微機(jī)原理與接口技術(shù)課程教學(xué)改革與探索

《微機(jī)原理與接口技術(shù)》課程是我院電氣、自動(dòng)化、測(cè)控等專業(yè)的一門非常重要的專業(yè)基礎(chǔ)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(shù)電、模電等課程為先導(dǎo)課程，而其又為后續(xù)的單片機(jī)、PLC、ARM等課程奠定基礎(chǔ)。
課程開始之初，主要是介紹微型計(jì)算機(jī)底層硬件部分知識(shí)，內(nèi)容抽象復(fù)雜又相互關(guān)聯(lián)，繼而學(xué)習(xí)匯編語(yǔ)言這種底層編程語(yǔ)言時(shí)，由于前期學(xué)習(xí)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(yàn)?zāi)Ｊ?，大都采用?shí)驗(yàn)箱完成，由于實(shí)驗(yàn)場(chǎng)所的限制以及實(shí)驗(yàn)箱線路和芯片的固化，使得學(xué)生進(jìn)行系統(tǒng)調(diào)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(tǒng)的微機(jī)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(yán)重的脫節(jié)。此外，該課程在教學(xué)過(guò)程中不可避免地出現(xiàn)和先導(dǎo)及后續(xù)課程知識(shí)點(diǎn)重復(fù)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(duì)上述問(wèn)題，如何提高學(xué)生學(xué)習(xí)興趣，改善實(shí)驗(yàn)環(huán)境，突出課程重點(diǎn)，奠定后續(xù)課程理論基礎(chǔ)，是該課程改革與探索的重要目標(biāo)。
1 教學(xué)內(nèi)容及方式改革
1.1 知識(shí)點(diǎn)與其他課程重疊部分的處理
微機(jī)原理與接口技術(shù)教學(xué)內(nèi)容可分為三大部分：微機(jī)原理及Intel8086 系列微處理器、指令系統(tǒng)及匯編語(yǔ)言程序設(shè)計(jì)、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(yīng)有所取舍，避免知識(shí)點(diǎn)的重復(fù)。
微機(jī)原理部分，其中有關(guān)數(shù)制及轉(zhuǎn)換、符號(hào)數(shù)的編碼、非數(shù)值數(shù)據(jù)的編碼（BCD 碼、ASCII 碼等）在我院的計(jì)算機(jī)應(yīng)用基礎(chǔ)、計(jì)算機(jī)語(yǔ)言與程序設(shè)計(jì)基礎(chǔ)、數(shù)字電子技術(shù)等先導(dǎo)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(dǎo)學(xué)生對(duì)這部分內(nèi)容進(jìn)行回顧，做到前后知識(shí)點(diǎn)的有機(jī)結(jié)合。在該內(nèi)容的教學(xué)過(guò)程中，首先重點(diǎn)應(yīng)放在馮• 諾依曼結(jié)構(gòu)計(jì)算機(jī)的基本工作原理上，因?yàn)闊o(wú)論當(dāng)今技術(shù)如何變化，但計(jì)算機(jī)的體系結(jié)構(gòu)沒(méi)有發(fā)生本質(zhì)改變。
指令系統(tǒng)及匯編語(yǔ)言程序設(shè)計(jì)部分，考慮到這部分知識(shí)在微機(jī)和單片機(jī)課程都有所涉及，但又有一定的不同，我院?jiǎn)纹瑱C(jī)課程已取消匯編語(yǔ)言程序設(shè)計(jì)內(nèi)容的授課。匯編語(yǔ)言是最接近機(jī)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(jī)課程中指令系統(tǒng)的學(xué)習(xí)只要學(xué)生掌握常使用的指令，此時(shí)的教學(xué)目標(biāo)是學(xué)生能對(duì)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簡(jiǎn)短的匯編程序即可，在后續(xù)單片機(jī)課程中，可以著重訓(xùn)練學(xué)生用高級(jí)語(yǔ)言進(jìn)行程序設(shè)計(jì)的能力。
1.2 仿真軟件在教學(xué)過(guò)程的應(yīng)用
隨著計(jì)算機(jī)技術(shù)的發(fā)展，Intel8086 系列微處理器早已退出實(shí)際工程應(yīng)用的舞臺(tái)，但由于8086 處理器的架構(gòu)和指令較便于初學(xué)者學(xué)習(xí)，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(yàn)的困境。隨著仿真技術(shù)的發(fā)展，基于虛擬平臺(tái)的實(shí)驗(yàn)方式將很好地解決這一問(wèn)題。目前PC 機(jī)的操作系統(tǒng)大多為Win7 以上版本，通過(guò)安裝虛擬機(jī)運(yùn)行MASM5.0 等匯編軟件方式較復(fù)雜，且僅匯編軟件的學(xué)習(xí)無(wú)法做到對(duì)硬件系統(tǒng)的熟悉。
結(jié)合目前情況，我院在教學(xué)中結(jié)合EMU8086 和Proteus開展微機(jī)原理與接口技術(shù)課程配套的實(shí)驗(yàn)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(tǒng)時(shí)，該部分涉及到微處理器內(nèi)部寄存器、存儲(chǔ)器組織等抽象的內(nèi)容，此時(shí)利用EMU8086 進(jìn)行教學(xué)，學(xué)生借助調(diào)試器中的單步或連續(xù)執(zhí)行程序功能，可以觀察到每個(gè)寄存器、標(biāo)志位及存儲(chǔ)器中的動(dòng)態(tài)變化，較為直觀。課程后期，在介紹微機(jī)接口芯片，如8255A，8253，DAC0832,ADC0809 等時(shí)， 可將EMU8086 和Proteus結(jié)合起來(lái)，先在Proteus 中建立系統(tǒng)的硬件原理圖，然后在EMU8086 中進(jìn)行匯編語(yǔ)言程序的編寫和調(diào)試，將生成的可執(zhí)行文件導(dǎo)入到Proteus 的8086 中，這種聯(lián)合仿真方式可加強(qiáng)學(xué)生對(duì)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(nèi)容及方式改革
電氣、自動(dòng)化、測(cè)控等專業(yè)微機(jī)原理課程的考核應(yīng)更注于考察學(xué)生對(duì)微型計(jì)算機(jī)基本體系概念的理解，以及一些重要的接口芯片的應(yīng)用，對(duì)學(xué)生利用匯編語(yǔ)言編寫程序能力的要求適當(dāng)降低。
2.1 弱化對(duì)記憶性知識(shí)的考察
在實(shí)際的教學(xué)過(guò)程中， 比如微型計(jì)算機(jī)工作原理、Intel8086 微處理器、指令系統(tǒng)，這些內(nèi)容涉及到大量的硬件和軟件知識(shí)，信息量大且理論性強(qiáng)、抽象，學(xué)生往往感覺(jué)難以消化。因而在考核該部分知識(shí)點(diǎn)的時(shí)候，應(yīng)弱化相關(guān)記憶的內(nèi)容。
以8086CPU 的尋址方式為例，其中存儲(chǔ)器尋址可根據(jù)其偏移地址的不同形式劃分為五類，以往考試，在填空題或是選擇題中，讓學(xué)生寫出或是選出具體尋址方式名稱，學(xué)生記憶非常困難。而事實(shí)上，對(duì)于這部分知識(shí)的理解，沒(méi)有必要考察到如此細(xì)致的地步。此外，對(duì)于一些常用接口芯片，重點(diǎn)放在其應(yīng)用的考察，而非內(nèi)部結(jié)構(gòu)。
2.2 淡化對(duì)匯編語(yǔ)言編程能力的考察
目前計(jì)算機(jī)系統(tǒng)中的軟件大多采用高級(jí)語(yǔ)言編寫，僅少量應(yīng)用匯編語(yǔ)言編寫，但匯編語(yǔ)言編程卻有助于學(xué)生理解微型計(jì)算機(jī)的基本原理及其工作流程，因而，教師授課時(shí)仍應(yīng)以匯編語(yǔ)言為主，但重點(diǎn)是引導(dǎo)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(cè)控等專業(yè)的教學(xué)計(jì)劃來(lái)看，學(xué)生在一年級(jí)時(shí)已修完C 語(yǔ)言程序設(shè)計(jì)課程；微機(jī)原理與單片機(jī)課程的開設(shè)時(shí)間相接近，單片機(jī)程序設(shè)計(jì)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(xiàng)目、畢業(yè)設(shè)計(jì)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(jù)這種情況，考試出題時(shí)，有意識(shí)的淡化對(duì)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(duì)目前我院微機(jī)原理與接口技術(shù)的教學(xué)現(xiàn)狀，通過(guò)以上對(duì)該課程教學(xué)內(nèi)容、考核內(nèi)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。