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《微型计算机原理与接口技术》课程简介
一、课程概述
《微型计算机原理与接口技术》是计算机类、电子信息类等专业的一门核心专业基础课程，它是连接计算机硬件和软件的重要桥梁。该课程旨在让学生深入理解微型计算机的基本工作原理，掌握微型计算机硬件系统的组成结构，以及各种接口技术的原理和应用，为后续深入学习计算机系统设计、嵌入式系统开发、计算机控制等课程打下坚实的基础，同时也为从事计算机硬件开发、系统维护、嵌入式系统开发等工作提供必要的知识储备。
二、课程目标
知识目标：
让学生掌握微型计算机的基本组成和工作原理，包括中央处理器（CPU）、存储器、输入 / 输出系统等核心部件的结构、功能和工作过程。
使学生熟悉计算机内部数据的表示、运算和存储方式，如二进制、十进制、十六进制的转换，以及数据的算术运算和逻辑运算。
学生将了解并掌握微型计算机的指令系统，包括指令的格式、分类、寻址方式和执行过程，理解程序设计的基本原理和方法。
使学生熟悉常用接口芯片的功能、工作原理和编程方法，包括并行接口、串行接口、中断控制器、定时器 / 计数器、DMA 控制器等。
能力目标：
具备对微型计算机硬件系统进行分析、组装和调试的能力，能够根据实际需求设计简单的计算机系统或接口电路。
能够运用汇编语言和高级语言（如 C 语言）进行程序设计，实现对微型计算机硬件的控制和数据处理。
培养学生解决微型计算机系统中常见硬件和软件问题的能力，包括硬件故障诊断、接口故障排除等。
提高学生对复杂的硬件系统和接口电路进行优化和性能提升的能力，能够在给定的性能和资源限制下，设计出高效的硬件系统和接口方案。
三、课程内容
微型计算机系统基础：
计算机的发展历程：回顾微型计算机的发展历史，从早期的微处理器到现代高性能微处理器，了解其演变过程和技术创新的推动因素。
微型计算机的基本组成：详细介绍微处理器、内存储器、I/O 接口和系统总线的组成和功能，通过系统框图和实例分析，使学生理解各部件之间的联系和数据传输机制。
计算机中的数制与编码：深入学习二进制、八进制、十进制、十六进制的转换方法，以及计算机中的原码、反码、补码表示，理解 ASCII 码、BCD 码等常用编码方式，掌握数据在计算机中的存储和运算规则。
微处理器与指令系统：
微处理器的结构和功能：以典型的微处理器（如 Intel 8086/8088、ARM 等）为例，剖析其内部结构，包括寄存器组、算术逻辑单元（ALU）、控制器等，理解其工作模式和控制信号的作用。
指令系统：详细讲解微处理器的指令集，包括数据传送指令、算术运算指令、逻辑运算指令、控制转移指令等，通过汇编语言程序实例，让学生理解指令的功能和使用方法。
汇编语言程序设计基础：介绍汇编语言的基本语法、程序结构和编程环境，包括伪指令、程序段的定义、数据定义等，通过编程实例让学生掌握汇编语言的程序设计流程和调试方法。
存储器系统：
半导体存储器：介绍随机存取存储器（RAM）和只读存储器（ROM）的工作原理、分类和性能指标，学习如何扩展存储容量，掌握存储芯片的选择和连接方法。
高速缓冲存储器（Cache）：讲解 Cache 的基本原理、映射方式和替换策略，理解 Cache 在提高计算机系统性能中的重要作用。
虚拟存储器：介绍虚拟存储的概念、工作原理和实现方法，让学生了解操作系统如何管理内存和外存，实现虚拟存储功能。
输入 / 输出接口技术：
接口的基本概念：阐述接口的功能、分类和接口电路的基本结构，理解接口电路在计算机系统中的地位和作用。
并行接口：以可编程并行接口芯片（如 8255A）为例，讲解其内部结构、工作方式和编程方法，通过实验和实例，让学生掌握并行数据传输的原理和应用。
串行接口：学习串行通信的基本概念、数据格式和通信协议，以可编程串行接口芯片（如 8251A）为例，掌握串行接口的编程和应用。
中断系统：深入理解中断的概念、中断源、中断向量和中断处理过程，以可编程中断控制器（如 8259A）为例，学习中断系统的编程和应用，掌握中断服务程序的设计和调试方法。
定时器 / 计数器：以可编程定时器 / 计数器芯片（如 8253/8254）为例，讲解其工作原理和编程方法，了解定时器 / 计数器在计算机系统中的多种应用，如定时控制、频率测量等。
DMA 控制器：介绍直接存储器访问（DMA）的概念、工作原理和应用，以可编程 DMA 控制器（如 8237A）为例，学习 DMA 控制器的编程和使用，理解其在高速数据传输中的优势。
总线技术：
系统总线概述：介绍系统总线的概念、分类和性能指标，包括数据总线、地址总线和控制总线的功能和特点。
常用系统总线标准：学习 ISA 总线、PCI 总线、USB 总线等常见系统总线标准，了解其特点、引脚功能和应用场景，掌握系统总线的扩展和接口设计方法。
四、课程特色
系统性和实用性：课程内容涵盖微型计算机系统的各个方面，从硬件组成到接口技术，形成一个完整的系统，同时注重实际应用，通过大量的实例和实验，让学生将理论知识应用到实际问题的解决中。
实验教学结合：配合课程内容设置一系列实验课程，包括硬件组装、接口电路设计与调试、汇编语言程序设计等，使学生在实践中加深对理论知识的理解，培养学生的动手能力和实践操作技能。
软硬结合：既涉及硬件系统和接口电路的设计与分析，又结合汇编语言程序设计，让学生掌握如何通过软件编程来控制硬件，使学生对计算机系统有更全面的认识。
前沿技术拓展：在讲授经典内容的基础上，适当引入微型计算机技术的前沿发展，如多核处理器、嵌入式微处理器等，拓宽学生的视野，激发学生的创新思维。