《微機(jī)原理及應(yīng)用》精品課程教材修訂之探討

李 鵬，文漢云，林 華 趙立輝，雷 鳴， 白 凱

( 長江大學(xué)計算機(jī)科學(xué)學(xué)院，湖北 荊州 434023 )

《微機(jī)原理及應(yīng)用》精品課程教材修訂之探討

李 鵬，文漢云，林 華 趙立輝，雷 鳴， 白 凱

( 長江大學(xué)計算機(jī)科學(xué)學(xué)院，湖北 荊州 434023 )

微型計算機(jī)技術(shù)發(fā)展迅猛，因而必須對《微機(jī)原理及應(yīng)用》課程教材應(yīng)進(jìn)行及時修訂，以便保持該課程高質(zhì)量的教學(xué)水平。闡述了修訂教材的基本設(shè)想、修訂教材的主要內(nèi)容與結(jié)構(gòu)特點，為今后修訂該教材提供參考。

微機(jī)原理及應(yīng)用；精品課程；教材

《微機(jī)原理及應(yīng)用》課程于2004年9月被長江大學(xué)批準(zhǔn)為校級精品課程。通過長江大學(xué)計算機(jī)科學(xué)學(xué)院《微機(jī)原理及應(yīng)用》精品課程建設(shè)組的全體老師的共同努力，于2005年8月公開出版了《微型計算機(jī)技術(shù)及應(yīng)用》教材[1]。隨著微型計算機(jī)技術(shù)特別是微處理器的快速發(fā)展與應(yīng)用，該教材的內(nèi)容也必須要隨之作相應(yīng)修改。為此，該教材編寫組的全體成員對教學(xué)內(nèi)容進(jìn)行不斷改進(jìn)和調(diào)整，并于2010年12月由電子工業(yè)出版社公開出版該修訂教材。下面，筆者對《微機(jī)原理及應(yīng)用》精品課程教材修訂進(jìn)行了探討。

1 教材內(nèi)容修訂

1.116位機(jī)是基礎(chǔ)，32位微機(jī)是重點

沒有16位機(jī)為基礎(chǔ)，對于本科生直接講32位微機(jī)，是不切合微機(jī)發(fā)展的自然規(guī)律的，也是難以實現(xiàn)的。該書由14章組成，除了“并行接口技術(shù)”及“模/數(shù)和數(shù)/模轉(zhuǎn)換技術(shù)”2章外，其余12章都涉及到有關(guān)32位機(jī)的原理。例如，最基本的“微型計算機(jī)的基礎(chǔ)知識”一章，也涉及到了Pentium CPU浮點運算部件的運算基礎(chǔ)，即IEEE 754標(biāo)準(zhǔn)?！拔⑿陀嬎銠C(jī)和外部之間的數(shù)據(jù)傳輸”一章，介紹了32位微處理器采用的I/O編址電路及I/O保護(hù)的概念。

1.2保留實模式下的經(jīng)典內(nèi)容

實模式下的經(jīng)典內(nèi)容是中斷技術(shù)。在實模式下(DOS方式下)，以Intel 8259A為中斷接口芯片，實現(xiàn)微型計算機(jī)與所有外設(shè)并行操作，外設(shè)通過中斷方式與CPU交換數(shù)據(jù)，這是微型計算機(jī)關(guān)于中斷的硬件基礎(chǔ)，不管微型計算機(jī)工作在哪一種工作方式，其中斷的硬件基礎(chǔ)是不變的。雖然實模式與保護(hù)模式下分別轉(zhuǎn)入中斷服務(wù)程序的方式有很大區(qū)別，但都是通過中斷類型碼轉(zhuǎn)換到中斷服務(wù)程序的入口地址，學(xué)生只有了解實模式下的中斷技術(shù)，才能夠容易理解保護(hù)模式下的中斷技術(shù)。

1.3保留經(jīng)典實用的接口技術(shù)

由于大規(guī)模集成技術(shù)的快速發(fā)展，現(xiàn)在的微機(jī)把所有的接口芯片都集成到南橋芯片中了，其集成度相當(dāng)高。例如，南橋芯片82371AB內(nèi)部由下列功能部件組成：PCI總線接口；ISA總線接口；初級IDE接口；中斷控制接口；定時器/計數(shù)器；實時時鐘RTC；DMA控制器；通用串行總線USB；通用目的輸入和輸出接口等。雖然有關(guān)于介紹南橋芯片82371AB的材料，但內(nèi)容過于簡單。由于82371AB芯片內(nèi)部集成了DMA82C37、82C54和82C59A等內(nèi)容，因而要保留DMA82C37、82C54、82C59A、8255A、8250等接口芯片以及USB接口技術(shù)，這樣在教師講解上述知識點的基礎(chǔ)上，最后介紹南橋芯片82371AB，使學(xué)生建立一個完整的接口概念。

一直以來，對于RS-232C接口技術(shù)的開發(fā)應(yīng)用十分廣泛。因此，不僅要保留其接口的基本內(nèi)容，而且要從實用角度出發(fā)，重點介紹一些有關(guān)內(nèi)容，例如，RS-232C電平與TTL電平的轉(zhuǎn)換(MAX232集成芯片)、RS-232C常用的機(jī)械與電氣特性和波特率的設(shè)置等。

1.4保留16位CPU的存儲器接口技術(shù)

Intel公司16位的8086 CPU ，對內(nèi)存可以進(jìn)行8位或16位的尋址，將內(nèi)存分為奇字庫與偶字庫。從32位機(jī)的角度上理解，8086系統(tǒng)將內(nèi)存分為2個存儲體。對于CPU外部為32位數(shù)據(jù)線，其內(nèi)存分為4個存儲體，對于Pentium CPU，外部數(shù)據(jù)線是64位，其內(nèi)存分為8個存儲體。若學(xué)生理解了16位存儲器的內(nèi)容，也能夠理解微機(jī)存儲器系統(tǒng)的組成原理。

1.5保留虛擬存儲器技術(shù)、高速緩存技術(shù)及超標(biāo)量流水線技術(shù)

虛擬存儲器技術(shù)、高速緩存技術(shù)及超標(biāo)量流水線技術(shù)是微型計算機(jī)的重要基礎(chǔ)技術(shù)，因而將涉及到虛擬存儲器技術(shù)和高速緩存技術(shù)的內(nèi)容分為2章介紹，其中虛擬存儲器技術(shù)在新增的“虛擬存儲器技術(shù)及存儲保護(hù)”一章中介紹，而高速緩存技術(shù)在“存儲器系統(tǒng)”一章中介紹，超標(biāo)量流水線技術(shù)則在“32位微處理器Pentium”一章中介紹，這樣可將難點與重點分開。

1.6以Intel公司的IA-32系列微處理器為主線，直接介紹32位指令系統(tǒng)

由于32位CPU兼容了16位機(jī)的所有指令系統(tǒng)，所以，應(yīng)以介紹32位機(jī)的尋址方式與指令系統(tǒng)為主，而以介紹16位CPU的指令系統(tǒng)為輔。

以MASM 6.0為開發(fā)工具，既能介紹完整段匯編語言編程，也能介紹簡化段匯編語言編程，并且都以大量程序例子進(jìn)行說明，這樣便于學(xué)生上機(jī)練習(xí)。最后，介紹WIN32匯編語言集成開發(fā)環(huán)境，并通過實際運行程序來介紹32位匯編語言程序設(shè)計，為學(xué)生提供如何在WINDOS下實現(xiàn)32位匯編語言編程的具體方法。

1.7在“總線與微型計算機(jī)系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)”一章新增多核技術(shù)

多核技術(shù)的主要內(nèi)容是將多個處理器核心集成在一個半導(dǎo)體芯片上，各處理器核心耦合緊密，進(jìn)而構(gòu)成一個多處理器系統(tǒng)。多核心處理器就是基于單個半導(dǎo)體的一個處理器上擁有多個功能相同的處理器核心，這一多處理器系統(tǒng)中的多個處理器核心能夠有效地并行執(zhí)行多個進(jìn)程或線程，可以同時共享系統(tǒng)總線、內(nèi)存等資源。

Intel多核處理器結(jié)構(gòu)發(fā)展很快，分為2個核、4個核以及更多個核，內(nèi)部高速緩存級數(shù)在增加，存儲容量也在增加。因此，應(yīng)從最基礎(chǔ)的知識方面介紹多核技術(shù)，對目前Intel新一代的處理器——Nehalem構(gòu)架的酷睿i5和酷睿i7處理器具有的諸多先進(jìn)特性，要作為重點內(nèi)容介紹。

2 教材結(jié)構(gòu)特點

修訂該教材的原則是保留經(jīng)典內(nèi)容、更新相關(guān)技術(shù)、注重實踐與應(yīng)用、化難為易便于自學(xué)。根據(jù)上述原則，在修訂中應(yīng)做到以下幾點：①總體上以IA-32微處理器為背景，重點介紹微型計算機(jī)的組成結(jié)構(gòu)、指令系統(tǒng)、虛擬存儲器技術(shù)、高速緩沖存儲器技術(shù)及接口技術(shù)等。②詳細(xì)介紹Pentium的3種工作方式，重點闡述保護(hù)方式。在介紹系統(tǒng)寄存器工作的基礎(chǔ)上，詳盡闡述段頁式2級存儲器管理機(jī)制及存儲保護(hù)。③保留DOS下的中斷機(jī)制，新增保護(hù)方式下的中斷原理。此外，介紹了32位I/O端口譯碼技術(shù)并同時引入I/O保護(hù)的內(nèi)容。④全面介紹32位微處理器的基本指令集，也涉及到16位指令系統(tǒng)，徹底改變了先講16位指令集再簡單介紹32位指令的局面。⑤介紹了MASM6.X宏匯編程序下的完整段與簡化段的程序設(shè)計，新增了WIN32匯編語言集成環(huán)境下的32位匯編語言程序設(shè)計，案例豐富，分析透徹，實用性強(qiáng)，便于調(diào)試。⑥鑒于并行打印機(jī)接口與RS-232C串行通信接口的應(yīng)用與開發(fā)十分普遍，詳細(xì)介紹其接口組成、工作原理及開發(fā)技術(shù)。⑦介紹計算機(jī)的系統(tǒng)組成，包括南、北橋芯片組的介紹，使學(xué)生建立微型計算機(jī)的整體概念。南橋芯片中集成了所介紹的82C54、82C59、82C37等接口芯片，為學(xué)生提供一個完整的接口概念。

[1]李華貴,李鵬，文漢云，等.微機(jī)原理與接口技術(shù)[M].北京：電子工業(yè)出版社，2010.

[編輯] 李啟棟

10.3969/j.issn.1673-1409.2011.09.040

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A

1673-1409(2011)09-0125-02