微机原理与接口技术
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spContent=现代人类工作和生活离不开计算机,但要让你用PC机控制一盏灯或一个开关,你就会发现并非易事。你可能会一些单片机或嵌入式系统简单应用,但有时对一些较深入的技术问题一筹莫展。要想解决上面的问题,学习计算机工作原理和接口设计是最佳途径。来吧,让我们一起走进"微机原理与接口技术"这门课吧!
—— 课程团队
课程概述

课程以x86 CPU为主线,原理和实验相结合。通过学习本课程,使学生理解微机系统的结构、工作原理和中断技术、DMA技术,掌握汇编语言程序设计、存储器扩展设计和I/O接口扩展设计方法,培养运用微机分析问题与解决问题的思维方式,并初步具备微机应用系统的开发与设计能力。

授课目标

“微机原理与接口技术”是电子信息类专业的核心课程。“微机原理与接口技术”课程包括X86微机系统原理、汇编以及通过接口芯片原理与应用。理解微型计算机硬件系统的基本组成和工作原理,具备输入/输出接口控制系统软硬件初步开发设计能力。

课程大纲

教学内容

第1章  微型计算机概述(2时14时10分)

了解计算机发展史、应用、基本组成、工作原理和性能指标;掌握计算机内部信息的表示形式和存储格式;掌握进位计数制之间的转换和字符编码等。

第2章  微处理器及其结构(1时51分29秒)

了解微处理器的发展历程和微处理器的体系结构;了解Intel 80x86系列中32位微处理器的内部结构、工作原理、引脚信号、总线操作时序和内部寄存器的用途,掌握工作在实模式下和保护模式下的存储器分段结构。

第3章  指令系统(4时19分12秒)

了解指令的编码格式和存储形式;掌握各种寻址方式和指令系统的功能,并学习编写简单程序。

第4章  汇编语言程序设计(3时46分22秒)

了解汇编语言的基本知识(语句格式、语言基本元素与结构);掌握汇编语言程序设计的基本方法及DOS与BIOS系统功能调用;掌握Intel 80x86汇编语言的基本元素(数据类型、运算符和表达式)、程序结构、常用伪指令和DOS与BIOS输入输出系统功能调用;掌握分支程序、循环程序和子程序的设计方法。

第5章  存储器(2时06分09秒)

了解和掌握微机存储器系统的结构、工作原理和性能指标;掌握典型RAM和ROM存储器芯片的性能、操作方式、引脚信号及存储器的扩展设计方法。

第6章  中断技术(2时33分52秒)

了解和掌握中断的概念、中断系统的功能、中断源分类和中断的实现技术;掌握Intel 80x86微处理器的中断系统结构、中断与异常类型、中断向量表,以及实模式下中断响应的条件和中断处理过程;掌握可编程中断控制器8259A的内部结构、工作方式、初始化编程及应用。

第7章  I/O接口技术(5时22分03秒)

   了解和掌握微机系统中I/O接口的基本功能与基本构成、I/O端口的编址方式和数据输入输出控制方式;理解并掌握典型I/O接口芯片的内部结构与功能;掌握并行I/O接口芯片8255A、定时/计数器接口芯片8254、串行I/O接口芯片8250和DMA控制器8237A的工作方式、初始化编程及在系统中应用。

       第8章  A/D与D/A转换器接口(0时56分42秒)

       了解A/D和D/A转换器的性能参数,学会和应用选择各类转换芯片及世界主要厂家的转换器的性能与参数。

第9章  人机交互接口(0时27分32秒)

了解键盘、鼠标接口,显示器与显示卡,硬盘与光驱(包括刻录机)接口,打印机与扫描仪,网络接口及最新的网络接口,蓝牙,红外,WLAN等无线接口,触摸屏,绘图仪,手写板等接口,当今主流电脑上集成的接口等的简介。

第10章  微机总线(0时11分08秒)

微机总线分类,了解ISA,PCI,USB,PCI-E等,总线的应用,最新的的总线介绍,现场总线的原理与应用。



教学日历

教学时间

教学安排

教学内容

视频时长

视频总时长

第一周

8.31~9.9

教学安排

15:17

1:42:23

(第一章)

第一章微型计算机发展概况

15:12

课程平台使用

4:22

微型计算机的硬件结构

22:05

数字化信息编码与数据表示

4:50

课前回顾

4:10

数的编码方法

14:54

IBM   PC 系列微机系统简介

1:41

微型计算机系统的主要性能指标

6:48

微机中应用的几项先进技术

5:35

课后作业

4:14

名校课程欣赏

3:15

第二周

9.10~9.16

CPU生产原理

3:42

1:59:26

(第二章)

INTEL工厂介绍

4:20

第二章32位处理结构

11:48

80X86CPU的结构

9:58

计算机基本原理

7:26

80x86   CPU的结构

2:34

80x86基本寄存器

22:06

其它寄存器

6:37

CPU的工作模式

8:37

存储器的组织

8:32

x86的分段结构

10:59

引脚信号

8:29

微处理器的总线周期

14:18

第三周9.17~9.23

CPU的基本原理 课程回顾(最后图和目录重叠)

7:07

1:44:13

(第三章)

CPU的寄存器 课程回顾

3:08

CPU的工作模式 课程回顾

5:38

x86的引脚信号 课程回顾

3:54

第三章80x86指令系统 学习要求

1:51

数据类型   无符号二进制数

6:37

有符号二进制数   浮点数

2:23

BCD 字符串   ASCII 指针数据

5:37

立即寻址   寄存器寻址

5:11

直接寻址   寄存器间接寻址

5:24

相对寄存器间接寻址   基址加变址寻址 相对基址加变址寻址

5:02

与跳转有关的寻址方式

4:08

8086数据类型(回顾)

7:42

80x86寻址方式(回顾)

3:41

指令系统概述

5:50

传送指令交换指令IO指令

6:17

装入全地址指令堆栈指令

5:32

标志寄存器传送指令

6:34

加法指令

7:30

减法指令

5:07

第四周

9.24~9.30

加一减一指令

4:17

2:07:01

(第三章)

比较指令比较交换指令

4:40

乘法指令

5:36

除法指令

11:12

非压缩型BCD字节的加减乘除

4:56

有进位的加减法指令

4:21

非压缩BCD字节的加减乘除

5:21

知识点回顾

16:35

第三章课程回顾

2:31

TEST指令-左移指令

7:56

右移指令-循环位移指令

5:56

串操作指令

7:07

串操作指令应用举例

8:58

控制转移指令

6:36

条件转移指令

4:00

控制及操作指令

6:46

指令程序举例

6:34

DOS调试

7:17

学生讲解视频

6:22

第五周

10.1~10.7

 

第四章汇编语言背景介绍

7:17

1:42:

(第四章)

MASM汇编语言结构

7:04

MASM汇编语言数据、表达式和运算符

6:48

伪指令1-变量定义语句

7:09

伪指令2-变量定义语句格式

9:25

伪指令3-符号定义语句、段定义指令

9:36

伪指令4-程序讲解

10:19

伪指令5-简化段定义伪指令

7:43

程序设计介绍

9:54

源程序基本格式

2:27

顺序结构程序

10:48

分支程序

4:29

汇编语言结构、数据、表达式和运算符(课前回顾)

4:49

伪指令(课前回顾)

4:25

第六周

10.8~10.14

程序设计概述(顺序结构程序课前回顾)

4:37

1:40:13

(第四章)

分支程序

13:02

循环程序

12:38

循环的基本结构_先执行,后判断

13:55

循环的基本结构_先判断,后执行

7:33

循环控制方式

9:09

子程序

3:48

DOS功能调用

11:51

课前回顾

11:12

DOS调试软件

1:53

实用程序设计举例

10:35

 第七周

  10.1~10.21

期中考试

 

 

10.22~10.28

第五章存储器概述-学习目的

7:37

2:06:46

(第五章)

存储器分类-RAM

7:09

存储器分类-ROM

5:57

存储器分类-辅助存储器(外存)

3:32

存储器分类-存储器实物图片展示

1:22

存储器分类-存储器容量单位

7:35

存储器分类-存储器各种指标

7:20

存储器分类ROMRAM用途

1:45

存储器分类-高速同步RAM-DDR

22:05

典型存储器-ROM

16:16

典型存储器RAM

2:31

片选信号

3:48

芯片地址1

6:18

芯片地址2

3:26

存储器扩展1

7:53

存储器扩展2

7:04

存储器扩展3

5:09

Cache存储器

4:06

虚拟存储器

4:09

x86存储器

1:44

第九周

10.29~11.4

第六章中断技术主要内容

5:56

1:17:34

(第六章)

中断类型及中断优先级

10:25

80x86中断结构及类型

4:10

中断矢量表

7:11

中断处理过程

8:13

中断处理流程图

4:21

和中断相关的指令一

4:28

和中断相关的指令二

7:07

中断控制器82C59A

4:47

82C59A结构框图

7:16

82C59A级连方式连接

4:32

82C59A的工作方式

9:08

第十周

11.5~11.11

课前回顾一

8:34

1:15:57

(第六章)

课前回顾二

6:33

课前回顾三

5:52

82C59A的编程-ICW

8:42

82C59A的编程-OCW

8:48

82C59A的编程-状态字

2:11

82C59A的初始化编程

2:53

82C59A的初始化编程例程1

4:14

82C59A的初始化编程例程2

9:27

82C59A的初始化编程例程3

7:41

82C59A的初始化编程例程3

5:39

微机系统中的8259A芯片

5:23

第十一周

11.12~11.18

第七章IO接口技术简述

4:25

1:45:01

(第七章)

IO接口结构

4:36

IO接口的功能

1:28

IO接口的编制方式

4:59

IO接口的寻址方式

1:25

IO接口的数据传输的控制方式

6:16

并行接口8255A

6:34

8255A的工作方式0

3:33

8255A的工作方式1—A

9:14

8255A的工作方式1—B

2:57

8255A的工作方式2

2:16

8255A的工作方式控制字

4:17

8255A的置位复位控制字

2:47

8255A的编程与应用

6:15

IO接口的回顾

4:07

8255A基本知识的回顾

6:53

8255程序讲解

8:45

延时与防抖

3:26

定时计数器8254初步介绍

6:49

8254的工作方式0

3:55

8254的工作方式12345

4:33

8254的控制字

2:23

8254的初始化

3:08

第十二周11.19~11.25

读取当前计数值

1:25

1:24:18

(第七章)

8254综合应用

4:20

PC8253各通道的功能

2:21

课前回顾8255

5:12

课前回顾8254

6:13

8254工作方式

4:29

8254编程

3:45

8254各通道功能

5:59

8254初始化过程

4:34

8254扬声器发声

8:05

串行接口8250

7:36

RS232通信过程介绍

5:07

8250结构与引脚

6:18

8250引脚详解

5:49

线路控制寄存器

6:45

MODEM控制和状态寄存器

6:20

第十三周

11.26~12.2

8254课程回顾

8:12

2:12:45

(第七章)

8250课程回顾

5:34

MODEM课程回顾

5:56

8250编程

8:30

串口调试助手

3:37

PC异步通信适配器

7:12

DMA接口

5:37

DMA传送过程

6:29

8237的结构与管脚

6:50

8237的管脚详解

4:55

8237A的工作方式

5:12

8237传输时序

10:42

课前回顾

8:33

8237内部寄存器

6:15

8237命令寄存器

7:07

命令寄存器2

2:38

工作方式寄存器

4:54

屏蔽寄存器

5:10

8237初始化

6:46

8237初始化2

7:25

PC系统中8237

5:11

第十四周

12.3~12.9

第八章AD DA引言

4:13

1:35:04

(第八、九、

十章)

虚拟声卡示波器

5:50

DA转换原理

4:23

DAC0832内部结构和外部引脚

3:42

AD DA课程回顾

5:48

DA应用方式

8:08

ADC0809的主要性能

5:52

ADC0809时序图

6:08

0809CPU接口图

6:20

双缓冲接口方式与应用

6:09

第九章人机交互接口键盘

5:51

鼠标器接口

6:33

其他显示器

5:19

硬盘与光驱

4:33

打印机结构与原理

5:09

第十章总线

4:11

通用串行总线

6:55

第十五周

12.10~12.28

课程实验、网上讨论

 

 

第十

12.1~12.28

期末考试(1-10)

 

 

 




预备知识

建议先修“大学计算机基础”、“数字电子技术”等课程。

证书要求


课程成绩满分100分,由期中、期末考试成绩、作业成绩和网上讨论成绩四部分组成。期中考试成绩共占总分的30%,期末考试成绩共占总分的30%,单元测试占总成绩30%,作业成绩占总成绩的10%,课程总分的分布如下表所示。


最终成绩组成

        内容

总分(100分)

期中考试占30%

微机基础、指令、程序设计

1234

    30

期末成绩占30%

课程全部

1~10

    30

单元测验占30%

课程全部

1~10

    30

各章作业占10%

课程全部

1~10

     10



1.     期中考试包括前四章,占总成绩的30%

2.     期末考试包括第一~十章,占总成绩的30%

3.     单元测试包括第一~十章,占总成绩的30%

4.     作业包括第一~十章,占总成绩的10%


完成全部的课程学习成绩达标者,将被授予课程证书,其中60≤成绩<80者获得合格证书,成绩≥80者将获得优秀证书。

 

参考资料

张凡、戴胜华等主编《微机原理与接口技术》(第2版). 清华大学出版社.北京交通大学出版社2010.9

课程按周组织,共17周,涉及10个章节,240讲的内容,每讲时间为1:22~10:42


 


参考资料

教材:

《微机原理与接口技术 》张凡、盛珣华、戴胜华编著,清华大学出版社 北京交通大学出版社,第二版.2010.9

参考书:

  1. The Intel Microprocessors: 8086/8088, 80186/80188, 80286, 80386,80486, Pentium, Pentium Pro Processor, Pentium II, Pentium III, Pentium 4 -Architecture, Programming, and InterfacingBarry B. Brey Pearson Education2001

  2. Inter 系列微处理器结构、编程和接口技术大全

    80x86 Pentium和Pentium Pro(美)

常见问题
  1. 课程是否有先修课要求?
    “微机原理与接口技术”课程一般需要“大学计算机基础”、“数字电子技术”等先修课的要求,其中数电的知识要求的比较多一些,包括逻辑关系、门电路、译码器、计数器、时钟、时序等等。也可以在课程进行当中遇到相应的知识点时进行补充,当然这就需要花费更多的时间进行学习和消化。

  2. 课程结束后还可以观看教学视频吗?

    为了方便更多的同学能够更加方便地参与到“微机原理与接口技术”课程的学习,我们特意将教学视频在课程结束后仍旧开放给已经注册过的学生观看。