微机原理与接口技术教案-2015年版.doc
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1、微机原理与接口技术课程教案第 1 课 次 授 课 计 划基本内容: 课程性质及内容介绍、先修课程及参考书目 第1章 计算机基础知识(1)1.1 绪论 1.2 计算机的发展概述1.3 微机中信息的表示及运算基础目的要求: 明确本课程的学习目的及要求、激发学习微机原理与接口的兴趣与热情,初步了解本课程的特点及学习方法;了解计算机发展历史;熟练掌握无符号数和带符号数的表示方法;掌握各种进制间的互换;(重点)掌握数的原码、反码、补码表示法,并熟练掌握补码加减运算。(重点)难点: 补码加减法运算;有符号数和无符号数溢出判断。教学环节及组织: 新课引入课程性质:该课程属计算机硬件基础课程,是学习微机组装、
2、单片机应用开发、微机控制等课程的前序基础课。课程内容:微机的基本结构;指令系统及汇编语言;存储器结构及工作原理;I/O接口及应用;可编程芯片及应用。学习方法:首先掌握微型计算机的基本原理,熟记其指令系统用指令和应用指令编写程序;掌握I/O接口的基本结构和接口应用;理论结合实际,多上机多编程,在应用中学习。新课讲授1 计算机基础知识1.2 计算机发展概述从1946年世界上第一台电子数字计算机ENIAC问世至今,计算机的发展主要经历了电子管、晶体管、小规模集成电路、大规模(LSI)和超大规模(VSLI)集成电路四个发展阶段,从1981年起进入智能计算机阶段。 微处理器及微型计算机的发展4位及低档8
3、位中高档8位16位32位高档32位64位(主要体现在位数的变化) 微型计算机的组成微型计算机通常由微处理器(即CPU)、存储器(ROM,BAM)、IO接口电路及系统总线(包括地址总线AB、数据总线DB、控制总线CB)组成。 计算机编程语言的发展。介绍各编程语言的特点,本门课程主要学习汇编语言。1.3 计算机中信息的表示及运算基础 计算机中的数和编码系统 计算机中的进位计数制 进位计数制的基本概念 u 课堂讨论:为什么要使用二进制和十六进制,各进制间是否可以相互转换? 四种不同进制数(二、八、十、十六进制)的相互转换(课堂练习) 计算机中带符号数的表示 原码、反码和补码的表示方法 原码、反码和补
4、码之间的转换u 课堂练习 补码加减运算 补码加减运算规则 XY补=X 补Y 补u 例题分析例1X=-0110100B,Y=+1110100B,求X+Y=?例2X=-56,Y=-17,求X-Y=?u 通过例题强调:运算完后要先判断结果的正负,结果若为负数,则需进行变补运算才能得到结果的真值。即XY原XY补 补 溢出判断u 例题分析例3X=-62H,Y=-3BH,求X+Y=?例4X=-1FH,Y=-4AH,求X+Y=? 溢出和进位的区别, 溢出判断标准:若最高进位次高位进位=1,则结果产生溢出。小结1)主要介绍了计算机的发展以及计算机的基础知识。2)要求掌握:二、十、十六进制的相互转换,无符号数、
5、带符号数、真值、机器数的区别,原码、反码、补码、真值之间的相互转换方法,补码加减运算,进位和溢出的概念。课外作业及思考题1) 阅读分析课本第1章例1-12例1-19;2) 课后练习26题自行练习。课 后 记 载 :第 2 课 次 授 课 计 划基本内容: 第1章 计算机基础知识(2)1.3 微机中信息的表示及运算基础第2章 8086体系结构(1)2.1 8086 CPU结构(内部结构) 目的要求: 掌握二-十进制数的表示(BCD数);掌握二-十进制数的加减运算;(重点)掌握字符的编码(ASCII码);理解数的定点和浮点表示;掌握8086微处理器的基本结构和工作原理。难点: 二-十进制数(BCD
6、数)的加减运算结果调整教学环节及组织: 复习巩固 计算机中的数和编码系统 计算机中的进位计数制及进制间的转换 计算机中带符号数的表示:原、反、补码的表示和转换 补码加减运算:XY补=X 补Y 补 溢出判断:若最高进位次高位进位=1,则结果产生溢出。新课讲授1 计算机基础知识1.3 计算机中信息的表示及运算基础 二-十进制数(BCD数) 二-十进制数的表示:用四位二进制数表示一位十进制数。 二-十进制数的加减运算u 课堂讨论:例题中BCD数运算结果为什么不再是BCD数?为什么与十进制结果不符?u 通过例题讨论,分析结果不一致的原因:BCD数在计算机中按十六进制运算“逢十六进一”,而十进制为“逢十
7、进一”。若要BCD数运算中仍保有十进制的“逢十进一”的效果,则对运算结果需进行调整。 二-十进制数的加减运算调整原则加法调整规则:(1)若二进制和小于10,则保持不变化。(2)若二进制和大于等于10,或有进位,则和数应加6修正。 减法调整规则:(1)若相减不发生借位,则减法直接进行。(2)若相减低位向高位发生借位,则低位应减6修正。u 课堂练习:用BCD码计算94+7=101 字符的编码(ASCII码) 目前微机中应用最普遍的美国标准信息交换码 常用字符ASCII码:回车0DH/ 换行0AH/ 09(30H39H)/ az(61H7AH)/ AZ(41H5AH) 数的定点和浮点表示 定点表示:
8、小数点在数中的位置固定。运算简便,表示范围小。 定点整数表示范围:2n-1-1 定点小数表示范围:1-2-n 浮点表示:小数点位置不固定。表示范围大,运算复杂。2 8086体系结构从前续课程学习已经知道计算机的基本结构,从而可知微机的基本结构有运算器、控制器和存储器等,这些器件又是怎样构成微型计算机的以及怎样在CPU的指挥下工作的?这就是本节课要解决的间题。2.1 8086 CPU结构初步认识: 8086是16位微处理器,数据总线16位,地址总线20位(寻址范围1M),40脚双列直插组件封装。u 课堂提问:计算机系统的三总线结构是哪三种总线?数据总线、地址总线、控制总线 8086 CPU 的内
9、部结构(基于图2.1 8086 CPU的内部结构框图讲解) BIU(Bus Interface Unit总线接口部件):实现CPU与存储器或I/O口间数据传送组成:1个20位地址加法器、专用寄存器组(段寄存器和指令指针寄存器等)、指令队列、总线控制逻辑 EU(Execution Unit指令执行部件):主要功能是执行指令组成:算术逻辑运算单元ALU 、1个16位标志寄存器FLAGS、 1个数据暂存寄器、 8个通用16位寄存器组、EU控制器 8086 CPU 的工作原理 与一般CPU工作原理对比,解释流水线技术 动画演示8086 CPU流水线工作过程小结1)主要介绍了计算机中常用的编码方式:BC
10、D、ASCII2)要求掌握:BCD数的表示、加减运算,以及常用字符的ASCII码 3)主要学习了Intel 80868088 微处理器基本结构和工作原理课外作业及思考题1) 课后练习710题自行练习;2) 预习:8086CPU 的寄存器结构(思考题课后习题3、4)课 后 记 载 :第 3 课 次 授 课 计 划基本内容: 第2章 8086体系结构(1)2.1 8086 CPU结构(内部结构+寄存器结构+管脚与功能) 目的要求: 熟练掌握8086 CPU内部寄存器组的定义及用法;(重点)基本掌握8086微处理器管脚的功能;熟练掌握物理地址/逻辑地址的概念;(重点)掌握存储器结构和分段的意义;熟练
11、掌握物理地址的形成方式;(重点)难点: 8086 CPU内部寄存器组的定义及用法;堆栈段的使用教学环节及组织: 复习巩固 第1章课堂作业评讲1下列无符号数中最大的数是 C 。 错解:D(2人)A. (98)16 B. (152)10 C. (10011001)2 D.(227)8 2二进制数10.11101B写成浮点数形式是 D 。 错解:A(2人)、B(1人) A. 101110110-5 B. 10111012-1000 C. 1.01110110+1 D. 1.0111012+0001 3. 设x-46,y117,则x-y补和x+y补分别等于 B 。 错解:D(2人) A.D2H和75H
12、 B.5DH和47H C.2EH和71H D.47H和71H4补码表示的8位二进制有符号数表示的数值范围是 D 。 错解:A(3人)、C(14人) A. 0255 B. 0256 C. -127127 D. -1281275 利用二进制补码完成有符号数加法运算:(16)+(-32)16补=0 0010000B -32 原=1 0100000B -32 补=1 1100000B所以: 16-32补= 16补+ -32补 =0 0010000B +1 1100000B=1 1110000B (16)+(-32)=1 1110000B 补=1 0010000B=-16出错之处:1)直接用原码相加;2
13、)原反补码求取出错;3)纯计算错误;4)没有结论 第2章内容回顾 8086 CPU的内部结构:BIU+EU (功能和组成) 8086 CPU的流水线工作方式新课讲授2 8086体系结构2.1 8086 CPU结构 8086 CPU的寄存器结构注意强调 16位的AX/BX/CX/DX也可拆成两个8位的寄存器使用; 初步介绍存储器的分段存储的概念,由此给出段首地址和偏移地址的概念,帮助理解段寄存器和地址寄存器的功能; 寄存器存在“隐含寻址”的概念,即要记住寄存器和对应的段首地址寄存器,这是后面学习指令寻址的基础。 IP用来存放将要执行的下一条指令(不是当前指)在代码段中的偏移地址。具有自动加1功能
14、。u 课堂练习:巩固牢记标志寄存器各位的含义。 8086 CPU的管脚与功能 两种工作模式:最大模式、最小模式 40个引脚,32个引脚功能固定,8个引脚随工作模式不同含义不同2.2 8086系统的结构和配置 8086存储器结构 常识:存储空间以字节为单位,一个字节分配一个唯一的20位物理地址两个连续的字节称为一个字,低地址对应低字节,高地址对应高字节u 课堂讨论:什么是段?为什么要分段由于8086可以寻址20位地址空间,所以字或字节必须表示成20位的二进制。但是8086设计是用来执行16位计算的,它只能处理16位长的字。所以必须设计一个巧妙的方法来表示地址-存储器分段。u 20位物理地址的形成
15、。物理地址PA=段基址16 + 偏移地址 堆栈段的使用强调:以字为单位进行出入栈的操作,工作方式为“先进后出”。课堂练习、分析小结1)重点掌握:8086微处理器的寄存器结构,特别是标志寄存器的取值和寄存器组的组成和作用。2)重点掌握:8086存储器分段、20位物理地址的形成、课外作业及思考题1) 要求牢记8086CPU内部寄存器的名字、基本用法(这是学习汇编编程的基础)课 后 记 载 :第 4 课 次 授 课 计 划基本内容: 第2章 8086体系结构(2)2.2 8086系统的结构和配置(存储器结构) 目的要求: 基本掌握8086微处理器管脚的功能;了解最大及最小模式下管脚的不同定义;熟练掌
16、握物理地址/逻辑地址的概念;(重点)掌握存储器结构和分段的意义;熟练掌握物理地址的形成方式;(重点)掌握8086 CPU访问存储器的方式;(重点)掌握堆栈段的使用。(重点)难点: 存储器的组成:偶地址体、奇地址体8086 CPU访问存储器的方式;堆栈段的使用教学环节及组织: 复习巩固 8086 CPU的内部结构:BIU+EU 8086 CPU的寄存器结构 8086 CPU的管脚:40个前次作业课堂评讲1、3、4(特别提醒注意第4题(2)小题考虑周全)新课讲授2 8086体系结构2.1 8086 CPU结构 8086 CPU 的管脚u 讲清楚地址/数据线复用的问题,强调不得以而为之2.2 808
17、6系统的结构和配置 8086存储器结构 常识:存储空间以字节为单位,一个字节分配一个唯一的20位物理地址两个连续的字节称为一个字,低地址对应低字节,高地址对应高字节 存储器的组成:偶数地址单元+奇数地址单元难点分析(对照课件图分析): 将1MB的存储空间分成两个512KB的存储体,一个存储体中包含偶数地址单元,另一个包含奇数地址单元。两个存储体之间采用字节交叉编址方式。 偶数地址单元与数据总线的低8位相连,奇数地址单元与数据总线的高8位相连。 地址总线A0用于区分当前访问的存储体。 8086 CPU访问存储体的方式难点分析(对照课件图分析): 特别注意A0和引脚的配合由此推出“对准字”的概念:
18、从偶地址开始的字 存储器的分段u 课堂讨论:什么是段?为什么要分段n ?由于8086可以寻址20位地址空间,所以字或字节必须表示成20位的二进制。但是8086设计是用来执行16位计算的,它只能处理16位长的字。所以必须设计一个巧妙的方法来表示地址-存储器分段。u 20位物理地址的形成。物理地址PA=段基址16 + 偏移地址 堆栈段的使用强调:以字为单位进行出入栈的操作,工作方式为“先进后出”。课堂练习、分析小结1)主要学习了Intel 8086存储器的组成和工作原理2)重点掌握:8086存储器分段、20位物理地址的形成、CPU对存储器的访问方式。课外作业及思考题1) 思考:段地址、偏移地址、物
19、理地址的含义和相互关系2) 课后习题6、13、14课 后 记 载 :第 5 课 次 授 课 计 划基本内容: 第2章 8086体系结构(3)2.2 8086系统的结构和配置(输入/输出结构、最大和最小模式系统)2.3 8086 CPU内部时序 目的要求: 了解8086输入/输出结构;理解最大和最小工作模式应用场合;掌握最小工作模式的系统典型配置;(重点)熟练掌握时序基本概念;(重点)掌握最小模式下读写总线周期时序。难点: 各种工作时序的分析教学环节及组织: 复习巩固 存储器的组成:以字节为单位,1M存储空间分为偶地址体+奇地址体。以偶地址开始的字称为“对准字”。 存储器的分段:可分为若干个逻辑
20、段(容量不大于64KB) 逻辑地址和物理地址:物理地址(20位)=段基址(16位)16 + 偏移地址(16位) 堆栈段的使用:以字为单位,遵循“先进后出”的原则新课讲授2 8086体系结构2.2 8086系统的结构和配置 8086 输入/输出结构 简单介绍CPU要通过接口与外设实现输入/输出,外设地址的编制方法和访问指令。 此部分内容不展开,到第5、6章深入学习。 8086 的最小和最大模式系统 最大、最小模式应用场合 结合课件中的图分析最小、最大模式下系统典型配置。最下模式重点讲。u 重点强调:地址锁存器的作用8086 CPU的地址/数据引脚复用,利用地址锁存器才能分离数据和地址信号。2.3
21、 8086 CPU的内部时序 时序基本概念 时钟周期(状态周期):CPU的最小定时单位,由系统时钟的频率确定。若8086的主频为10MHz,一个时钟周期为100ns 总线周期(机器周期):CPU从存储器或I/O口存取一个字或字节的时间。利用总线完成一次数据传送的时间 指令周期:完成一条指令所需要的时间,由一个或多个总线周期组成u 各周期间的关系:时钟周期是最小时序单位,总线周期由若干时钟周期组成,指令周期包含若干总线周期(因指令功能而异)。 总线周期的时序 一个基本的总线周期由4个时钟周期组成,即T1、T2、T3、T4 CPU在T3周期时钟脉冲上升沿检测READY线号,若无效则插入若干Tw周期
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- 微机 原理 接口 技术 教案 2015 年版
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