微机原理与汇编语言教学大纲

微机原理与汇编语言》课程教学大纲一、课程基本信息课程编号1422024课程名称微机原理与汇编语言课程英文名称Microcomputerprincipleandassemblylanguage总学时66讲课学时56实验学时验证型实验设计型实验综合型实验研究型实验学分46220先修课程数理逻辑、计算机组成原理、计算机基础课程性质专业主干课课程类型必修课教学团队组成负责人成员选用教材戴梅萼，《微型计算机技术及应用》清华大学出版社，2008年主要教学参考书王克义，《微机原理一结构、编程与接口》，清华大学出版社，2009年版。周明德等，《微机原理与接口技术》，人民邮电出版社，2008年版本课程作用和任务本课程是关于微机原理与汇编技术领域的引导性课程，介绍微机原理与汇编技术的基本理论、方法和技术，目的是使学生了解和掌握微机原理与汇编技术的基本概念和方法，为今后的更咼级课程的学习、为将来在微机原理与汇编技术领域的进步研究工作和软件实践奠定良好的基础。本课程以当今主流微处理器80X86为知识点，分析它的结构特点、操作原理、指令系统以及汇编语言设计的基本方法，为后续课程打下必要的基础。二、教学目标和要求本课程是计算机专业的专业主干课。课程以当今主流微处理器80X86为结合点，分析它的结构特点、操作原理、指令系统以及汇编语言设计的基本方法，为后续课程打下必要的基础。通过本课程的学习，要求学生掌握微型计算机的基本工作原理、汇编语言程序设计基本方法、微型计算机接口技术、建立微型计算机系统的整体概念，形成微机系统软硬件开发的初步能力。应能掌握计算机的基本工作原理及汇编语言编程的技能和技巧，养成良好的程序设计风格，为今后的工作打下必要的技术基础。三、教学难点重点是8086CPU内部结构，引腿信号及功能，指令系统；汇编语言程序设计；接口的基本技术，接口芯片的内部结构和工作原理。难点是CPU操作时序，各种接口芯片的控制字，模式字的设置及其含义，接口与外设子系统的硬件设计及软件编程。四、教学内容及基本要求第一章微型机算计概述（2学时）教学目标和要求：理解微型机的分类和发展概况；掌握微处理器、微型计算机和微型机系统的差别；掌握CPU的功能和组成部件；掌握计算机的基本结构。教学重点和难点：无。教学方式：（课堂讲授）第一节微型计算机的特点和发展一、微型计算机的特点二、微型计算机的发展第二节微型机的分类一、微型计算机的分类第三节微处理器、微型计算机和微型计算机系统一、微处理器二、微型计算机三、微型计算机系统第四节微型机算机的应用一、微型计算机的应用复习思考题:微处理器、微型计算机和微型计算机系统之间有什么不同?微型计算机采用总线结构有什么优点?数据总线和地址总线在结构上有什么不同之处?第二章16位和32位微处理器（6学时）教学目标和要求：1、掌握：8086微处理器的编程结构，常用引腿信号的功能，8086的中断系统，总线操作及时序;2、理解：80386的体系结构，三种工作方式，指令流水线和地址流水线，虚拟存储机制和片内两级存储管理；Pentium采用的先进技术，原理结构，技术发展。教学重点和难点：8086微处理器的结构，内部寄存器的功能，主要的引脚信号及功能，中断响应过程，存储器组织和I/O组织。教学方式：（课堂讲授6学时）第一节16位微处理器8086（2学时）一、8086的编程结构总线接口部件和执行部件的组成及各自功能,8086总线周期的概念。二、8086的引腿信号和工作模式最小模式和最大模式的概念为了适应各种应用场合，在设计8086/8088CPU芯片时，使它们可以在两种模式下工作，及最小模式和最大模式。8086/8088的引腿信号和功能8086/8088CPU有40条引腿，这里介绍在两种模式下公用的32条引腿和他们的传递方向及有效跳变。最小模式讲述8086在最小模式下的典型配置及有关引腿信号。最大模式讲述8086在最大模式下的典型配置及有关引腿信号。三、8086的操作和时序系统复位和启动操作8086/8088复位时各内部寄存器的值，复位时序，总线信号状态。总线操作最小操作下的读写周期，最大操作下的读写周期。中断操作和中断系统8086的中断分类，中断向量和中断向量表，硬件中断和软件中断，中断响应总线周期。最小模式下的总线保持8086/8088提供了一对专用于最小模式下的总线控制联络信号HOLD和HLDA总线保持请求响应时序。最大操作下的总线请求允许在最大操作下8086/8088提供了总线主模块间传递总线控制权的手段。四、储存器组织和I/O组织8086的储存器组织8086的储存器分段结构，段地址和偏移地址，物理地址的计算方法8086/8088系统中1M存储空间的几个固定部分。8086的I/O组织在8086系统中I/O端口采用独立编址的方法用专门的输入输出指令访问。复习思考题：8086总线接口部件有什么功能?执行部件有什么功能？总线周期的含义是什么？8086的基本总线周期由几个时钟组成？如CPU的时钟频率为24MHz,那么它的一个时钟周期为多少?一个基本总线周期为多少？如主频为15MHz呢？CPU启动时，有哪些特征？如何寻找系统的启动程序？8086是怎样解决地址线和数据线复用问题的？BHE#信号和A0信号是通过怎样的组合解决存储器和外设端口的读写操作的？非屏蔽中断有什么特点？可屏蔽中断有什么特点？分别用在什么场合？第二节32位微处理器80386（2学时）一、80386的体系结构80386的内部结构和功能部件。二、80386的三种工作方式80386的实地址方式、保护方式和虚拟8086方式。三、80386的寄存器80386的7类寄存器：通用寄存器、指令指针寄存器和标志寄存器、段寄存器和段描述符寄存器、控制寄存器、系统地址寄存器、调试寄存器和测试寄存器。四、指令流水线和地址流水线指令流水线由总线接口部件、指令预取部件、指令译码部件和执行部件构成。地址流水线由分段部件分页部件和总线接口部件组成。五、80386的虚拟存储机制和片内两级存储管理分段管理、分页管理，转换检测缓冲器TLB。六、80386的中断在实地址方式下,80386采用8086相同的方式处理中断;在保护方式下80386通过中断描述符表协助中断响应和处理。七、80386的信号和总线状态80386的信号,总线周期。复习思考题：虚拟存储器是一种什么样的存储器?80386的虚拟存储器可以有多大容量?80386有哪三种工作方式?为什么要这么多工作方式?80386的指令流水线由哪些部件组成?它们的主要功能是什么?TLB是一种什么样的功能部件?说明其中存放什么内容,起什么作用？80386的数据线既可传送16位数据，也可传送32位数据，还可传送单字节数据，具体是如何实现上述传送的?第三节32位微处理器Pentium（2学时）一、Pentium采用的先进技术Pentium采用多项先进技术，最重要的是CISC和RISC相结合的技术、超标量流水线技术、分支预测技术。二、Pentium的技术特点论述了Pentium的4项特点。三、Pentium的原理结构Pentium的主要部件，原理结构。四、Pentium的寄存器基本寄存器组、系统寄存器、浮点寄存器。五、Pentium的主要信号地址线及控制信号、数据线及控制信号、总线周期控制信号、Cache控制信号、系统控制信号等。六、Pentium的总线状态和总线周期Pentium的6种总线状态，非流水线式读写周期，流水线式读写周期。七、Pentium系列微处理器的技术发展复习思考题：Pentium采用了哪些主要的先进技术？分之预测技术的优点是什么?此技术基于怎样的程序设计规律?3•阐述Pentium中，U流水线和V流水线有什么区别？什么是突发式数据传输?第三章16位和32位的微处理器指令系统教学目标和要求：掌握8086的寻址方式和指令系统，编写简单程序。理解80386的寻址方式和指令系统及Pentium增加的指令。教学重点和难点：重点掌握数据传送指令，算数运算指令,逻辑指令，输入输出指和控制转移指令，设计出三种结构的汇编语言源程序。教学方式：（课堂讲授16学时）第一节8086的寻址方式和指令系统（8学时）一、8086的寻址方式立即数寻址、寄存器寻址、直接寻址、寄存器间接寻址。二、8086指令系统的概况指令格式,指令执行时间。三、8086指令系统传送指令：通用传送指令，累加器专用传送指令，地址传送指令，标志传送指令。算术运算指令：加法，减法，乘法，除法指令和BCD码操作指令。逻辑运算和移位指令逻辑运算指令：与、或、非、异或操作指令，循环指令和非循环指令。串操作指令控制转移指令无条件和有条件转移指令，循环控制指令，子程序调用和返回指令，中断指令，处理器控制指令。四、8086汇编语言的标志、表达式和伪指令汇编语言概况，标识符，保留字，表达式，语句，伪指令。程序举例。复习思考题:在寄存器间接寻址中,如果指令中没有具体指明段地址,那么,段地址如何确定?使用堆栈操作指令时要注意什么问题?传送指令和交换指令在涉及内存操作时要注意什么问题?指令和移位指令完成AX乘以20的功能。写简单的条件转移程序。用串指令编写程序完成字符串的比较。第二节80386的寻址方式和指令系统（4学时）一、80386的寻址方式讲述80386的九种寻址方式。二、80386的指令系统讲述80386新增加的指令。数据传送指令、算术运算指令、串操作指令、转移指令、循环和调用指令、条件设置指令、中断指令、标志指令、位处理指令、总线封锁指令、处理器控制和特权指令、支持高级语言的指令、系统设置和测试指令。复习思考题：1.80386的有效地址由哪几个分量计算得到?2.80386的推入堆栈指令比8086有哪些改进?设计两个32位数相乘的程序，将乘积送到ABC指示的内存区。第三节80486新增加的指令（2学时）一、论述6条新增加的指令第四节Pentium新增加的指令（2学时）一、论述8条新增加的指令第四章存储器和高速缓存技术（2学时）教学目标和要求:掌握微型机中存储器的层次化结构，Cache技术的基本思想和出发点，Cache系统的主要部件，Cache控制器完成的功能。教学重点和难点：存储器的分类，存储器在系统中的连接，Cache的组织方式和各自的特点，Cache的命中率和数据的一致性。教学方式：（课堂讲授4学时）第一节存储器和存储器件（1学时）一、存储器的分类内部存储器,外部存储器。二、微型计算机内存的行列结构微型计算机以字节为单位存储信息，在硬件上通过行选择线和列选择线确定内存单元。三、选择存储器件的考虑因素选择存储器应考虑的因素：易失性、只读性、存储容量、速度功耗。四、随机存取存储器RAM按工作原理分静态RAM和动态RAM。论述它们的结构和工作原理。五、只读存储器ROM分别论述掩膜型ROM、可编程ROM（PROM）、可擦除及可编程ROM（EPROM）、可用电擦除的可编程ROM（EEPROM）、闪烁存储器Flash。六、存储器在系统中的连接考虑和应用举例存储器和CPU的连接考虑，SRAM的使用举例，DRAM和DRAM控制器的使用。七、存储器的数据宽度扩充和字节扩充讲述数据宽度的扩充连线图，字节数的扩充连线图。第二节微型机系统中存储器的体系结构（1学时）一、层次化的存储器体系结构按图讲述存储器的层次化总体结构。二、16位和32位微机系统的内存组织讲述16位机8086的存储器构成:奇存储体和偶存储体.论述32位微机系统的内存组织.地址的对准操作。第三节高档微机系统中的高速缓存技术一、Cache的概述Cache技术的出发点,论述Cache系统的三个部分.时间区域性和空间区域性。二、Cache的组织方式Cache的三种组织方式：全相联方式、直接映像方式、组相联方式。三、Cache的数据更新方法通写式、缓冲通写式、回写式。四、Cache控制器82385Cache控制器82385的功能：Cache和主存的映像关系，未命中Cache的处理，Cache的数据更新。复习思考题:DRAM根据什么原理进行刷新？存储器在系统中连接时要考虑哪几方面的问题?微型机系统中存储器的层次化总体结构是如何体现的？Cache技术的基本思想和出发点是什么？一个Cache系统由哪几个主要部分组成？Cache的数据一致性指什么？Cache通写式和回写式的含义是什么？第五章微型计算机和外设的数据传输（4学时）教学目标和要求：掌握CPU与外设进行数据传输必须要有接口电路，理解接口的功能，掌握程序方式，中断方式和DMA方式传输数据的原理。教学重点和难点：接口部件的I/O端口，三种数据传输方式的原理。教学方式：（课堂讲授4学时）第一节为什么要用接口电路（1学时）一、论述什么叫接口？接口的功能及接口技术。第二节CPU和输入输出设备之间的信号（1学时）一、数据信息数字量、模拟量、开关量。二、状态信息状态信息反映了当前外设所处的工作状态。三、控制信息CPU通过发送控制信息控制外设的工作。第三节接口部件的I/O端口（1学时）一、论述接口中的寄存器组、端口及端口地址第四节CPU和外设之间的数据传递方式（1学时）一、程序方式论述无条件传递方式和条件传递方式。二、中断方式论述中断传递方式的原理，中断优先级问题的解决。三、DMA方式论述DMA传送方式的提出，DMA传送的原理。四、输入输出过程中提出的几个问题复习思考题:接口电路的作用是什么?按功能可分为几类?为什么有时候可以使2个端口对应1个地址?查询方式传送数据有什么优缺点?中断方式为什么能弥补查询方式的缺点?叙述可屏蔽中断的响应和执行过程。第六章串并行通信和接口技术（6学时讲授+2学时实验）教学目标和要求：掌握串行通信的工作原理及应用，并行通信的原理及应用。教学重点和难点：可编程串行通信接口8255A的工作原理及初始化编程，并行通信接口8255A的原理及编程。教学方式：（课堂讲授6学时、实验2学时）第一节接口功能以及在系统中的连接（1学时）一、接口功能寻址功能、输入/输出功能、数据转换功能、联络功能、中断管理功能、复位功能、可编程功能、错误检测功能。二、接口与系统的连接按图论述典型的I/O接口和外设连接。第二节串行接口和串行通信（1学时）一、串行接口可编程串行接口的典型结构。二、串行通信涉及的几个问题全双工方式和半双工方式，同步方式和异步方式，串行通信的传输率。第三节可编程串行通信接口8251A（2学时）一、8251A的基本性能通过编程可以工作于同步方式或异步方式，及两种方式下的不同波特率。二、8251A的基本工作原理论述8251A的编程结构，功能结构，发送和接收方式。三、8251A的对外信号8251A和CPU之间的连接信号，8251A与外设之间的连信号。四、8251A的编程8251A的模式寄存器，控制寄存器，状态寄存器及初始化编程。五、8251A编程举例异步方式下的初始化程序举例，同步方式下的初始化程序举例，利用状态字进行编程举例。六、8251A的使用事例讲述8251作为CRT接口的实际例子。第四节并行通信和并行接口并行通信的方式及应用场合.并行接口与外设的连接。第五节可编程并行通信接口8255A（2学时）一、8255A的内部结构论述A，B，C三个端口读写控制电路，数据总线控制器。二、8255的芯片引腿信号8255A与外设的连接，8255A与CPU的连接。三、8255A的控制字论述方式选择控制字，端口C置1/置O控制字。四8255A的工作方式介绍三种工作方式：方式0方式1方式2的工作特点。五、8255A的应用举例用两个具体例子讲述8255A的硬件设计和软件编程。六、实验教学重点能力培养本课实验重点培养学生的创新实验动手能力，在充分理解8255A芯片工作原理的基础上，练习熟练编程控制芯片。通过设计交通灯实验，来全面理解掌握并行通信接口芯片8255A的具体使用，让学生能够从接受知识型到综合能力型逐级提高的实验。复习思考题:什么是同步通信方式?什么是异步通信方式?它们各有什么优缺点?什么叫波特率?什么叫波特率因子?设波特率因子为64，波特率为1200，那么时钟频率是多少?对8251A进行编程时，必须遵守哪些约定？设计一个采用异步通信方式输出字符的程序段。编写一段程序对8255A设置工作方式。第七章中断控制器（6学时）教学目标和要求：掌握中断控制器的结构和功能；掌握DMA数据传送的特点及DMAC的基本功能；掌握计算器/定时器的结构及功能。各种接口的用途。教学重点和难点：中断控制器8259A的编程结构及功能，初始化编程；DMA控制器8237A的数据传送特点及功能；计算器/定时器8253的六种工作方式和初始化编程。教学方式：（课堂讲授6学时、实验2学时）第一节中断控制器8259A（6学时）一、8259A的引腿信号，编程结构和工作原理论述8259A的引腿信号，编程结构及中断响应过程。二、8259A的工作方式8259A的优先级方式，屏蔽中断源的方式。结束中断的方式引入中断请求。三、8259A的初始化命令字和操作命令字论述8259A内部七个寄存器的信号及作用，及8259A的初始化编程。四、8259A使用举例关于中断全嵌套方式的例子，关于如何使用中断结束命令的例子，关于特殊屏蔽方式的例子。五、多片8259A组成的主从式中断系统按图讲述主从式中断系统。六、实验教学重点能力培养本课实验重点培养学生的创新实验动手能力，在充分理解8259芯片工作原理的基础上，练习熟练编程控制芯片。通过中断设计键盘显示实验，来全面理解掌握中断控制器的具体使用，让学生能够从接受知识型到综合能力型逐级提高的实验。第八章DMA控制器（4学时）教学目标和要求:掌握DMA数据传送的特点及DMAC的基本功能及接口的用途。教学重点和难点：DMA控制器8237A的数据传送特点及功能。教学方式：（课堂讲授4学时、实验2学时）第一节DMA控制器8237A（4学时）一、DMA控制器的一般结构和概要按图讲述DMA控制器的编程结构和外部连线。二、DMA控制器8237A的原理8237A的编程机构和外部连接，8237A的工作模式和寄存器的格式，8237A各寄存器对应的端口地址。三、8237A的编程和使用论述8237A初始化的7个步骤.编程举例。第九章计数器/定时器（6学时）教学目标和要求：掌握计算器/定时器的结构及功能。各种接口的用途。教学重点和难点：计算器/定时器8253的六种工作方式和初始化编程。教学方式：（课堂讲授6学时、实验2学时）第一节计数器/定时器（6学时）一、概述二、可编程计数器/定时器的工作原理论述计数器/定时器的工作原理，不论定时还是计数工作过程没有根本差别，都是基于计数器的减1工作。三、可编程计数器/定时器82538253的结构和工作原理，8253控制寄存器的格式，8253的