一、课程简介

《计算机原理与接口》是一门介绍微机基本结构、接口及总线基本原理与应用技术的课程。它涉及微机和多种外设的基本原理,并着重于与两者相连接的软硬件界面的专业知识；其知识面广、技术性高、实用性强。通过讲授以x86系列为平台的微机基本结构及其它相关器件及技术发展, 8086汇编语言程序设计,使学生掌握微机系统的基本原理、基本接口设计技术、PC机高级编程技术和接口软件编程,并能运用这些技术解决一些实际问题。该课程是生物医学工程专业学生从事医疗仪器学习研究的重要专业基础课。

计算机原理及接口技术以计算机概论、电路分析、电子技术等课程为先修课程,与汇编语言程序设计、微机接口实验相互配合,形成完整的教学和实践体系,是一门具有重要地位的主干课程。它在先修课程的基础上,向学生传授微机硬件、软件基本原理,使学生掌握分析、设计微机系统的基本方法。掌握了微型计算机原理及接口技术,便为今后单片机、DSP原理、检测、控制等后续课程学习以及开发应用打下基础。

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

二、课程目标

(一)基本知识

了解微型计算机的特性,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的接口、总线技术、可编程并行接口芯片及其应用，串行通信和串行接口的相关知识点。

(二)基本技能

要求学生在学完本课程后,能够分析较复杂的微机系统,并能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,促成学生思想品德、良好心理素质的形成。在宏观上,引导学生对课程内容的总体把握,使学生能够触类旁通；在微观上,应启发学生能够从数学概念、物理概念及工程概念去分析问题,解决问题。

三、学时分配

单元

名称

理论学时

实验学时

1

微型计算机基础知识

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

存储器及其与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

可编程并行接口芯片及其应用

12

12

合计

54

27

四、理论教学目标与内容

微型计算机基础知识

目标

1.掌握 微型计算机基本的结构特性。

2.熟悉 (1)微型计算机常用的接口；(2)微型计算机的定义。

3.了解 微型计算机的发展的五个阶段。

内容

1.重点阐述 (1)计算机中所使用的原码,反码,补码的表示和它们之间的转化；(2)二进制、十进制、十六进制及其之间的相互转换,掌握计算机中所使用的原码,反码,补码的表示和它们之间的转化；(3)计算机中无符号数、有符号数、英文字符、汉字编码,掌握各种数制与ASCII和BCD码之间的转换。

2.详细了解(1)微型计算机系统组成及层次结构,包括基本结构框图,微机的主要组成部件(主机,显示器,键盘),微机的主要组成配件(主板,机箱和电源,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？了解微机系统单总线结构。

3.一般介绍 现代微型计算机系统的多总线结构,掌握微机系统的主要技术参数，包括字长,存储容量,速度,配套外设,配套软件。

80x86微处理器

目标

1.掌握8086的寄存器结构。

2.熟悉(1)8086/8088各个引脚的含义；(2)微型计算机的周期。

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

通过对本章的学习,应当对CPU有一个完整的了解。

内容

1.重点阐述(1)CPU的编程结构,总线接口部件(BIU)和执行部件(EU)的功能及特点；(2)最小工作模式和最大工作模式的特点与区别,总线控制器8288的作用；(3)最小工作模式典型连接电路(包括典型配置,8284、8282、8286的作用及其与8086/8088 CPU和三总线的连接情况)。

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/写操作时序,及其与典型电路对应关系。

3.一般介绍 8086的存储器的逻辑地址、物理地址,及其相互关系。

微型计算机指令系统

目标

1.掌握指令的构成与操作数。

2.熟悉 8086/8088系统的寻找方式。

3.了解 8086/8088指令系统的各个指令内容。

内容

1.重点阐述(1)指令的构成、8086/8088的通用指令格式、操作数的类型；(2)8086/8088系统的寻址方式及其指令系统。

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种寻址方式的特点及应用。

3.一般介绍 8086/8088系统扩充与增加的指令。

汇编语言程序设计

目标

1.掌握汇编语言源程序的格式与基本语法。

2.熟悉 伪操作数与宏命令。

3.了解 DOS与BIOS的调用。

内容

1.重点阐述(1)汇编语言程序的语法结构；(2)程序设计的基本步骤及应注意的问题。

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)程序的基本结构与基本程序设计。

3.一般介绍 DOS与BIOS的调用。

存储器及其与CPU的接口

目标

1.掌握RAM与ROM的工作原理、存储器的扩展。

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的基本结构及工作原理；(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 存储器的技术指标及外部存储器简介。

I/O接口及中断技术

目标

1.掌握输入/输出基本概念,接口的功能作用。

2.熟悉 CPU与外设数据传送的方式方法。

3.了解 I/O接口原理以及CPU与I/O接口之间的连接。

内容

1.重点阐述(1)CPU与外设数据传送的方式方法,包括无条件传送(同步)方式,有条件传送(查询或异步传送方式)方式、中断传送方式和直接数据通道(DMA)传送方式； (2)它们各自的特点和差别；(3)查询传送方式的应用,能熟练的编写查询式输入,输出程序。

2.详细了解(1)接口基本逻辑电路及其用法,能从原理图上看出数据传送的方向,端口地址,哪个是数据端口,哪个是状态端口,哪个是控制端口,能正确的应用这些端口地址进行编程；(2)I/O端口编址方法以及常规TTL门电路地址译码方法,能根据端口地址画出地址译码电路图,或根据地址译码电路图写出端口地址,熟练使用74LS138。

总线技术

目标

1.掌握总线的标准及分类。

2.熟悉 总线数据传输通信协定。

3.了解 PC机的其他系统总线。

内容

1.重点阐述 总线的应用及分类。

2.详细了解 总线标准、总线操作的基本时序。

可编程并行接口芯片及其应用

目标

1.掌握 可编程并行接口芯片8053、8255A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式；8255A的控制字及操作时序；8237的工作过程。

内容

1.重点阐述(1)8253的编程命令及工作方式；(2)8255A初始化编程,中断方式控制；(3)8255A的各种工作方式、联络控制信号线定义；(4)8237DMA的工作过程。

2.详细了解(1)8253的六种工作方式及其应用；(2)8255A中方式1和方式2中应答联络信号、中断信号定义；(3)由8255A组成简单实用电路,包括硬件逻辑(确定端口地址,各端口的输入或输出的工作状态)和软件逻辑(包括对应用程序的分析及编写应用程序)；(4)8237DMA引脚功能及工作时序。

五、实验教学目标与内容

练习使用debug命令

目标

学习汇编语言调试工具Debug的基本使用方法。

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)预置一段内存 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