《微机原理及应用》精品课程教材修订之探讨

李 鹏，文汉云，林 华 赵立辉，雷 鸣， 白 凯

( 长江大学计算机科学学院，湖北 荆州 434023 )

《微机原理及应用》精品课程教材修订之探讨

李 鹏，文汉云，林 华 赵立辉，雷 鸣， 白 凯

( 长江大学计算机科学学院，湖北 荆州 434023 )

微型计算机技术发展迅猛，因而必须对《微机原理及应用》课程教材应进行及时修订，以便保持该课程高质量的教学水平。阐述了修订教材的基本设想、修订教材的主要内容与结构特点，为今后修订该教材提供参考。

微机原理及应用；精品课程；教材

《微机原理及应用》课程于2004年9月被长江大学批准为校级精品课程。通过长江大学计算机科学学院《微机原理及应用》精品课程建设组的全体老师的共同努力，于2005年8月公开出版了《微型计算机技术及应用》教材[1]。随着微型计算机技术特别是微处理器的快速发展与应用，该教材的内容也必须要随之作相应修改。为此，该教材编写组的全体成员对教学内容进行不断改进和调整，并于2010年12月由电子工业出版社公开出版该修订教材。下面，笔者对《微机原理及应用》精品课程教材修订进行了探讨。

1 教材内容修订

1.116位机是基础，32位微机是重点

没有16位机为基础，对于本科生直接讲32位微机，是不切合微机发展的自然规律的，也是难以实现的。该书由14章组成，除了“并行接口技术”及“模/数和数/模转换技术”2章外，其余12章都涉及到有关32位机的原理。例如，最基本的“微型计算机的基础知识”一章，也涉及到了Pentium CPU浮点运算部件的运算基础，即IEEE 754标准。“微型计算机和外部之间的数据传输”一章，介绍了32位微处理器采用的I/O编址电路及I/O保护的概念。

1.2保留实模式下的经典内容

实模式下的经典内容是中断技术。在实模式下(DOS方式下)，以Intel 8259A为中断接口芯片，实现微型计算机与所有外设并行操作，外设通过中断方式与CPU交换数据，这是微型计算机关于中断的硬件基础，不管微型计算机工作在哪一种工作方式，其中断的硬件基础是不变的。虽然实模式与保护模式下分别转入中断服务程序的方式有很大区别，但都是通过中断类型码转换到中断服务程序的入口地址，学生只有了解实模式下的中断技术，才能够容易理解保护模式下的中断技术。

1.3保留经典实用的接口技术

由于大规模集成技术的快速发展，现在的微机把所有的接口芯片都集成到南桥芯片中了，其集成度相当高。例如，南桥芯片82371AB内部由下列功能部件组成：PCI总线接口；ISA总线接口；初级IDE接口；中断控制接口；定时器/计数器；实时时钟RTC；DMA控制器；通用串行总线USB；通用目的输入和输出接口等。虽然有关于介绍南桥芯片82371AB的材料，但内容过于简单。由于82371AB芯片内部集成了DMA82C37、82C54和82C59A等内容，因而要保留DMA82C37、82C54、82C59A、8255A、8250等接口芯片以及USB接口技术，这样在教师讲解上述知识点的基础上，最后介绍南桥芯片82371AB，使学生建立一个完整的接口概念。

一直以来，对于RS-232C接口技术的开发应用十分广泛。因此，不仅要保留其接口的基本内容，而且要从实用角度出发，重点介绍一些有关内容，例如，RS-232C电平与TTL电平的转换(MAX232集成芯片)、RS-232C常用的机械与电气特性和波特率的设置等。

1.4保留16位CPU的存储器接口技术

Intel公司16位的8086 CPU ，对内存可以进行8位或16位的寻址，将内存分为奇字库与偶字库。从32位机的角度上理解，8086系统将内存分为2个存储体。对于CPU外部为32位数据线，其内存分为4个存储体，对于Pentium CPU，外部数据线是64位，其内存分为8个存储体。若学生理解了16位存储器的内容，也能够理解微机存储器系统的组成原理。

1.5保留虚拟存储器技术、高速缓存技术及超标量流水线技术

虚拟存储器技术、高速缓存技术及超标量流水线技术是微型计算机的重要基础技术，因而将涉及到虚拟存储器技术和高速缓存技术的内容分为2章介绍，其中虚拟存储器技术在新增的“虚拟存储器技术及存储保护”一章中介绍，而高速缓存技术在“存储器系统”一章中介绍，超标量流水线技术则在“32位微处理器Pentium”一章中介绍，这样可将难点与重点分开。

1.6以Intel公司的IA-32系列微处理器为主线，直接介绍32位指令系统

由于32位CPU兼容了16位机的所有指令系统，所以，应以介绍32位机的寻址方式与指令系统为主，而以介绍16位CPU的指令系统为辅。

以MASM 6.0为开发工具，既能介绍完整段汇编语言编程，也能介绍简化段汇编语言编程，并且都以大量程序例子进行说明，这样便于学生上机练习。最后，介绍WIN32汇编语言集成开发环境，并通过实际运行程序来介绍32位汇编语言程序设计，为学生提供如何在WINDOS下实现32位汇编语言编程的具体方法。

1.7在“总线与微型计算机系统的结构”一章新增多核技术

多核技术的主要内容是将多个处理器核心集成在一个半导体芯片上，各处理器核心耦合紧密，进而构成一个多处理器系统。多核心处理器就是基于单个半导体的一个处理器上拥有多个功能相同的处理器核心，这一多处理器系统中的多个处理器核心能够有效地并行执行多个进程或线程，可以同时共享系统总线、内存等资源。

Intel多核处理器结构发展很快，分为2个核、4个核以及更多个核，内部高速缓存级数在增加，存储容量也在增加。因此，应从最基础的知识方面介绍多核技术，对目前Intel新一代的处理器——Nehalem构架的酷睿i5和酷睿i7处理器具有的诸多先进特性，要作为重点内容介绍。

2 教材结构特点

修订该教材的原则是保留经典内容、更新相关技术、注重实践与应用、化难为易便于自学。根据上述原则，在修订中应做到以下几点：①总体上以IA-32微处理器为背景，重点介绍微型计算机的组成结构、指令系统、虚拟存储器技术、高速缓冲存储器技术及接口技术等。②详细介绍Pentium的3种工作方式，重点阐述保护方式。在介绍系统寄存器工作的基础上，详尽阐述段页式2级存储器管理机制及存储保护。③保留DOS下的中断机制，新增保护方式下的中断原理。此外，介绍了32位I/O端口译码技术并同时引入I/O保护的内容。④全面介绍32位微处理器的基本指令集，也涉及到16位指令系统，彻底改变了先讲16位指令集再简单介绍32位指令的局面。⑤介绍了MASM6.X宏汇编程序下的完整段与简化段的程序设计，新增了WIN32汇编语言集成环境下的32位汇编语言程序设计，案例丰富，分析透彻，实用性强，便于调试。⑥鉴于并行打印机接口与RS-232C串行通信接口的应用与开发十分普遍，详细介绍其接口组成、工作原理及开发技术。⑦介绍计算机的系统组成，包括南、北桥芯片组的介绍，使学生建立微型计算机的整体概念。南桥芯片中集成了所介绍的82C54、82C59、82C37等接口芯片，为学生提供一个完整的接口概念。

[1]李华贵,李鹏，文汉云，等.微机原理与接口技术[M].北京：电子工业出版社，2010.

[编辑] 李启栋

10.3969/j.issn.1673-1409.2011.09.040

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1673-1409(2011)09-0125-02