微机原理与接口技术教案-2010年版

《微机原理与接口技术》课程教案武汉理工大学自动化学院第1课次授课计划基本内容:①课程性质及内容介绍、先修课程及参考书目②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、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）、I／O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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？《微机原理与接口技术》课程教案编制：黄珍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、反码和补码之间的转换课堂练习补码加减运算补码加减运算规则[X±Y]补=[X]补±[Y]补例题分析[例1]X=-0110100B，Y=+1110100B，求X+Y=？[例2]X=-56，Y=-17，求X-Y=？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[X±Y]原[[X±Y]补]补溢出判断例题分析[例3]X=-62H，Y=-3BH，求X+Y=？[例4]X=-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、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2~6题自行练习。课后记载:《微机原理与接口技术》课程教案武汉理工大学自动化学院第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）2.18086CPU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：[X±Y]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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？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课堂练习：用BCD码计算94+7=101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。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。《微机原理与接口技术》课程教案编制：黄珍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/0~9（30H~39H）/a~z（61H~7AH）/A~Z（41H~5AH）数的定点和浮点表示定点表示：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。28086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。2.18086CPU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。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8086CPU的内部结构(基于图2.18086CPU的内部结构框图讲解)BIU（BusInterfaceUnit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（ExecutionUnit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8086CPU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8086CPU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：BCD、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Intel8086／8088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7~10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:《微机原理与接口技术》课程教案武汉理工大学自动化学院第3课次授课计划基本内容:第2章8086体系结构（1）2.18086CPU结构（内部结构+寄存器结构+管脚与功能）目的要求:熟练掌握8086CPU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；熟练掌握物理地址的形成方式；（重点）难点:8086CPU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）16B.（152）10C.（10011001）2D.（227）82．二进制数10.11101B写成浮点数形式是D。错解：A（2人）、B（1人）A.1011101×10-5B.1011101×2-1000C.1.011101×10+1D.1.011101×2+00013.设x＝-46，y＝117，则[x-y]补和[x+y]补分别等于B。错解：D（2人）A.D2H和75HB.5DH和47HC.2EH和71HD.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.0～255B.0～256C.-127～127D.-128～1275．利用二进制补码完成有符号数加法运算：(16)+(-32)[16]补=00010000B[-32]原=10100000B[-32]补=11100000B所以：[16-32]补=[16]补+[-32]补=00010000B+11100000B=11110000B(16)+(-32)=[11110000B]补=10010000B=-16出错之处：1）直接用原码相加；2）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8086CPU的内部结构：BIU+EU（功能和组成）8086CPU的流水线工作方式《微机原理与接口技术》课程教案编制：黄珍新课讲授28086体系结构2.18086CPU结构8086CPU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。课堂练习：巩固牢记标志寄存器各位的含义。8086CPU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2.28086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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。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）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:《微机原理与接口技术》课程教案武汉理工大学自动化学院第4课次授课计划基本内容:第2章8086体系结构（2）2.28086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8086CPU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8086CPU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8086CPU的内部结构：BIU+EU8086CPU的寄存器结构8086CPU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28086体系结构2.18086CPU结构8086CPU的管脚讲清楚地址/数据线复用的问题，强调不得以而为之2.28086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）：①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