微机原理与接口技术课堂教学设计

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1、微机原理与接口技术（1-1） 课堂教学设计教学目标（包括知识和能力方面）： 本单元主要内容是第一章，讲授“微机计算机概述”， 要求学生了解本课程所要学习的主要内容，重点章节与难点章节；掌握微机的基本概念，微机硬件一般结构，微机软件系统及微机系统组成和性能指标；了解微机的发展及应用领域。教学内容及课堂教学设计1 介绍本课程的背景，性质及特点，开设目的要求，以及与其它相关课程之间的关系。2 概要介绍本程序所要学习的主要内容。3 介绍本课程使用的教材及相关参考书。4 进入正题,先介绍计算机的分类5 引入微型计算机的基本概念：微处理器，微型计算机，微型计算机系统6微型计算机的基本组成结构简介7介绍微型

2、计算机的发展概况8微型计算机系统及其性能指标重点、难点分析：1 让学生了解本课程与其它课程的相互关系，强调本课程与硬件密切相关，是偏硬件的专业技术课程。2 重点内容为微型计算机的硬件结构及系统组成，使学生对后绪章节的学习能有的放矢。3 本讲没有难点，只是激发学生对本课程的学习兴趣，对微型计算机有个大致了解即达到本讲目的。实际上本讲是对以往所学知识的简单回顾并应用于特殊的微型计算机中。习题：1.11.21.51.6微机原理与接口技术（1-2） 课堂教学设计教学目标（包括知识和能力方面）： 本单元讲授“微处理器结构及原理”中的概述部分和16位典型微处理器8086/8088， 知识点有两个：一是微处

3、理器的性能指标及工作方式，二是典型16位微处理器8086/8088结构及工作原理。教学内容及课堂教学设计1 从宏观角度介绍微处理器的性能指标（涉及8086-P4）。2 引入微处理器的工作方式：实地址方式，保护地址方式，虚拟86方式以及系统管理方式，强调各方式的特点及所适用的微处理器，不则工作方式之间的切换。3 介绍新型微处理器的命令方法。4 介绍8086/8088微处理器内部结构：强调两个部件并行工作带来的效果。5 重点介绍8086/8088内部寄存器结构：包括标志寄存器，通用寄存器以及堆栈的操作等。6介绍8086、8088的两种工作模式：最大模式和最小模式重点、难点分析：本单元的重点内容有两

4、个方面：（1） 对微处理器工作方式的认识，这对于学好后面各不同性能的微处理器具有指导意义。（2） 8086/8088内部结构，要让学生掌握基本工作原理，必须先从典型的16位处理器开始，强调BIU和EU的相互独立又相互配合工作的并行操作机制，理解微处理器的工作过程。 本单元没有特别的难点。习题：2.1 2.2 2.3 2.4 2.6微机原理与接口技术（2-2） 课堂教学设计教学目标（包括知识和能力方面）： 本单元继续讲解8086，并引入高性能80286 知识点有两个：一是8086引脚信号及总线周期，二是80286的主要特点及内部结构，强调80286与8086的不同点和共同点及与16位8086的主

5、要差别。培养学生分析问题的能力。教学内容及课堂教学设计1 介绍8086/8088的工作模式及引脚信号：特别强调那些与总线操作密切相关的引脚的含义。2 结合8086/8088总线时序，介绍回顾总线周期的概念，重点介绍最大和最小模式下的对外部总线的读/写时序。让学生深化对微型计算机工作原理的理解和对引脚含义算实质的认识。3 分析8086/8088的结构特点和存在的问题，引入80286的结构，分析其内部逻辑。4 从逻辑结构分析出发，讨论80286的主要特点，介绍80286的寄存器结构，介绍新增的MSW及多出的标志寄存器的相关位NE和IOPL（针对保护方式）。重点、难点分析：本单元的重点和难点内容有三

6、个方面：（1） 本单元的难点是对微处理器外部引脚和总线时序的理解上。学生往往学到这里就有点不理解，因此讲清引脚信号的根本含义很关键。对于时序的讲解，要强调时序的四个状态各自所完成的大致任务：第一个状态是出地址并锁存，第二个状态撤消地址准备数据，第三个状态是数据在总线上，第四个状态是读写总线上的数据。但必须强调这是一般情况，没有等待的情况，要说清楚何时插入等待周期，为什么要插入等待周期。（2） 80286内部结构及MSW寄存器，尤其是MSW是8086/8088没有的，要重点说明，并指出80386之后尽管没有MSW但其中的各位被32位的CR0取代，包含的含义一致。即掌握MSW各位对微处理器机器状态

7、的认识，对于学好后面各不同微处理器的机器状态的深入学习具有指导意义。习题：2.8 2.10 2.14 2.172.19 2.20 2.21 微机原理与接口技术（2-3） 课堂教学设计教学目标（包括知识和能力方面）： 本单元讲授80386微处理器， 知识点有两个：一是80386的主要特点及内部结构，强调32位的80386与16位8086/80286的主要差别。熟悉32位处理器的结构特点及寄存器结构，结合16位处理器的寄存器特点，理解32位处理器。培养学生分析问题的能力。教学内容及课堂教学设计1 分析80286的结构特征及其存在的问题，引入32位的80386，讨论80386的逻辑结构及内部寄存器结

8、构特点，针对80386新增的工作方式和虚拟86方式，强调80386之后的内存管理方式。2 重点介绍80386寄存器结构，强调32位的80386仍然采用16位的段寄存器，段寄存器的内容在保护方式下的含义不同于8086，并介绍新增的两上段寄存器。3 强调80386之后存储器访问既可以分段，又可以分页，且页的大小是4KB，采用描述符的数据结构来访问存储器的。4 介绍80386引脚信号与总线周期，特别重点介绍M/IO,W/R以及D/C对总线操作类型的影响。指出80386的存储器组织是4个8位存储模块构成的32位存储器形式。让学生对不同微处理器构成的微型计算机有一定认识。重点、难点分析：1.本单元的重点

9、内容有：a) 80386内部结构及CR0和寄存器结构，要让学生掌握CR0各位的含义，特别注意其中之一的PE和PG对存储器寻址方式的影响。b) 80386引脚与总线操作的关系。（3） 本单元的难点是对80386微处理器外部引脚和总线操作的理解上。另外对CR0，CR3等各位的理解有一定难度。习题：2.22 2.23 2.24 2.26微机原理与接口技术（2-4） 课堂教学设计教学目标（包括知识和能力方面）： 本单元讲授80486和Pentium4微处理器， 知识点有较多：一是80486的主要特点和内部结构，二是Pentium的主要特点及内部结构，强调80486与80386的不同点和共同点，强调32

10、位的Pentium与32位80386/80486的主要差别。三是MMX、四是具有36条地址线的Prntium II/III和Pentium4内部结构及特点。让学生通过学习理解处理器发展是随着应用需要而发展的，培养学生用发展眼光看待世界。另外了解最新IA-64结构特征及EPIC技术特点。教学内容及课堂教学设计1 分析80386的结构特点和存在的问题，引入80486的结构，分析其内部逻辑。从逻辑结构分析出发，讨论80486的主要特点。使学生了解80486在80386基础了要解决的主要问题。2 分析80486的结构特征及其存在的问题，引入全新设计的集CISC和RISC与一体的32位的Pentium处

11、理器，讨论Pentium处理器的逻辑结构及其特点。针对Pentium新增的基于RISC的特征，重点分析两条超标量指令流水线及特点。3 说明采用分离型Cache的作用，强调BTB对分支指令预测的贡献，指出内部通用寄存器仍然为32位，但外部数据总线首次采用64位。4 对CR0，FLAGS以及存储器地址方式逐一介绍。5 指出从Pentium开始的处理器具有四种工作方式：实地址方式，保护地址方式，虚拟86方式以及系统管理方式，与第一单元呼应。6 回顾Pentium的结构特点和存在的问题，引入Pentium Pro的特点，强调PRO架构具有三条超标量结构即具有三条指令流水线。7 介绍MMX的特点。8 引

12、入PII处理器，分析其结构特征，三条指令流水线，每条指令流水线有14级。9 介绍PIII是在PII基础上改进的结果，说明其主要特点。10 介绍P4的主要特征，强调P4与其它PII，PIII的本质不同，全新的架构设计。分析P4的内部结构，重点介绍其中的快速引擎，强调指出ALU倍速工作对性能提高的贡献。简介P4的超线程技术。11 对8086到P4作一总结，比较各自的特点。12 介绍Itanium系列处理器的IA-64结构特点，说明当今流行的处理器的发展。重点、难点分析：1 本单元的重点内容有两个方面：a) 80486内部结构及特点。b) Pentium处理器超标量结构的两条指令流水线的工作原理和分

13、支指令预测BTB及其功能。c) Pentium4处理器结构特点及倍速工作的ALU。d) P4的Trace Cache。2 本单元的难点是对Pentium微处理器超标量结构的理解。超标量结构中的两条指令流水线是如何配合工作的过程的理解。习题：2.29 2.30 2.31 2.32 2.33 2.34 2.36 2.37 2.40 2.41 2.42 2.43 2.45微机原理与接口技术（2-5） 课堂教学设计教学目标（包括知识和能力方面）： 本单元在所有处理器介绍完后，详细讨论在实地址方式和保护方式下存储器寻址的方法并给出实例。让学生熟练掌握处理器在不同工作方式下的物理地址的求法。尤其是对保护方

14、式下分段或分段且分页的物理地址求法。是本章重点内容。教学内容及课堂教学设计1 简要分析和回顾处理器的几种工作方式。2 强调任何X86处理器在复位时自己处于实地址方式，引入实地址方式下物理地址的形成方法并给实例说明。物理地址=段地址*16+偏移地址。3 为下面介绍保护方式下的物理地址形成方法，首先引入几个概念：（1） 描述符与选择子，重点介绍段描述符。（2） 描述符表及描述符表寄存器。（3） 段描述符缓冲寄存器及其作用。4 先介绍保护方式下只分段的物理地址形成方法即由逻辑地址到线性地址的转换。强调关键在于寻找段描述符，因为它包括线性地址的段基地址和段界。而找段描述符的关键是段描述符所在描述符表基

15、地址以及段选择子中的索引。5 由线性地址到页地址的转换分页的介绍。说明对于Pentium以后的处理器有两种页的大小：4KB和4MB，通常采用4KB页。页转换采用两次页表变换：一个是页目录表，一个是页表。6 给出三个实例：一个说明实地址方式下如何寻找操作数地址，二是只分段情况下在保护方式下如何寻找操作数地址，三是保护方式下求页的地址。重点、难点分析：1 本单元的重点内容是保护方式下的物理地址求法。在保护方式下物理地址的形成方法是通过段描述符的结构来得到的，由于段描述符描述了段在整个物理存储器中的起始位置（段基址）和确定该段大小的段界以及相关属性。因此在保护方式下寻址至关重要。2 本单元的难点是对保护方式下由线性地址到页地址的转换，这种转换需要进行两次页表的转换，涉及页目录表和页表，用到页目录描述符和页描述符，其中描述了页的基地址。