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课程编码：08265006

课程名称：微机原理及接口技术

英文名称：Microprocessors’ Architecture, Programming, and Interfacing

开课学期：6

学时/学分：96/6

课程类型：专业课

开课专业 测控技术与仪器、电气工程及其自动化专业本科生

选用教材：Intel微处理器全系列：结构、编程与接口

[美]Barry B.Brey，金惠华等译，电子工业出版社，2001年7月第1版

主要参考书：

1、吴宁主编：《微型计算机原理与接口技术》，清华大学出版社社，2002年2月第1版；

2、薛均义主编：《微型计算机原理》，西安电子科技大学出版社，2000年第1版；

3、王永山主编：《微型计算机原理与应用》，西安电子科技大学出版社，1999年第1版；

4、马维华主编：《微机原理与接口技术》，科学出版社，2005年2月第1版；

5、张荣标主编：《微型计算机原理与接口技术》，机械工业出版社，2005年1月第1版。

执笔人：李肃义

一、课程性质、目的与任务

《微机原理与接口技术》是高等院校计算机、自控、通信、测量等学科开设的主干基础课程之一，是公司测控技术与仪器、电气工程及其自动化专业本科生必修的专业基础课。本课程的目的是使员工深入理解微处理器的内部组织结构和外部接口电路的特点，掌握计算机汇编语言，和学会基本的基于微处理器的计算机系统的设计方法。

通过本课程的学习，并配合课程实验教学，同学们可以在掌握微型计算机系统的组成结构和工作原理的基础上，具备一定的汇编语言程序设计能力，能够开发针对各种外部设备的应用控制系统。

二、教学基本要求

1、 掌握一般微处理器的内部组织结构，特别是基本微处理器芯片8086/8088的硬件特性，了解高级奔腾系列微处理器的先进性能；

2、 在掌握微处理器数据传送、算术和逻辑运算，以及程序控制指令等内容的基础上，对微处理器汇编程序设计中有关编辑、编译和连接的内容，包括C语言和汇编语言的嵌套应用等，有比较全面的理解；

3、 掌握各种存储器芯片的性能特点和译码驱动原理；

4、 掌握主要I/O接口芯片的工作原理及其与微处理器的接口设计知识；

5、 系统掌握中断控制技术和计算机存储器DMA操作的有关知识；

6、 掌握计算机系统总线接口，包括ISA、PCI、USB，和AGP接口的特点，初步学会总线接口扩展的设计方法；

7、 发挥本课程实际应用性鲜明的特点，将基本理论知识与实际应用内容相结合，培养和提高员工解决实际问题的能力，使同学们在完成本课程的学习之后，能够较快地进行基于微处理器的计算机系统的软、硬件设计。

三、各章节内容及学时分配

第一章 微处理器和PC入门（2学时）

教学目的与要求

通过本章的学习，员工应了解微处理器和PC机的发展历史，掌握微处理器的基本功能及PC系统的基本组成。

教学内容

第一节 历史回顾

第二节 基于微处理器的PC系统

考核要求

了解：微处理器和PC机的发展历史。

掌握：微处理器的基本功能及PC系统的基本组成。

第二章 微处理器及其结构（8学时）

教学目的与要求

通过本章的学习，员工应了解微处理器的内部结构，掌握内存是如何通过实模式和保护模式进行寻址的，了解内存分页机制。

教学内容

第一节 微处理器的内部结构

第二节 实模式存储器寻址

一．段和偏移

二．默认段和偏移寄存器

三．段加偏移寻址机制允许重定位

第三节 保护模式存储器寻址

一．选择子和描述符

二．程序不可见寄存器

第四节 内存分页

一．分页寄存器

二．页目录和页表

考核要求

了解：内存分页机制。

理解：内存是如何通过实模式和保护模式进行寻址。

掌握：微处理器的内部结构。

第三章 寻址方式(8学时)

教学目的与要求

通过本章的学习，员工应了解寻址方式的分类，掌握数据寻址的方式、程序存储器的寻址方式及堆栈存储寻址。

教学内容

第一节 数据寻址方式

一． 寄存器寻址

二． 立即寻址

三． 直接数据寻址

四． 寄存器间接寻址

五． 基址加变址寻址

六． 寄存器相对寻址

七． 相对基址加变址寻址

八． 比例变址寻址

九． 数据结构

第二节 程序存储器寻址方式

一． 直接程序寻址方式

二． 相对程序存储器寻址

三． 间接程序存储器寻址

第三节 堆栈存储器寻址

一． PUSH、POP

二． 其他指令

考核要求

了解：寻址方式的分类。

理解：存储方式的差异。

掌握：MOV，CALL，JUMP，PUSH，POP等指令的使用。

第四章 数据传送指令（6学时）

教学目的与要求

通过本章的学习，员工应了解数据传送指令的语法及应用，MOV,MOVSX,MOVZX,PUSH,POP,BSWAP,XLAT,IN,OUT,LEA,LDS,LES,LFS,LSS,LAHF,SAHF,MOVS,LOOPS,STOS,INS,OUTS等。掌握汇编程序的编写规则。

教学内容

第一节 MOV回顾

第二节 PUSH/POP

一．PUSH指令

二．POP指令

三．初始化堆栈

第三节 装入有效地址

一．LEA

二．LDS、LES、LFS、LGS和LSS

第四节 串数据传送

一．方向标志

二．DI和SI

三．LODS

四．STOS

五．MOVS

六．INS

七．ODTS

第五节 杂项数据传送指令

一．XCHG

二．LAHF和SAHF

三．XLAT

四．IN和OUT

五．MOVSX和MOVZX

六．BSWAP

七．CMOV

第六节 段超越前缀

第七节 汇编程序详述

一．伪指令

二．存储器组织

三．程序举例

考核要求

了解：数据传送指令的语法及应用。

理解：伪指令的使用。

掌握：使用汇编语言编写数据传送的程序。

第五章 算术和逻辑运算指令（4学时）

教学目的与要求

通过本章的学习，员工应掌握基本的算术和逻辑运算指令，并掌握使用这些指令去处理相应的算术和逻辑运算问题。

教学内容

第一节 加法、减法和比较指令

一． 加法指令

二． 减法指令

三． 比较指令

第二节 乘法和除法

一． 乘法指令

二． 除法指令

第三节 BCD码和ASCII码算术运算指令

一． BCD算术运算

二． ASCII算术运算指令

第四节 基本逻辑指令

一． AND指令

二． OR指令

三． XOR指令

四． 测试和位测试指令

五． NOT指令和NEG指令

第五节 移位和循环指令

一． 移位指令

二． 循环指令

三． 位扫描指令

第六节 串比较指令

一． SCAS指令

二． CMPS指令

考核要求

掌握：使用算术和逻辑指令编写程序处理一些算术和逻辑运算问题。

第六章 程序控制指令（4学时）

教学目的与要求

通过本章的学习，员工应掌握转移、循环及过程的调用、返回指令，了解什么是中断、中断指令、中断控制及PC机的中断。了解机器控制及其他指令。

教学内容

第一节 转移类

一． 无条件转移指令

二． 条件转移和条件设置

三． LOOP

第二节 控制汇编语言程序的流程

一． DO－WHILE循环

二． REPEAT－UNTIL循环

第三节 过程

一． ALL

二． RET

第四节 中断介绍

一． 中断向量

二． 中断指令

三． 中断控制

四． PC机的中断

第五节 机器控制及杂项指令

一． 控制进位标志位

二． WAIT

三． HLT

四． NOP

五． LOCK前缀

六． ESC

七． BOUND

八． ENTER和LEAVE

考核要求

了解：什么是中断、中断指令、中断控制及PC机的中断。了解机器控制及其他指令。

理解：转移及循环。

掌握：使用汇编语言编写转移及循环的程序。

第七章 微处理器程序设计（4学时）

教学目的与要求

通过本章的学习，员工应进一步熟悉汇编语言，了解模块化程序设计的步骤及方法。掌握使用汇编语言调用DOS功能，完成数据转换，读写文件，调用中断等。

教学内容

第一节 模块化程序设计

一． 汇编程序和连接程序

二． PUBLIC和EXTRN

三． 库

四． 宏

五． 宏序列中的条件语句

六． 条件汇编语句

七． 在宏中使用条件语句

八． 模块化的程序设计方法

第二节 使用键盘和视频显示器

一． 用DOS功能调用读取键盘

二． 用DOS功能调用写视频显示器

三． 使用BIOS的视频显示器

四． 鼠标

五． 测试鼠标

六． 确定鼠标类型和驱动程序版本

七． 使用鼠标

第三节 磁盘文件

一． 磁盘的组织

二． 文件名

三． 顺序存取文件

四． 随机存取文件

考核要求

了解：了解模块化程序设计的步骤及方法。

理解：模块化程序设计。

掌握：掌握使用汇编语言调用DOS功能，读写文件，调用中断等。

第八章 在C/C++中使用汇编语言

教学目的与要求

通过本章的学习，员工应掌握在C/＋＋中内嵌汇编的方法及限制，了解32位汇编语言应用程序不能有效使用Dos的INT 21H功能调用。掌握C／C＋＋与汇编语言的接口方法：通过独立的汇编语言模块。

第一节 在16位应用程序中使用汇编语言与C/C＋＋语言

一．基本规则

二．_asm块中不能使用的MASM功能

三．使用字符串

四．使用数据结构

五．混合编程例子

第二节 在32位应用程序中使用汇编语言与C/C＋＋语言

一．使用控制台I/O访问键盘和显示显卡

二．直接访问I/O端口

第三节 独立的汇编目标码

一．用Visual C连接汇编语言

二．给C/C＋＋程序中添加新的汇编语言指令

考核要求

了解：32位汇编语言应用程序不能有效使用Dos的INT 21H功能调用。

掌握：在C/＋＋中内嵌汇编的方法及限制；C／C＋＋与汇编语言的接口方法：通过独立的汇编语言模块。

第九章 8086/8088硬件特性（8学时）

教学目的与要求

通过本章的学习，员工应了解8086/8088硬件的一些特性，如引脚及其功能、时钟、总线。掌握8086与8088的主要区别。理解总线时序，为后续章节打好基础。

教学内容

第一节 引脚和引脚功能

一． 引脚

二． 电源要求

三． 引脚功能

第二节 时钟产生器

第三节 总线缓冲及锁存

一． 多路分离总线

二． 缓冲系统

第四节 总线时序

一． 基本的总线操作

二． 一般的时序

三． 读时序

四． 写时序

第五节 就绪和等待状态

一． READY输入

二． RDY和8284A

第六节 最小模式与最大模式

一． 最小模式操作

二． 最大模式操作

三． 8288总线控制器

考核要求

了解：了解8086/8088硬件的一些特性，如引脚及其功能、时钟、总线、就绪和等待状态等，最小模式与最大模式的不同。

理解：总线时序。

掌握：掌握8086与8088的主要区别；8284A的功能与编程。

第十章 存储器接口（8学时）

教学目的与要求

通过本章的学习，员工应了解存储器件的分类，掌握8位、16位、32位、64位存储器接口的异同。理解为什么要进行存储器译码，掌握地址译码的方法。

教学内容

第一节 存储器件

一． 存储器引脚

二． ROM存储器

三． 静态RAM器件

四． 动态RAM存储器

第二节 地址译码

一． 为什么要进行存储器译码

二． 简单的与非门译码器

三． 3－8线译码器

四． 双2－4线译码器

五． PROM地址译码器

六． PLD可编程译码器

第三节 8位存储器接口

一． 基本的8088/80188存储器接口

二． 与快闪存储器接口

三． 奇偶校验用于存储器错误检测

四． 错误校正

第四节 16位存储器接口

第五节 32位存储器接口

一． 存储体

二． 32位存储器接口

第六节 64位存储器接口

第七节 动态RAM

考核要求

了解：存储器件的分类。8位、16位、32位、64位存储器接口的异同。

理解：为什么要进行存储器译码。

掌握：掌握地址译码的方法，8位、16位、32位存储器的地址译码。

第十一章 基本I/O接口（14学时）

教学目的与要求

本章是本门课程的重点内容，通过本章的学习，员工应了解基本的I/O接口，两种基本类型的I/O指令。掌握I/O端口地址译码与存储器地址译码的异同。理解大多数基于开关的输入设备和大多数不是TTL兼容的输出设备，需要使用接口。掌握82C55、8279、8254、16550的功能及编程方法。理解为什么要进行模/数转换及数/模转换，掌握ADC和DAC的编程方法。

教学内容

第一节 I/O接口简介

一． I/O指令

二． 独立编址I/O与存储器映像I/O

三． PC机I/O映像

四． 基本输入与输出接口

五． 信号交换

六． 关于接口电路的注释

第二节 I/O端口地址译码

一． 译码8位I/O地址

二． 译码16位I/O地址

三． 8位与16位I/O端口

四． 32位I/O端口

第三节 可编程外围设备接口

一． 82C55基本描述

二． 编程82C55

三． 方式0操作

四． 方式1

五． 方式2

第四节 8279可编程键盘/显示器接口

一． 8279的概述

二． 8279与微处理器的接口

三． 键盘接口

四． 6位显示器接口

第五节 8254可编程间隔定时器

一． 8254功能描述

二． 编程8254

三． 直流电机速度与方向控制

第六节 16550可编程通信接口

一． 异步串行数据

二． 16550功能描述

三． 编程16550

第七节 模/数转换器及数/模转换器

一． DAC0830数/模转换器

二． ADC080X模/数转换器

三． 使用ADC0804和DAC0830的实例

考核要求

了解：基本的I/O接口有哪些，两种基本类型的I/O指令IN和OUT。

理解：为什么要使用I/O接口，为什么要进行模/数转换及数/模转换。

掌握：I/O端口地址译码与存储器地址译码的异同。基本接口的典型芯片的功能、使用及编程方法。如：82C55、8279、8254、16550等。

第十二章 中断（8学时）

教学目的与要求

通过本章的学习，员工应掌握基本的中断处理。了解中断的目的用途。掌握软件中断指令：BOUND、INTO、INT、INT3和IRET，掌握硬件中断INTR和/INTA。掌握8259可编程中断控制器的使用及编程方法。理解中断的响应过程及中断在时钟及键盘上的应用。

教学内容

第一节 基本中断处理

一． 中断的目的

二． 中断

三． 中断指令

四． 实模式中断操作操作

五． 保护模式中断操作

六． 中断标志位

七． 将一个中断向量存于向量表

第二节 硬件中断

一． INTR和/INTA

二． 82C55键盘中断

第三节 扩展中断结构

一． 使用74ALS244扩展

二． 菊花链中断

第四节 8259A可编程中断控制器

一． 8259A概述

二． 连接单个8259A

三． 级联多个8259A

四． 编程8259A

五． 8259A编程实例

第五节 中断实例

一． 实时时钟

二． 中断处理键盘

考核要求

了解：中断的目的用途,前32个中断向量单元保留给intel使用，有许多已在微处理器中预先确定了。最后224个中断向量供用户使用，可完成任何需要的功能。

理解：中断的响应过程:(1)标志被压人堆栈；(2)IF和TF标志位均被清除；(3)IP和CS寄存器均被压入堆栈；(4)中断向量从中断向量表中取出，并通过向量地址访问中断服务于程序。

掌握：基本的中断处理。掌握软件中断指令：BOUND、INTO、INT、INT3和IRET，掌握硬件中断INTR和/INTA。掌握8259可编程中断控制器的使用及编程方法。

第十三章 直接存储器存取及DMA控制I/O（4学时）

教学目的与要求

通过本章的学习，员工应了解基本的DMA操作，DMA的读写操作，存储器到存储器的传输，通过使用DMA技术，允许在两个存储单元之间传输数据。掌握8237DMA控制器的基本功能和使用方法，编程实现存储器到存储器的传输。

教学内容

第一节 基本DMA操作

第二节 8237DMA控制器

一． 软件命令

二． 编程地址寄存器和计数寄存器

三． 8237与80X86微处理器相连

四． 用8237进行存储器到存储器传输

五． DMA处理的打印机接口

考核要求

了解：基本的DMA操作，DMA的读写操作，存储器到存储器的传输，通过使用DMA技术，允许在两个存储单元之间传输数据。

理解：DMA技术的特点。

掌握：掌握8237DMA控制器的基本功能和使用方法，编程实现存储器到存储器的传输。

第十四章 总线接口（6学时）

教学目的与要求

通过本章的学习，员工应了解什么是总线系统，总线系统允许I/O接口和存储器系统连接到PC机上。掌握如何设计简单接口连接ISA和PCI总线。掌握USB的工作原理及编码方式。

教学内容

第一节 ISA总线

一．ISA总线的发展

二．8位ISA总线输出接口

三．8位ISA总线输入接口

第二节 外围部件互连（PCI）总线

一．PCI总线引脚图

二．PCI总线的地址/数据线

第三节 通用串行总线（USB）

一．连接器

二．USB数据

三．USB命令

四．高速图形端口（AGP）

第十五章 Pentium系列微处理器（6学时）

教学目的与要求

通过本章的学习，员工应了解64位Pentium存储系统的组成及接口；与80486比较Pentium系列微处理器都有哪些改进；Pentium系列微处理器的动态执行结构。

教学内容

第一节 Pentium系列微处理器简介

一．Pentium

二．Pentium Pro

三．Pentium4

四．存储器系统

五．I/O系统

第二节 Pentium的特定寄存器

一．控制寄存器

二．EFLAG寄存器

第三节 存储器系统

第四节 软件变化

四、考核方式：考试（闭卷）