浅谈《微机原理及应用》教学内容的优化

摘要：《微机原理与应用》是电气自动化等电类专业的专业基础课，该文尝试对教学内容进行优化来解决当前教学活动中存在内容多、课时少且某些内容相对过时等问题。

关键词：微机；教学内容；优化

中图分类号：G642文献标识码：A文章编号：1009-3044(2008)35-2419-02

Optimization of Teaching Contents on Principle and Application of Microcomputer

XIE Heng

(Department of Electron Technology，Huizhou University，Huizhou 516007，China)

Abstract: Principle and application of microcomputer is the basic course of electric automation. It is tried to optimize the teaching contents to solve the questions about more contents、less time and out of date.

Key words: microcomputer; teaching contents; optimization

1 引言

《微机原理与应用》是电气自动化等电类专业的专业基础课，这门课的教学目的是培养学生建立系统的整体概念，具有微机应用系统软、硬件开发的初步能力，其中重点培养学生的自学能力和分析问题、解决问题的能力。然而，随着科技的飞速发展，教学中逐渐出现了以下几个矛盾：1) 课程内容与课程学时的不匹配。本课程的内容主要包括三大方面：CPU原理，指令系统、程序设计，接口芯片与应用，具有知识点且相关性不强等特点。目前的教学课时一般为64～72个课时，之中还包括12左右的实验课时，教学行程已经相当紧凑。近年来随着微处理器的不断发展，16位的CPU内容已经无法满足实际需要，所以课本在原有的基础上增加了32位CPU的内容。课程内容增加，而学时不变，导致某些原理无法展开详讲，以致影响了整体的教学效果；2) 其次，某些课程内容相对过时。随着微电子技术的发展，课本中所讲述的一些芯片多数已经不在实际应用，而作为基础的接口芯片，它们的工作原理、初始化编程又是学习接口技术的基础。如何解决这些矛盾，该文将从以下几个方面来讨论。

2 对教学内容的选择

本课程的教学目标是：培养学生的微机应用系统软、硬件开发能力。因此在选择课堂教学内容时应以这个目标为出发点。

首先在讲解CPU原理时应该遵循循序渐近，由浅入深的原则。众所周知，微处理器并不是一下就发展到目前的64位处理器，而是由4位、8位、16位逐步发展起来，其中不断有新的技术应用到处理器的设计里。教学中，应当以新技术的产生与应用为主线，首先介绍4位处理器的结构、指令系统、指令周期、控制部件等内容，再进入对16位处理器的结构及工作原理的讲解，相比4位处理器，不仅在处理字长不同，而且有了更多的寄存器以及采用了流水线技术。因此8086CPU有8个通用寄存器和4个专业寄存器，还有指令队列能使取指和执行可以并行处理，缩短了指令周期，提高了效率。最后再讲述32位处理器，它不仅采用指令流水，而且采用高速缓冲存储器和高速总线带宽，使得指令执行时间缩短及加快数据的处理速度。此外，目前的微处理器发展到双核，以课堂讨论的形式分析双核与单核的工作原理区别在哪？优势在哪？或者在已学习16位和32位处理器的基础上，引导学生自己分析最新CPU的工作原理，设计思想与优势所在，从而可以提高学生的学习主动性，培养独立思考能力。

其次，有目的地对课程内容进行详略之分。注重对工作原理、芯片结构、设计技术的讲述，略讲引脚信号及其功能。例如：对于16位的8086CPU，授课的重点应放在结构原理、工作模式以及主要操作功能等，而CPU引脚信号和功能可以略讲，课后采用习题的方式让学生对这部分内容进行理解和记忆。之后学习32位的80X86系列CPU时，应该略讲结构、总线等内容，让学生自学这部分内容。在课堂上详细讲解实地址方式、保护方式及存储器管理等，因为这些是8086CPU所不具有的技术。对于接口芯片，详讲芯片内部结构、工作方式、初始化编程，略讲芯片引脚，此外结合同种应用的新芯片的发展，讲述在芯片设计上的变化，以及应用于实际电路有何优点。例如：在自动控制系统中应用最为广泛的数/模转换器，一般课本均以DAC0832作为示例讲解，但是随着微电子技术的迅速发展，DAC0832在工作电压、输出通道、输出类型、接口方式上等方面已经落后当前的发展，所以很少应用于实际中。因此，在讲解这部分内容时，重点先放在数/模转换器的工作原理，其次是DAC0832的结构和工作方式。最后，选取目前通用的数/模转换器如DAC5573IPW与DAC0832相比较，它的优势在哪？如它的输出类型是电压，不需像DAC0832外加运算放大器将电流信号转换为电压信号；它的输出通道是4通道，工作电压为2.7～5.5V，还有接口方式是通用的12C接口电路等。

3 教学手段的多样化

3.1 采用powerpoint演示图表

Powerpoint具有制作简单，结构分明，条理清晰等特点，因此目前教学上大多采用powerpoint制作课件。基于本门课的特点，图表比起文字更直观，更能阐明问题，因此《微机原理与应用》的课件采用powerpoint制作课件时要侧重对图及表的演示，简单配以少数文字作为说明。例：在讲述数据传送指令MOV时，对于源操作数和目的操作数分别有各自的定义，如果让学生机械地去记忆，会造成学生概念上的混乱，但将数据传送方向作成示意图放在powerpoint中演示，则会起到事倍功半的效果。其次，在讲解移位指令时，只需把移位变化前后的图放入课件中，不必有文字，学生就能很好地理解。

3.2 引入flash动画制作

Flash具有小而精，作品无级缩放不变形等特点，最重要的是能将图、文、音、视、动、色等六大要素通过不同组合展现强大的表现力。因此利用flash技术可以对信息进行重现，同时，使用新的时空观念展现事物发展过程，能有效地揭示事物或事件的实质[4]。学生在学习微机系统的过程中，对于数据、指令的存储过程，指令的执行过程非常模糊。因为从基本电路部件到整个处理器的过程需要有一个展示过程，所以在这里我们可以选用flash来完成这个过程的重构。如图1所示，图中清晰展现微处理器简化结构的组成，通过动画的切换，学生可以了解取指过程，执行过程中控制字的变化，以及内部总线中数据的流向。

输入/输出接口电路是计算机的重要组成部分，也是微机原理的另一个重点内容。接口电路完成微机与外部设备通信，与外部设备交换信息，都需要有接口芯片来完成。接口芯片的工作原理、工作过程如果单用文字或图片讲述，很难清楚理解。因此我们同样采用flash来演示这个动态过程。如图2。

3.3 部分章节引入双语教学

例如：在讲述8086CPU的引脚图时，发现引脚不仅多，而且都是英文缩写，怎么记住这些引脚名称与功能呢？在课堂上就是要讲清每个引脚的英文全称，例如，INTR引脚的英文全称为interrup request，意思是中断请求，那么学生就很容易理解这个引脚输入的是可屏蔽中断请求信号。同样的，INTA引脚的全称为interrupt acknowledge，直接可以翻译成是中断承认，通过学习，学生就会很轻松地记住这个引脚输出中断响应信号，而与相似的INTR相区分。这个过程不仅能帮助对课程更好的理解与记忆，而且可以提高学生的专业英语能力。

4 结束语

通过对教学内容的优化，可以对课本内容进行有目的的选择，通过对教学手段的多样化，能让学生课堂有限的时间里更好地掌握软、硬件的基本知识，培养设计开发能力及独立思考能力。通过实践表明，整体教学效果有所提高，学生分析问题、解决问题的能力也相应地提高。

参考文献：

[1] 郑学坚. 微型计算机原理及应用[M]. 3版. 北京：清华大学出版社，2001.

[2] 安伦. 对《微机原理与应用》课程教学的几点思索[J]. 职业技术，2007，24：20.

[3] 徐大诚. 微机系列课程体系的模块式构建[J]. 电气电子教学学报，2003，25(1):1-21.

[4] 李振亭. 多媒体课件设计理论与实践[M]. 北京：清华大学出版社，2005，21-22.