微机原理与接口技术

课程面向有志于从事计算机过程控制系统设计、或对计算机硬件结构感兴趣的学习者。总体目标是:具备输入/输出接口控制系统软硬件初步设计能力。 课程以“家庭安全防盗系统”案例引导,主要介绍:计算机基础知识、微型机基本工作原理、80×86基本指令集、汇编程序设计、存储器接口设计、I接口控制技术等。

西安交通大学

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  • 分类: 计算机
  • 平台: 中国大学MOOC
  • 语言: 中文

课程概述

在今天的信息化时代,计算机已成为了人类工作和生活中必不可少的一部分。计算机的主要应用方向之一是过程控制。工业过程控制的对象往往是一些连续变化的非电物理量,要使这类信号能够被计算机所识别和处理,需要经过一个复杂的过程。本课程面向有志于从事计算机过程控制系统设计、或对计算机硬件结构感兴趣的学习者,介绍包括计算机基础知识、微型计算机基本工作原理、存储器接口设计、输入输出接口控制技术等理论知识和设计方法,并最终实现简单I/O接口控制系统软硬件设计的初步能力。

需要说明的是,随着计算机技术的发展,现实中更多情况下工业过程控制使用单片机技术更加适合,但考虑到我们日常见到和使用最多的计算机是微型计算机,建立微型计算机系统的整体概念,理解微型计算机的构成、工作原理、输入输出控制方法等,具有更普适的意义;并且,作为计算机的“微缩版”,单片机虽然在体系结构、指令集等多个方面与微型计算机存在较大差异,但许多的基本理论和控制方法是相似的。本课程所介绍的内容,将对进一步从事单片机技术、嵌入式技术开发,有着非常直接的指导意义。

课程按周组织,共12周,涉及8个章节的内容,包括:微型计算机系统概述、微处理器与总线、80×86基本指令集、汇编语言程序设计、半导体存储器、输入输出和中断技术、可编程并行数字接口、模拟量的输入输出。

需要特别强调的是:本课程属于“设计型”课程,需要对某些定义的记忆(如指令助记符),更需要对知识的理解,并融汇贯通。只有将课程所学知识真正理解并变成了自己的知识,才有可能按照要求去完成系统设计。

证书要求

通过视频学习,完成测试和作业,达到课程要求后,可以获得课程主讲教师签名颁发的合格证书或优秀证书。
成绩以百分计,总分=随堂练习与论坛讨论(占10%)+作业完成与互评(占25%)+单元测验(占30%)+期中考试(占15%)+期末考试(占20%)
60-79分:合格证书
80-100分:优秀证书

预备知识

本课程需要了解有关计算机的基础知识。如:字节(Byte)、位(bit)、字长等。因此,建议先修(或同时选修)我们在“中国大学MOOC”平台开设的“大学计算机”MOOC。如果在选修本课程之前有过数字电路和模拟电路相关课程的学习经历,将对本课程所介绍内容的理解有较大帮助。

授课大纲

本课程按周发布,每周包括若干讲,每讲时长大约为5-20分钟。
第一周 微型计算机系统概论
第1讲 关于本课程
第2讲 微型计算机系统组成
第3讲 微机的一般工作过程
第4讲 常用计数制及其转换
第5讲 计算机中的编码
第6讲 计算机中数的表示与运算
第7讲 基本逻辑运算与逻辑门
第8讲 其它常用逻辑电路
本周小结

第二周 8088微处理器与总线
第9讲 8088/8086微处理器
第10讲 8088 CPU主要引线
第11讲 8088 CPU内部结构
第12讲 8088的内部寄存器
第13讲 实模式存储器寻址
第14讲 8088系统总线
本周小结

第三周 指令系统概述与数据传送指令
第15讲 指令概述
第16讲 寻址方式
第17讲 通用数据传送指令
第18讲 地址传送指令
第19讲 输入输出指令

第四周 算术运算、逻辑运算与移位操作指令
第20讲 加法指令
第21讲 减法指令
第22讲 乘除运算指令
第23讲 逻辑运算指令
第24讲 移位操作指令

第五周 串操作指令
第25讲 关于串操作指令的说明
第26讲 串传送与串比较指令
第27讲 串扫描指令
第28讲 串装入与串送存指令

第六周 程序控制与处理器控制指令
第29讲 关于程序控制指令的说明
第30讲 无条件转移指令
第31讲 条件转移指令
第32讲 循环控制指令
第33讲 过程调用指令
第34讲 中断指令
第35讲 处理器控制指令
指令系统小结

第七周 汇编语言程序设计
第36讲 汇编语言源程序
第37讲 数据定义伪指令
第38讲 符号与段定义相关伪指令
第39讲 汇编程序结构例
第40讲 系统功能调用
附加视频 汇编程序设计例
本周小结

第八周 半导体存储器芯片
第41讲 半导体存储器概述
第42讲 存储单元编址
第43讲 随机存取存储器RAM
第44讲 只读存储器ROM
第45讲 半导体存储器扩展技术
附加视频 半导体存储器接口设计例
本周小结

第九周 简单输入输出接口
第46讲 I/O系统概述
第47讲 简单接口电路
第48讲 简单接口应用例

第十周 基本输入输出方法与中断技术
第49讲 基本输入输出方法
第50讲 简单I/O控制系统设计例
第51讲 中断技术
输入输出与中断技术小结

第十一周 可编程并行数字接口电路
第52讲 可编程定时计数器8253
第53讲 可编程并行接口8255
附加视频 数字并行接口应用例
本周小结

第十二周 模拟量的输入输出
第54讲 模拟量的输入输出通道
第55讲 D/A转换器
第56讲 A/D转换器
第57讲 接口综合设计例
第58讲 结束语

参考资料

吴宁,乔亚男主编《微型计算机原理与接口技术》(第4版). 清华大学出版社.2016.8

常见问题

1.如何才能学好这门课程?
答:这门课程是“设计型”课程,需要理解而不是背书。只有理解了,才能够设计。和学习其他计算机类课程一样,学习这么课也需要多上机练习、多设计。

2.如果我以前没有学习过“大学计算机”课程,学这门课程会有困难吗?
答:如果在选修这门课程之前没有任何计算机基础知识,学习中会有一些困难。虽然本课程第一周的内容也比较基础,但进展较快,对一些基本的概念没有做解释。特别是,在学习实模式下的存储器寻址部分,如果有“大学计算机”课程中有关操作系统的基础,理解这部分内容将会比较容易。

3.我已有冯博琴,吴宁主编的《微型计算机原理与接口技术》(第3版)书,是否还需要购买课程提出的参考教材?
答:本课程提供的参考教材是《微型计算机原理与接口技术》(第3版)的再版,主要作者及主体内容没有大的改变。两版教材的主要区别是:第4版除更新了部分计算机硬件发展新技术的描述之外,主要是采用了以案例贯穿内容的描述方法。

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