微機原理與接口技術(shù)課程教學(xué)改革與探索

《微機原理與接口技術(shù)》課程是我院電氣、自動(dòng)化、測控等專(zhuān)業(yè)的一門(mén)非常重要的專(zhuān)業(yè)基礎課，在整個(gè)課程體系中，起到承上啟下的作用。首先，其是以電路、數電、模電等課程為先導課程，而其又為后續的單片機、PLC、ARM等課程奠定基礎。
課程開(kāi)始之初，主要是介紹微型計算機底層硬件部分知識，內容抽象復雜又相互關(guān)聯(lián)，繼而學(xué)習匯編語(yǔ)言這種底層編程語(yǔ)言時(shí)，由于前期學(xué)習過(guò)更容易理解的C 語(yǔ)言，學(xué)生普遍反映該課程難度較大，失去信心。而目前的實(shí)驗模式，大都采用實(shí)驗箱完成，由于實(shí)驗場(chǎng)所的限制以及實(shí)驗箱線(xiàn)路和芯片的固化，使得學(xué)生進(jìn)行系統調試極為不便，也限制了學(xué)生的創(chuàng )新能力。
由于微處理器的發(fā)展已進(jìn)入64 位的時(shí)代，而傳統的微機課程仍是介紹16 位的微處理器及其配套的接口芯片，且這些早已不在實(shí)際工程中使用，使得理論和實(shí)踐有嚴重的脫節。此外，該課程在教學(xué)過(guò)程中不可避免地出現和先導及后續課程知識點(diǎn)重復的情況，也反映了其與相關(guān)課程銜接不緊密的問(wèn)題。
針對上述問(wèn)題，如何提高學(xué)生學(xué)習興趣，改善實(shí)驗環(huán)境，突出課程重點(diǎn)，奠定后續課程理論基礎，是該課程改革與探索的重要目標。
1 教學(xué)內容及方式改革
1.1 知識點(diǎn)與其他課程重疊部分的處理
微機原理與接口技術(shù)教學(xué)內容可分為三大部分：微機原理及In8086 系列微處理器、指令系統及匯編語(yǔ)言程序設計、接口技術(shù)，其中前兩部分和其他課程有較多相重疊部分，因而在本課程的教學(xué)過(guò)程中，偏重應有所取舍，避免知識點(diǎn)的重復。
微機原理部分，其中有關(guān)數制及轉換、符號數的編碼、非數值數據的編碼（BCD 碼、ASCII 碼等）在我院的計算機應用基礎、計算機語(yǔ)言與程序設計基礎、數字電子技術(shù)等先導課程中，都有所涉及。因而，可用較短的學(xué)時(shí)（1 學(xué)時(shí)左右）, 引導學(xué)生對這部分內容進(jìn)行回顧，做到前后知識點(diǎn)的有機結合。在該內容的教學(xué)過(guò)程中，首先重點(diǎn)應放在馮• 諾依曼結構計算機的基本工作原理上，因為無(wú)論當今技術(shù)如何變化，但計算機的體系結構沒(méi)有發(fā)生本質(zhì)改變。
指令系統及匯編語(yǔ)言程序設計部分，考慮到這部分知識在微機和單片機課程都有所涉及，但又有一定的不同，我院?jiǎn)纹瑱C課程已取消匯編語(yǔ)言程序設計內容的授課。匯編語(yǔ)言是接近機器語(yǔ)言的代碼，通過(guò)匯編語(yǔ)言能夠更好地理解硬件工作的原理，因此在微機課程中指令系統的學(xué)習只要學(xué)生掌握常使用的指令，此時(shí)的教學(xué)目標是學(xué)生能對匯編有一個(gè)整體理解和掌握，能讀懂匯編程序或者能編寫(xiě)簡(jiǎn)短的匯編程序即可，在后續單片機課程中，可以著(zhù)重訓練學(xué)生用語(yǔ)言進(jìn)行程序設計的能力。
1.2 仿真軟件在教學(xué)過(guò)程的應用
隨著(zhù)計算機技術(shù)的發(fā)展，In8086 系列微處理器早已退出實(shí)際工程應用的舞臺，但由于8086 處理器的架構和指令較便于初學(xué)者學(xué)習，因而至今各高校仍以該系列微處理器為教學(xué)模型，但這卻造成了教師難于進(jìn)行課程實(shí)驗的困境。隨著(zhù)仿真技術(shù)的發(fā)展，基于虛擬平臺的實(shí)驗方式將很好地解決這一問(wèn)題。目前PC 機的操作系統大多為Win7 以上版本，通過(guò)安裝虛擬機運行MASM5.0 等匯編軟件方式較復雜，且僅匯編軟件的學(xué)習無(wú)法做到對硬件系統的熟悉。
結合目前情況，我院在教學(xué)中結合EMU8086 和Proteus開(kāi)展微機原理與接口技術(shù)課程配套的實(shí)驗教學(xué)取得良好的效果。具體教學(xué)過(guò)程中，在介紹8086 指令系統時(shí)，該部分涉及到微處理器內部寄存器、存儲器組織等抽象的內容，此時(shí)利用EMU8086 進(jìn)行教學(xué)，學(xué)生借助調試器中的單步或連續執行程序功能，可以觀(guān)察到每個(gè)寄存器、標志位及存儲器中的動(dòng)態(tài)變化，較為直觀(guān)。課程后期，在介紹微機接口芯片，如825，8253，DAC0832,ADC0809 等時(shí)， 可將EMU8086 和Proteus結合起來(lái)，先在Proteus 中建立系統的硬件原理圖，然后在EMU8086 中進(jìn)行匯編語(yǔ)言程序的編寫(xiě)和調試，將生成的可執行文件導入到Proteus 的8086 中，這種聯(lián)合仿真方式可加強學(xué)生對芯片的使用方法及電路的理解，解決了課程實(shí)踐困難的問(wèn)題。
2 考核內容及方式改革
電氣、自動(dòng)化、測控等專(zhuān)業(yè)微機原理課程的考核應更注于考察學(xué)生對微型計算機基本體系概念的理解，以及一些重要的接口芯片的應用，對學(xué)生利用匯編語(yǔ)言編寫(xiě)程序能力的要求適當降低。
2.1 弱化對記憶性知識的考察
在實(shí)際的教學(xué)過(guò)程中， 比如微型計算機工作原理、In8086 微處理器、指令系統，這些內容涉及到大量的硬件和軟件知識，信息量大且理論性強、抽象，學(xué)生往往感覺(jué)難以消化。因而在考核該部分知識點(diǎn)的時(shí)候，應弱化相關(guān)記憶的內容。
以8086CPU 的尋址方式為例，其中存儲器尋址可根據其偏移地址的不同形式劃分為五類(lèi)，以往考試，在填空題或是選擇題中，讓學(xué)生寫(xiě)出或是選出具體尋址方式名稱(chēng)，學(xué)生記憶非常困難。而事實(shí)上，對于這部分知識的理解，沒(méi)有必要考察到如此細致的地步。此外，對于一些常用接口芯片，重點(diǎn)放在其應用的考察，而非內部結構。
2.2 淡化對匯編語(yǔ)言編程能力的考察
目前計算機系統中的軟件大多采用語(yǔ)言編寫(xiě)，僅少量應用匯編語(yǔ)言編寫(xiě)，但匯編語(yǔ)言編程卻有助于學(xué)生理解微型計算機的基本原理及其工作流程，因而，教師授課時(shí)仍應以匯編語(yǔ)言為主，但重點(diǎn)是引導學(xué)生去理解匯編語(yǔ)言的工作原理。
從我院電氣、自動(dòng)化、測控等專(zhuān)業(yè)的教學(xué)計劃來(lái)看，學(xué)生在一年級時(shí)已修完C 語(yǔ)言程序設計課程；微機原理與單片機課程的開(kāi)設時(shí)間相接近，單片機程序設計的授課是基于C 語(yǔ)言的；此外，后期學(xué)生在從事大學(xué)生創(chuàng )新項目、畢業(yè)設計任務(wù)時(shí)，也更普遍傾向于使用更易理解的C，C++ 等語(yǔ)言。
根據這種情況，考試出題時(shí)，有意識的淡化對匯編語(yǔ)言編程能力的考察，將以往一些匯編語(yǔ)言的編程題改為程序閱讀題，要求學(xué)生能讀懂匯編程序即可。
針對目前我院微機原理與接口技術(shù)的教學(xué)現狀，通過(guò)以上對該課程教學(xué)內容、考核內容及方式的改革，教學(xué)實(shí)踐表明，該教學(xué)及考核方式更有效、更合理的，教學(xué)效果得到很大提高。