• 名称:微型计算机原理与接口技术课程-哈工大
  • 分类:考研专业课
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  • 时间:2025-01-18 21:21

《微型计算机原理与接口技术》课程简介
一、课程概述
《微型计算机原理与接口技术》是计算机类、电子信息类等专业的一门核心专业基础课程,它是连接计算机硬件和软件的重要桥梁。该课程旨在让学生深入理解微型计算机的基本工作原理,掌握微型计算机硬件系统的组成结构,以及各种接口技术的原理和应用,为后续深入学习计算机系统设计、嵌入式系统开发、计算机控制等课程打下坚实的基础,同时也为从事计算机硬件开发、系统维护、嵌入式系统开发等工作提供必要的知识储备。
二、课程目标
知识目标:
让学生掌握微型计算机的基本组成和工作原理,包括中央处理器(CPU)、存储器、输入 / 输出系统等核心部件的结构、功能和工作过程。
使学生熟悉计算机内部数据的表示、运算和存储方式,如二进制、十进制、十六进制的转换,以及数据的算术运算和逻辑运算。
学生将了解并掌握微型计算机的指令系统,包括指令的格式、分类、寻址方式和执行过程,理解程序设计的基本原理和方法。
使学生熟悉常用接口芯片的功能、工作原理和编程方法,包括并行接口、串行接口、中断控制器、定时器 / 计数器、DMA 控制器等。
能力目标:
具备对微型计算机硬件系统进行分析、组装和调试的能力,能够根据实际需求设计简单的计算机系统或接口电路。
能够运用汇编语言和高级语言(如 C 语言)进行程序设计,实现对微型计算机硬件的控制和数据处理。
培养学生解决微型计算机系统中常见硬件和软件问题的能力,包括硬件故障诊断、接口故障排除等。
提高学生对复杂的硬件系统和接口电路进行优化和性能提升的能力,能够在给定的性能和资源限制下,设计出高效的硬件系统和接口方案。
三、课程内容
微型计算机系统基础:
计算机的发展历程:回顾微型计算机的发展历史,从早期的微处理器到现代高性能微处理器,了解其演变过程和技术创新的推动因素。
微型计算机的基本组成:详细介绍微处理器、内存储器、I/O 接口和系统总线的组成和功能,通过系统框图和实例分析,使学生理解各部件之间的联系和数据传输机制。
计算机中的数制与编码:深入学习二进制、八进制、十进制、十六进制的转换方法,以及计算机中的原码、反码、补码表示,理解 ASCII 码、BCD 码等常用编码方式,掌握数据在计算机中的存储和运算规则。
微处理器与指令系统:
微处理器的结构和功能:以典型的微处理器(如 Intel 8086/8088、ARM 等)为例,剖析其内部结构,包括寄存器组、算术逻辑单元(ALU)、控制器等,理解其工作模式和控制信号的作用。
指令系统:详细讲解微处理器的指令集,包括数据传送指令、算术运算指令、逻辑运算指令、控制转移指令等,通过汇编语言程序实例,让学生理解指令的功能和使用方法。
汇编语言程序设计基础:介绍汇编语言的基本语法、程序结构和编程环境,包括伪指令、程序段的定义、数据定义等,通过编程实例让学生掌握汇编语言的程序设计流程和调试方法。
存储器系统:
半导体存储器:介绍随机存取存储器(RAM)和只读存储器(ROM)的工作原理、分类和性能指标,学习如何扩展存储容量,掌握存储芯片的选择和连接方法。
高速缓冲存储器(Cache):讲解 Cache 的基本原理、映射方式和替换策略,理解 Cache 在提高计算机系统性能中的重要作用。
虚拟存储器:介绍虚拟存储的概念、工作原理和实现方法,让学生了解操作系统如何管理内存和外存,实现虚拟存储功能。
输入 / 输出接口技术:
接口的基本概念:阐述接口的功能、分类和接口电路的基本结构,理解接口电路在计算机系统中的地位和作用。
并行接口:以可编程并行接口芯片(如 8255A)为例,讲解其内部结构、工作方式和编程方法,通过实验和实例,让学生掌握并行数据传输的原理和应用。
串行接口:学习串行通信的基本概念、数据格式和通信协议,以可编程串行接口芯片(如 8251A)为例,掌握串行接口的编程和应用。
中断系统:深入理解中断的概念、中断源、中断向量和中断处理过程,以可编程中断控制器(如 8259A)为例,学习中断系统的编程和应用,掌握中断服务程序的设计和调试方法。
定时器 / 计数器:以可编程定时器 / 计数器芯片(如 8253/8254)为例,讲解其工作原理和编程方法,了解定时器 / 计数器在计算机系统中的多种应用,如定时控制、频率测量等。
DMA 控制器:介绍直接存储器访问(DMA)的概念、工作原理和应用,以可编程 DMA 控制器(如 8237A)为例,学习 DMA 控制器的编程和使用,理解其在高速数据传输中的优势。
总线技术:
系统总线概述:介绍系统总线的概念、分类和性能指标,包括数据总线、地址总线和控制总线的功能和特点。
常用系统总线标准:学习 ISA 总线、PCI 总线、USB 总线等常见系统总线标准,了解其特点、引脚功能和应用场景,掌握系统总线的扩展和接口设计方法。
四、课程特色
系统性和实用性:课程内容涵盖微型计算机系统的各个方面,从硬件组成到接口技术,形成一个完整的系统,同时注重实际应用,通过大量的实例和实验,让学生将理论知识应用到实际问题的解决中。
实验教学结合:配合课程内容设置一系列实验课程,包括硬件组装、接口电路设计与调试、汇编语言程序设计等,使学生在实践中加深对理论知识的理解,培养学生的动手能力和实践操作技能。
软硬结合:既涉及硬件系统和接口电路的设计与分析,又结合汇编语言程序设计,让学生掌握如何通过软件编程来控制硬件,使学生对计算机系统有更全面的认识。
前沿技术拓展:在讲授经典内容的基础上,适当引入微型计算机技术的前沿发展,如多核处理器、嵌入式微处理器等,拓宽学生的视野,激发学生的创新思维。