微機原理與接口技術課程教學改革與探索

《微機原理與接口技術》課程是我院電氣、自動化、測控等專業的一門非常重要的專業基礎課，在整個課程體系中，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聯，繼而學習匯編語言這種底層編程語言時，由于前期學習過更容易理解的C 語言，學生普遍反映該課程難度較大，失去信心。而目前的實驗模式，大都采用實驗箱完成，由于實驗場所的限制以及實驗箱線路和芯片的固化，使得學生進行系統調試極為不便，也限制了學生的創新能力。
由于微處理器的發展已進入64 位的時代，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，且這些早已不在實際工程中使用，使得理論和實踐有嚴重的脫節。此外，該課程在教學過程中不可避免地出現和先導及后續課程知識點重復的情況，也反映了其與相關課程銜接不緊密的問題。
針對上述問題，如何提高學生學習興趣，改善實驗環境，突出課程重點，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 教學內容及方式改革
1.1 知識點與其他課程重疊部分的處理
微機原理與接口技術教學內容可分為三大部分：微機原理及In8086 系列微處理器、指令系統及匯編語言程序設計、接口技術，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過程中，偏重應有所取舍，避免知識點的重復。
微機原理部分，其中有關數制及轉換、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、計算機語言與程序設計基礎、數字電子技術等先導課程中，都有所涉及。因而，可用較短的學時（1 學時左右）, 引導學生對這部分內容進行回顧，做到前后知識點的有機結合。在該內容的教學過程中，首先重點應放在馮• 諾依曼結構計算機的基本工作原理上，因為無論當今技術如何變化，但計算機的體系結構沒有發生本質改變。
指令系統及匯編語言程序設計部分，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，我院單片機課程已取消匯編語言程序設計內容的授課。匯編語言是接近機器語言的代碼，通過匯編語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習只要學生掌握常使用的指令，此時的教學目標是學生能對匯編有一個整體理解和掌握，能讀懂匯編程序或者能編寫簡短的匯編程序即可，在后續單片機課程中，可以著重訓練學生用語言進行程序設計的能力。
1.2 仿真軟件在教學過程的應用
隨著計算機技術的發展，In8086 系列微處理器早已退出實際工程應用的舞臺，但由于8086 處理器的架構和指令較便于初學者學習，因而至今各高校仍以該系列微處理器為教學模型，但這卻造成了教師難于進行課程實驗的困境。隨著仿真技術的發展，基于虛擬平臺的實驗方式將很好地解決這一問題。目前PC 機的操作系統大多為Win7 以上版本，通過安裝虛擬機運行MASM5.0 等匯編軟件方式較復雜，且僅匯編軟件的學習無法做到對硬件系統的熟悉。
結合目前情況，我院在教學中結合EMU8086 和Proteus開展微機原理與接口技術課程配套的實驗教學取得良好的效果。具體教學過程中，在介紹8086 指令系統時，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，此時利用EMU8086 進行教學，學生借助調試器中的單步或連續執行程序功能，可以觀察到每個寄存器、標志位及存儲器中的動態變化，較為直觀。課程后期，在介紹微機接口芯片，如825，8253，DAC0832,ADC0809 等時， 可將EMU8086 和Proteus結合起來，先在Proteus 中建立系統的硬件原理圖，然后在EMU8086 中進行匯編語言程序的編寫和調試，將生成的可執行文件導入到Proteus 的8086 中，這種聯合仿真方式可加強學生對芯片的使用方法及電路的理解，解決了課程實踐困難的問題。
2 考核內容及方式改革
電氣、自動化、測控等專業微機原理課程的考核應更注于考察學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，對學生利用匯編語言編寫程序能力的要求適當降低。
2.1 弱化對記憶性知識的考察
在實際的教學過程中， 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，學生往往感覺難以消化。因而在考核該部分知識點的時候，應弱化相關記憶的內容。
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，以往考試，在填空題或是選擇題中，讓學生寫出或是選出具體尋址方式名稱，學生記憶非常困難。而事實上，對于這部分知識的理解，沒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，重點放在其應用的考察，而非內部結構。
2.2 淡化對匯編語言編程能力的考察
目前計算機系統中的軟件大多采用語言編寫，僅少量應用匯編語言編寫，但匯編語言編程卻有助于學生理解微型計算機的基本原理及其工作流程，因而，教師授課時仍應以匯編語言為主，但重點是引導學生去理解匯編語言的工作原理。
從我院電氣、自動化、測控等專業的教學計劃來看，學生在一年級時已修完C 語言程序設計課程；微機原理與單片機課程的開設時間相接近，單片機程序設計的授課是基于C 語言的；此外，后期學生在從事大學生創新項目、畢業設計任務時，也更普遍傾向于使用更易理解的C，C++ 等語言。
根據這種情況，考試出題時，有意識的淡化對匯編語言編程能力的考察，將以往一些匯編語言的編程題改為程序閱讀題，要求學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的教學現狀，通過以上對該課程教學內容、考核內容及方式的改革，教學實踐表明，該教學及考核方式更有效、更合理的，教學效果得到很大提高。