出80386之后尽管没有MSW但其中的各位被32位的CR0取代，包含的含义一致。

即掌握MSW各位对微处理器机器状态的认识，对于学好后面各不同微处理器的机器状态的深入学习具有指导意义。

习题：

2.82.102.142.17

2.192.202.21

微机原理与接口技术（2-3）课堂教学设计

教学目标（包括知识和能力方面）：

本单元讲授80386微处理器，知识点有两个：

一是80386的主要特点及内部结构，强调32位的80386与16位8086/80286的主要差别。

熟悉32位处理器的结构特点及寄存器结构，结合16位处理器的寄存器特点，理解32位处理器。

培养学生分析问题的能力。

教学内容及课堂教学设计

1．分析80286的结构特征及其存在的问题，引入32位的80386，讨论80386的逻辑结构及内部寄存器结构特点，针对80386新增的工作方式和虚拟86方式，强调80386之后的内存管理方式。

2．重点介绍80386寄存器结构，强调32位的80386仍然采用16位的段寄存器，段寄存器的内容在保护方式下的含义不同于8086，并介绍新增的两上段寄存器。

3．强调80386之后存储器访问既可以分段，又可以分页，且页的大小是4KB，采用描述符的数据结构来访问存储器的。

4．介绍80386引脚信号与总线周期，特别重点介绍M/IO,W/R以及D/C对总线操作类型的影响。

指出80386的存储器组织是4个8位存储模块构成的32位存储器形式。

让学生对不同微处理器构成的微型计算机有一定认识。

重点、难点分析：

1.本单元的重点内容有：

a）80386内部结构及CR0和寄存器结构，要让学生掌握CR0各位的含义，特别注意其中之一的PE和PG对存储器寻址方式的影响。

b）80386引脚与总线操作的关系。

（3）本单元的难点是对80386微处理器外部引脚和总线操作的理解上。

另外对CR0，CR3等各位的理解有一定难度。

习题：

2.222.232.242.26

微机原理与接口技术（2-4）课堂教学设计

教学目标（包括知识和能力方面）：

本单元讲授80486和Pentium4微处理器，知识点有较多：

一是80486的主要特点和内部结构，二是Pentium的主要特点及内部结构，强调80486与80386的不同点和共同点，强调32位的Pentium与32位80386/80486的主要差别。

三是MMX、四是具有36条地址线的PrntiumII/III和Pentium4内部结构及特点。

让学生通过学习理解处理器发展是随着应用需要而发展的，培养学生用发展眼光看待世界。

另外了解最新IA-64结构特征及EPIC技术特点。

教学内容及课堂教学设计

1．分析80386的结构特点和存在的问题，引入80486的结构，分析其内部逻辑。

从逻辑结构分析出发，讨论80486的主要特点。

使学生了解80486在80386基础了要解决的主要问题。

2．分析80486的结构特征及其存在的问题，引入全新设计的集CISC和RISC与一体的32位的Pentium处理器，讨论Pentium处理器的逻辑结构及其特点。

针对Pentium新增的基于RISC的特征，重点分析两条超标量指令流水线及特点。

3．说明采用分离型Cache的作用，强调BTB对分支指令预测的贡献，指出内部通用寄存器仍然为32位，但外部数据总线首次采用64位。

4．对CR0，FLAGS以及存储器地址方式逐一介绍。

5．指出从Pentium开始的处理器具有四种工作方式：

实地址方式，保护地址方式，虚拟86方式以及系统管理方式，与第一单元呼应。

6．回顾Pentium的结构特点和存在的问题，引入PentiumPro的特点，强调PRO架构具有三条超标量结构即具有三条指令流水线。

7．介绍MMX的特点。

8．引入PII处理器，分析其结构特征，三条指令流水线，每条指令流水线有14级。

9．介绍PIII是在PII基础上改进的结果，说明其主要特点。

10．介绍P4的主要特征，强调P4与其它PII，PIII的本质不同，全新的架构设计。

分析P4的内部结构，重点介绍其中的快速引擎，强调指出ALU倍速工作对性能提高的贡献。

简介P4的超线程技术。

11．对8086到P4作一总结，比较各自的特点。

12．介绍Itanium系列处理器的IA-64结构特点，说明当今流行的处理器的发展。

重点、难点分析：

1．本单元的重点内容有两个方面：

a）80486内部结构及特点。

b）Pentium处理器超标量结构的两条指令流水线的工作原理和分支指令预测BTB及其功能。

c）Pentium4处理器结构特点及倍速工作的ALU。

d）P4的TraceCache。

2．本单元的难点是对Pentium微处理器超标量结构的理解。

超标量结构中的两条指令流水线是如何配合工作的过程的理解。

习题：

2.292.302.312.322.332.342.362.372.40

2.412.422.432.45

微机原理与接口技术（2-5）课堂教学设计

教学目标（包括知识和能力方面）：

本单元在所有处理器介绍完后，详细讨论在实地址方式和保护方式下存储器寻址的方法并给出实例。

让学生熟练掌握处理器在不同工作方式下的物理地址的求法。

尤其是对保护方式下分段或分段且分页的物理地址求法。

是本章重点内容。

教学内容及课堂教学设计

1．简要分析和回顾处理器的几种工作方式。

2．强调任何X86处理器在复位时自己处于实地址方式，引入实地址方式下物理地址的形成方法并给实例说明。

物理地址=段地址*16+偏移地址。

3．为下面介绍保护方式下的物理地址形成方法，首先引入几个概念：

（1）描述符与选择子，重点介绍段描述符。

（2）描述符表及描述符表寄存器。

（3）段描述符缓冲寄存器及其作用。

4．先介绍保护方式下只分段的物理地址形成方法即由逻辑地址到线性地址的转换。

强调关键在于寻找段描述符，因为它包括线性地址的段基地址和段界。

而找段描述符的关键是段描述符所在描述符表基地址以及段选择子中的索引。

5．由线性地址到页地址的转换—分页的介绍。

说明对于Pentium以后的处理器有两种页的大小：

4KB和4MB，通常采用4KB页。

页转换采用两次页表变换：

一个是页目录表，一个是页表。

6．给出三个实例：

一个说明实地址方式下如何寻找操作数地址，二是只分段情况下在保护方式下如何寻找操作数地址，三是保护方式下求页的地址。

重点、难点分析：

1．本单元的重点内容是保护方式下的物理地址求法。

在保护方式下物理地址的形成方法是通过段描述符的结构来得到的，由于段描述符描述了段在整个物理存储器中的起始位置（段基址）和确定该段大小的段界以及相关属性。

因此在保护方式下寻址至关重要。

2．本单元的难点是对保护方式下由线性地址到页地址的转换，这种转换需要进行两次页表的转换，涉及页目录表和页表，用到页目录描述符和页描述符，其中描述了页的基地址。

注：

掌握地址转换方法是本章重要内容中的重点，也是考核重点内容。

习题：

2.462.482.49

2.512.52

微机原理与接口技术（5-1）课堂教学设计

教学目标（包括知识和能力方面）：

本单元讲述微机存储器的基本概念及随机存取存储器的工作原理。

使学生熟悉半导体存储器的分类和主要性能指标，掌握随机存取存储器中SRAM、DRAM、IRAM的工作原理，了解高速RAM的特点。

教学内容及课堂教学设计

1．简单概述微型计算机中的存储器。

说明本章要讲述的主要内容以及本节要介绍的内容。

2．引入半导体存储器的分类，使学生了解目前微机存储器的主要类型。

3．介绍半导体存储器的技术指标，包括容量、存取速度以及带宽等。

强调容量与存储模块或芯片外部引脚的关系。

带宽的计算方法。

4．以典型四管为代表介绍随机存取存储器中的静态随机存取存储器SRAM的工作原理。

并给出典型SRAM62256芯片及其外部特征。

5．以单管为代表介绍动态随机存取存储器DRAM的工作原理，并给出典型DRAM芯片424256。

6．介绍集成随机存取存储器IRAM的特点。

7．在传统RAM的基础上，介绍几种流行或典型的高速RAM，包括EDODRAM、SDRAM、RDRAM、DDRDRAM、DDR2DRAM以及DDR3DRAM等。

重点、难点分析：

1．本单元的重点内容有两个方面：

（1）性能指标：

重点在于容量与存储器引脚的关系，容量的计算等。

（2）传统SRAM和DRAM的工作原理。

2．本单元的难点是对DRAM的刷新技术的理解。

习题：

5.25.45.55.6

5.75.95.21

微机原理与接口技术（5-2）课堂教学设计

教学目标（包括知识和能力方面）：

本单元讲述微机存储器的只读存储器的工作原理以及新型铁电存储器及磁性随机存储器的原理及特点。

通过学习，让学生了解只读存储器的演变过程，改进的地方，掌握典型ROM的工作原理，理解新型ROM在微机中的作用和地位。

了解最新存储器的发展。

教学内容及课堂教学设计

1．先介绍不能改写的掩膜型只读存储器MROM的工作原理。

强调MROM是靠二次光刻技术确定信息0和1的。

2．摘要说明MROM的优缺点，引入PROM，介绍其工作原理及应用领域。

强调MROM是靠极间熔丝是否熔断决定信息0和1的。

3．通过分析PROM的优缺点，引入EPROM，介绍其工作原理及应用领域，强调EPROM是靠FAMOS管浮置栅是否积累一定电荷决定信息0和1的。

然后介绍典型EPROM芯片27512及其外部特征。

4．通过分析EPROM的优缺点，引入EEPROM，介绍其工作原理及应用领域，引入典型芯片28010。

5．通过分析EEPROM的优缺点，引入Flash，介绍其主要特点和应用领域。

介绍微机中BIOS常用的Flash芯片29010。

说明Flash存储芯片是目前应用最广速度最快的只读存储器。

6．分析RAM和不同ROM的原理及特点，引出新型存储器即铁电存储器和磁性存储器。

重点、难点分析：

1．本单元的重点内容包括：

（1）MROM工作原理。

（2）PROM工作原理M的工作原理。

（3）EPROM工作原理

2．本单元的难点是EPROM以及铁电存储器工作原理的理解。

习题：

5.35.45.85.95.105.12

微机原理与接口技术（5-3）课堂教学设计

教学目标（包括知识和能力方面）：

本单元讲述内存区域划分，以及扩展技术中的地址译码技术。

通过学习，使学生了解目前PC机的内在划分的背景和方法，掌握地址译码的方法，提高解决问题的能力。

教学内容及课堂教学设计

1．首先小结一下微机中涉及的不同类型的存储器，从8086到P4的内存状态开始引出内存区划的划分。

2．给出划分内存的示意图，通过图示逐一介绍划分的三个重要区域：

常规内存、保留内存以及扩展内存。

3．分析各区域的特点及地址空间，强调常规内存在实模式下的重要性。

4．引入UMB和HMA的概念。

5．说明扩充内存与扩展内存的区别，以及EMS（用扩展内存模拟扩充内存的方法）的作用。

6．从存储器容量不可能适应所有要求，引出存储器扩展的概念。

7．重点介绍存储器扩展中需要的知识：

地址译码技术。

8．给出不同地址译码要求的实例

重点、难点分析：

本单元的重点和难点内容都是存储器的扩展技术中的译码原理及实现方法，

习题：

无

微机原理与接口技术（5-4）课堂教学设计

教学目标（包括知识和能力方面）：

本单元重点讲述微机存储器的的扩展技术，还介绍微机内存层次结构以及CMOS、ROMBIOS及ShadowRAM并对本章作为小结。

通过学习，使学生了解目前微机内存的基本层次结构，了解常用内存模块（内存条）的形式和特点，了解Cache以及虚拟存储器的概念，掌握存储的扩展技术。

教学内容及课堂教学设计

1．重点介绍存储器的扩展技术，包括：

（1）扩展时使用的地址译码方法

（2）位扩展方法

（3）字扩展方法

（4）字位全扩展方式

2．并给出实例，加以说明和分析。

先介绍微机内存的三个层次及其特点：

Cahe、内在以虚拟内存。

3．简单介绍以8088为CPU的8位存储器组织。

4．介绍以8086/80286为CPU的16位存储器组织形式。

5．介绍以80386和80486为CPU的32位存储器组织形式。

6．从内存条形式、内存模块的命名方法，到内在条简介及典型内存模块与系统总线的连接介绍微机的内存模块。

7．介绍Cache存储器。

8．介绍虚拟存储器。

9．从实时钟，到SETUP设置信息的保存，引入CMOS，介绍其功能和组成及对CMOSRAM的操作方法，并给出示例。

10．从系统开机引入ROMBIOS，介绍其功能及基本工作原理。

11．10.介绍影子内存及其用途。

重点、难点分析：

本单元的重点和难点内容都是存储器的扩展技术，因为现有存储器芯片往往不能满足实际要求，因此在实际应用当中经常或必须要进行存储器的扩展，因此掌握扩展技术具有重要意义。

而扩展技术的重要内容包括位扩展，字扩展和字位全扩展，其中用的最多也是最难的就是字位全扩展。

习题：

5.125.135.14

5.165.175.24

微机原理与接口技术（6-1）课堂教学设计

教学目标（包括知识和能力方面）：

本单元主要讲述输入输出基础，通过学习，使学生了解输入输出的基本概念，熟悉输入输出控制方法，了解I/O的基本结构与特点。

掌握I/O接口的读写技术。

教学内容及课堂教学设计

1．先介绍输入输出概述，包括什么是输入输出，I/O接口的功能是什么，CPU与I/O设备之间的接口信息以及I/O编址方法。

2．回顾与深入探讨输入输出控制方式，包括直接程序方式、中断方式和DMA方式，让学生搞清它们的各自的特点和应用范围。

3．通过一个典型I/O接口示例介绍I/O接口的基本结构及特点。

以使学生在后面的具体接口芯片学习时，能有的放矢。

4．重点讨论I/O接口的读写技术，包括：

a）以PC为代表的微机的端口地址分配特点，说明地址分配仅使用16条地址线，尽管处理器可以有32条或36条地址线，但用于I/O编址的地址仅16条，共可寻址64K个8位端口。

给出系统板1K个8位端口的I/O商品地址分配，并加以说明。

b）I/O端口的译码技术：

译码方法有线译码、部分译码以及全译码，采用的形式有用门电路简单译码，用专用译码器译码，用开关式译码以及用PLD译码等。

强调各自的特点及使用原则。

c）对端口的读写技术：

介绍对商品的读和写的具体操作，强调进行读写控制时必须考虑的控制引脚问题，如AEN，WR，RD，M/IO等。

重点、难点分析：

本单元主要是对先修改课程如计算机导论，组成原理等已经学过的知识的回顾，并应用于微机系统中，因此重点是掌握I/O接口的读写技术。

习题：

6.1

6.2

6.3

微机原理与接口技术（6-2）课堂教学设计

教学目标（包括知识和能力方面）：

本单元主要介绍I/O读写技术，包括的主要知识点有简单输入输出接口、端口的读写控制等。

通过实例讲解，使学生能利用前面的译码知识，结合读写控制逻辑构建用于I/O读写操作折控制电路。

培养学生实际应用能力。

教学内容及课堂教学设计

1．回顾一下前面介绍的I/O接口的知识说明I/O读写技术的重要性，从而引入读写技术一节。

2．首先回顾一下基本接口

（1）常用缓冲器及其作用

（2）常用锁存器及其作用

3．通过实例重点介绍对端口的读、写操作的方法。

4．

（1）介绍利用74LS245构造的具有缓冲输入接口的读操作过程及实例

5．

（2）介绍利用74HC377以及相关门电路构造的具有锁存功能的输出接口的写操作过程及实例

6．（3）举例介绍16位输入接口的设计

7．（4）举例介绍32位输入接口的设计

8．

重点、难点分析：

本单元的重点内容是读写接口设计。

本单元的难点在于16位和32位接口的设计

习题：

无

微机原理与接口技术（6-3）课堂教学设计

教学目标（包括知识和能力方面）：

本单元介绍并行通信与串行通信的基本概念，使学生掌握并行通信与串行通信接口的基本结构及特征，熟悉串行通信的常用方式，掌握串行异步通信的协议，了解常用字串行通信标准接口及其应用。

另一个主要内容是介绍串行接口芯片16550/8250。

培养学生实际应用能力。

教学内容及课堂教学设计

9．首先从系统角度说明本章的重要性，引入本章，介绍本章的主要内容及学习要求和学习目标。

10．从什么是并行通信开始，引入并行通信接口的相关内容，包括并行接口的典型电路，据此讨论并行接口的的输入和输出过程。

11．从什么是串行通信开始，引入串行通信接口的相关内容，包括串行接口的典型电路，据此讨论串行接口的的输入和输出过程。

强调串行通信与并行通信的主要区别。

12．介绍串行通信的线路传输方式即数据传输方式

13．

（1）单工方式

14．

（2）半双工方式

15．（3）全双工方式

16．引入串行异步通信与串行同步通信的概念

17．

（1）串行异步通信的定义

18．

（2）串行异步通信的特点

19．（3）异步通信的字符格式

20．（4）波特率的概念及应用

21．（5）同步通信的定义

22．（6）同步通信的特点

23．介绍常用异步通信标准接口及应用

24．

（1）RS-232接口：

引脚定义、与系统连接方式

25．

（2）其它标准接口：

RS-422、RS-485、电流环及其应用

26．分析CPU的并行结构特征引入典型串行接口芯片16550/8250

27．介绍16550的功能特点

28．通过给出内部结构图分析其组成及工作原理

重点、难点分析：

本单元的重点内容是串行异步通信及其协议。

本单元的难点在于串行异步通信接口标准的应用以及16550内部结构及原理。

习题：

6.4

6.5

微机原理与接口技术（6-4）课堂教学设计

教学目标（包括知识和能力方面）：

本单元继续介绍串行通信接口芯片16550/8250，重点介绍它的可编程寄存器的格式及含义和编程方法。

使学生掌握PC及其兼容机的串行通信接口的工作原理，熟练掌握波特率与除数寄存器的关系，能够对串行接口进行编程和实际应用。

提高实际应用能力。

教学内容及课堂教学设计

1．回顾16550/8250的内部结构，说明其工作原理。

2．详细讨论线路控制寄存器LCR和状态寄存器LSR。

3．详细讨论Modem线路控制寄存器MCR和状态寄存器MSR。

4．介绍中断允许寄存器IIR和中断识别寄存器的各位含义。

5．给出并说明波特率与除数寄存器的关系，强调最高波特率与硬件有关，也与设置有关，说明设置波特率的方法，给出公式：

6．除数=1843200/（波特率*16）

7．介绍16550/8250的引脚信号及其含义

8．介绍串行接口芯片16550/8250在系统中的地址分配情况。

9．介绍对串行接口的波特率设置方法、通信的数据格式设置方法、对串行接口的操作方式设置方法以及设置中断允许的方法。

10．以双机通信为例，详