《计算机原理与接口》教学大纲

一、课程简介

计算机原理与接口是介绍微机基本结构、接口及总线基本原理及应用技术的课程。它涉及微机和各种外设的基本原理，重点关注连接软硬件界面的专业知识；知识面广，技术性高，实用性强。通过讲授以x86系列是平台微机的基本结构等相关设备和技术开发， 8086汇编语言程序设计，让学生掌握微机系统的基本原理和基本接口设计技术PC高级编程技术和接口软件编程，并能利用这些技术解决一些实际问题。本课程是生物医学工程专业学生从事医学仪器研究的重要专业基础课程。

以计算机概论、电路分析、电子技术等课程为基础的计算机原理和接口技术，配合汇编语言程序设计和微机接口实验，形成完整的教学实践体系，是一门重要的主要课程。在先修课程的基础上，向学生传授微机硬件和软件的基本原理，使学生掌握微机系统分析设计的基本方法。掌握了微型计算机的原理和接口技术，将是未来的单片机，DSP后续课程的学习、开发和应用，如原理、测试和控制，奠定了基础。

本课程在第五学期开设，为必修课，总学时81学时，3.5学分，其中理论54学时，实验27学时，理论与实验课的比例为2:1。

二、课程目标

(一)基础知识

了解微型计算机的特点，掌握80x86微处理器、中断系统、微机指令系统、汇编语言程序、存储器及其与CPU串行通信和串行接口的相关知识点、总线技术、可编程并行接口芯片及其应用。

(二)基本技能

完成本课程后，要求学生分析复杂的微机系统，独立完成简单的系统软硬件设计。

(三)基本素质

在教学过程中，促进了学生思想道德素质和良好心理素质的形成。在宏观上，引导学生掌握课程内容，使学生能够分类；在微观上，应激励学生分析数学、物理和工程概念，解决问题。

三、学时分配

单元

名称

理论学时

实验学时

1

微计算机基础知识

6

2

80x86微处理器

6

3

微型计算机指令系统

6

4

汇编语言程序设计

9

6

5

存储器及其和CPU的接口

3

3

6

I/O接口及中断技术

9

6

7

总线技术

3

8

可编程接口芯片及其应用程序

12

12

合计

54

27

四、理论教学目标及内容

微计算机基础知识

目标

1.掌握 微型计算机的基本结构特性。

2.熟悉 (1)微型计算机常用接口；(2)微型计算机的定义。

3.了解 微型计算机发展的五个阶段。

内容

1.重点阐述 (1)计算机中使用的原码、反码、补码表示及其转换；(2)二进制、十进制、十六进制及其相互转换，掌握计算机中使用的原码、反码、补码表示及其转换；(3)计算机中无符号、有符号、英文字符、汉字编码，掌握各种数字和ASCII和BCD代码之间的转换。

2.详细了解(1)微机系统的组成和层次结构，包括基本结构框图、微机主要部件(主机、显示器、键盘)、微机主要部件(主板、底盘、电源、显示器、磁盘驱动器、键盘、各种适配电路卡)；(2)什么是微处理器，什么是微机，什么是微机系统？了解微机系统的单总线结构。

3.一般介绍 掌握了字长、存储容量、速度、配套外设、配套软件等微机系统的主要技术参数。

80x86微处理器

目标

1.掌握8086的寄存器结构。

2.熟悉(1)8086/8088引脚的含义；(2)微型计算机周期。

3.了解 8086CPU编程结构、总线接口部件(BIU)和执行部件(EU)功能及特点。

通过本章的学习，应对CPU全面了解。

内容

1.重点阐述(1)CPU编程结构、总线接口部件(BIU)和执行部件(EU)(2)总线控制器8288的功能和最大工作模式的特点和差异，以及总线控制器8288的功能；(3)典型连接电路(包括典型配置、8284、8282、8286及其8086/8088 CPU与三总线的连接)。

2.详细了解(1)指令周期、总线周期、机器周期；(2)最小模式下的总线读写操作时间，以及与典型电路的对应关系。

3.一般介绍 逻辑地址、物理地址物理地址及其相互关系。

微型计算机指令系统

目标

1.掌握指令的组成和操作数。

2.熟悉 寻找8086/8088系统的方法。

3.了解 8086/8088指令系统的各个指令内容。

内容

1.重点介绍(1)指令的构成、8086/8088的一般指令格式和操作类型；(2)8086/8088系统的搜索模式及其指令系统。

2.详细了解(1)指令构成；(2)立即操作数、寄存器操作数和存储器操作数；(3)8种寻址方式的特点和应用。

3.一般介绍 扩展和增加8086/8088系统的指令。

汇编语言程序设计

目标

1.掌握汇编语言源程序的格式和基本语法。

2.熟悉 伪操作数和宏命令。

3.了解 DOS与BIOS的调用。

内容

1.重点介绍(1)汇编语言程序的语法结构；(2)程序设计的基本步骤和注意事项。

2.详细了解(1)汇编语言源程序的分段结构；(2)汇编语言源程序的框架结构；(3)程序的基本结构和设计。

3.一般介绍 DOS与BIOS的调用。

存储器及其和CPU的接口

目标

1.掌握RAM与ROM存储器的工作原理和扩展。

2.熟悉 存储器与CPU的连接。

3.了解 存储器的技术指标。

内容

1.重点阐述(1)RAM与ROM基本结构和工作原理；(2)存储器的扩展方法。

2.详细了解(1)SRAM、DRAM和ROM基本结构和工作原理；(2)存储器扩展时接口连接应注意的问题。

3.一般介绍 内存技术指标及外部内存简介。

I/O接口及中断技术

目标

1.掌握输入/输出的基本概念和接口的功能。

2.熟悉 CPU传输外设数据的方法。

3.了解 I/O接口原理及CPU与I/O接口之间的连接。

内容

1.重点阐述(1)CPU与外设数据传输的方式包括无条件传输（同步）、有条件传输（查询或异步传输）、中断传输和直接数据通道(DMA)传送方式； (2)它们各自的特点和差异；(3)查询传输方式的应用可以熟练地编写查询输入和输出程序。

2.详细了解(1)接口的基本逻辑电路及其用法，可以从原理图中看到数据传输的方向、端口地址、数据端口、状态端口、控制端口，可以正确应用这些端口地址进行编程；(2)I/O端口编址方法及常规TTL门电路地址翻译方法，可根据端口地址绘制地址翻译电路图，或根据地址翻译电路图写出端口地址，熟练使用74LS138。

总线技术

目标

1.掌握总线的标准和分类。

2.熟悉 总线数据传输通信协议。

3.了解 PC其器的其他系统总线。

内容

1.重点阐述 应用和分类总线。

2.详细了解 总线标准，总线操作的基本时序。

可编程接口芯片及其应用程序

目标

1.掌握 8053，8255，可编程并行接口芯片A以及8237的内部结构。

2.熟悉可编程并行接口芯片8053的编程命令和工作方法；8255A控制字和操作时序；8237工作流程。

内容

1.重点介绍8253的编程命令和工作方法；(2)8255A初始)8255A定义各种工作模式和联系控制信号线；(4)8237DMA工作过程。

2.详细了解(1)8253的六种工作方法及其应用；(2)8255A(3)8255A构成简单实用的电路，包括硬件逻辑（确定端口地址、每个端口的输入或输出工作状态）和软件逻辑（包括分析和编写应用程序）；（4）8237DMA引脚功能及工作时序。

五、实验教学的目标和内容

练习使用debug命令

目标

学习汇编语言调试工具Debug基本使用方法。

内容

Debug常用命令集 ：

名称解释格式

a (Assemble)逐行汇编 a [address]

c (Compare)比较两内存块 c range address

d (Dump)内存16进制显示 d [address]或d [range]

e (Enter)修改内存字节 e address [list]

f (fin)内存预置 f range list

g (Go)执行程序 g[=address][address...]

h (Hexavithmetic)十六进制算术运算h value value

i (Input)从指定端口地址输入  i pataddress

l (Load)读盘 l [address [driver seetor>

m (Move)内存块传送 m range address

n (Name)置文件名　 n filespec [filespec...]

o (Output)从指定端口地址输出  o portadress byte

q (Quit)结束　 q

r (Register)显示和修改寄存器 r[register name]

s (Search)查找字节串　 s range list

t (Trace)跟踪执行　 t [=address] [value]

u (Unassemble)反汇编 u [address ]或range

w (Write)存盘w [address[driver sector secnum>

汇编语言的上机过程

目标

掌握编辑程序(Edit)、汇编程序(Masm)、连接程序(Link)的基本使用，继续熟悉调试程序(Debug)的使用。

内容

用汇编语言编写的程序不能由机器直接执行，而必须经以下四个步骤才能建立一个最终能在机器上运行的程序。

(1)编辑程序(Edit)建立.asm源文件；

(2)用汇编程序(Masm)将.asm文件翻译成二进制的.obj文件；

(3)用连接程序(Link)把.obj文件转换成可执行的.exe文件；

(4)调试程序(Debug)对.exe文件进行调试，直到正确无误后投入运行

8255并行接口实验一

目标

1.掌握8255与微机的接口方法；

2.掌握8255的工作方式和编程方法。

内容

连接硬件电路，8255的A口为方式0的输入口，B口为方式0的输出口，开关量用发光二极管指示。拨动开关K1~K8，那么L1~L8会跟着亮灭，编程完成此功能。

8255并行接口实验二

目标

掌握 用8255并行口输出不同数据来控制发光二极管的亮与灭。

内容

连接硬件电路，8255的A口为方式0的输入口，B口为方式0的输出口，开关量用发光二极管指示。拨动开关K1~K8，那么L1~L8会跟着亮灭，编程完成此功能。

存储器读写实验

目标

掌握 静态RAM读写数据的编程方法。

内容

对指定地址区间(2000H~2300H)先写入数据AA55H，然后将该区间数据读出，再写到3000~33FF中。

简单I/O口实验

目标

学习微机系统扩展简单I/O口的方法。

内容

利用74LS244同相驱动器作为输入口，读取开关状态，并将此状态通过74LS273锁存器再去驱动发光二极管电路，用发光二极管的亮熄来反映开关的状态。

继电器控制实验

目标

掌握 继电器控制的基本方法及编程。

内容

利用8255的PA0输出高低电平来控制继电器的开合，以实现对外接装置的控制。步进电机实验

目标

掌握步进电机控制的基本原理及编程方法。

内容

步进电机的驱动是通过对它每相线圈中的电流的顺序切换而使电机作步进式旋转，驱动信号是PA0~3输出的脉冲信号，调节脉冲信号频率便可改变步进电机的转速。用8255的PA0~PA3输出脉冲信号，驱动步进电机转动。

8259中断控制器实验

目标

掌握8259中断控制器与微机的接口方法。

内容

连接电路。3号中断源IR3的中断方式为边沿触发方式。程序每按一次AN键产生一次中断，满5次中断，显示“8259 Good”。如果中断触发信号不符号要求，则自动转到7号中断，显示“Err”，以示出错。

8253定时器/计数器实验

目标

掌握8253的工作方式和编程方法。

内容

8253的功能用途：延时中断、频率发生器、事件计数器、二进制倍频器，实时时钟，数字单稳态，电机控制器。

8253的6种工作方式：方式0的计数结束中断；方式1的可编程单个脉冲发生器；方式2的分频器；方式3的对称方波发生器；方式4的软件触发选通信号；方式5的硬件触发选通信号。

8237DMA实验

目标

(1)掌握 数据DMA方式的工作原理和8237控制器的编程方法。

(2)掌握 在实验系统环境下，用8237的通道0进行DMA数据传送。

内容

利用8237的通道0，实现系统内存到内存的DMA传送，即把内存3000~　4FFFH内容传送到5000~6FFFH中去。

8250串行口实验

目标

掌握8250串行口通信编程方法。

内容

8250串行通信接口采取自发自收的方式，程序把寄存器AH的内容从00开始自发自收，每发送一次，AH内容自动加1，直到AH内容为00止，而每次接收到的数据，依次写入内存3000~30FFH。

六、措施与评价

(一)措施

1.以教学目标的要求和教学大纲来指导教学的各个环节(包括备课、授课、实验、考试等),教师应根据教学目标的要求进行教学活动。

2.适当组织课堂讨论,逐步开展专题讲座,充分应用投影仪、幻灯机、计算机辅助教学(CAI)等电化教学手段,以利于开拓学生的视野,激发学生的学习兴趣。

3.加强课外辅导,指定参考资料,注意培养同学的自学能力、独立思考和独立解决问题的能力及科学思维能力。

4.定期召开学生座谈会,师生交流教学信息,根据反馈情况,进一步改进教学工作,努力提高教学质量。

(二)评价

1.授课质量评价按“教师教学质量评价表”,由督导组、同行、学生和教研室予以评定。

2.学生成绩评价依据教学大纲和理论课考试权值分配进行期末理论考试；期末实验考核以操作为主,结合问卷,并参考平时实验操作和实验报告,进行综合评价。学科满分100分, 期末闭卷考试占70%，实验占30%。

【注】

本课程使用的教材和主要参考书

《微型计算机原理及接口技术》尹建华等著高等教育出版社

《微机原理与接口技术》隋秀兰、刘淑平编著天津科学技术出版社

《微型计算机原理及接口技术》王沛民编著西北电讯工程学院出版社

《微型计算机硬件接口实用编程》孙文杰、段振国编著北京航空航天大学出版社

《微机原理及应用》丁新民编著高等教育出版社

编写张文超刘艳

审校王昌