微机原理与接口技术课程教学改革与探索

《微机原理与接口技术》课程是我院电气、自动化、测控等专业的一门非常重要的专业基础课，在整个课程体系中，起到承上启下的作用。首先，其是以电路、数电、模电等课程为先导课程，而其又为后续的单片机、PLC、ARM等课程奠定基础。
课程开始之初，主要是介绍微型计算机底层硬件部分知识，内容抽象复杂又相互关联，继而学习汇编语言这种底层编程语言时，由于前期学习过更容易理解的C 语言，学生普遍反映该课程难度较大，失去信心。而目前的实验模式，大都采用实验箱完成，由于实验场所的限制以及实验箱线路和芯片的固化，使得学生进行系统调试极为不便，也限制了学生的创新能力。
由于微处理器的发展已进入64 位的时代，而传统的微机课程仍是介绍16 位的微处理器及其配套的接口芯片，且这些早已不在实际工程中使用，使得理论和实践有严重的脱节。此外，该课程在教学过程中不可避免地出现和先导及后续课程知识点重复的情况，也反映了其与相关课程衔接不紧密的问题。
针对上述问题，如何提高学生学习兴趣，改善实验环境，突出课程重点，奠定后续课程理论基础，是该课程改革与探索的重要目标。
1 教学内容及方式改革
1.1 知识点与其他课程重叠部分的处理
微机原理与接口技术教学内容可分为三大部分：微机原理及Intel8086 系列微处理器、指令系统及汇编语言程序设计、接口技术，其中前两部分和其他课程有较多相重叠部分，因而在本课程的教学过程中，偏重应有所取舍，避免知识点的重复。
微机原理部分，其中有关数制及转换、符号数的编码、非数值数据的编码（BCD 码、ASCII 码等）在我院的计算机应用基础、计算机语言与程序设计基础、数字电子技术等先导课程中，都有所涉及。因而，可用较短的学时（1 学时左右）, 引导学生对这部分内容进行回顾，做到前后知识点的有机结合。在该内容的教学过程中，首先重点应放在冯• 诺依曼结构计算机的基本工作原理上，因为无论当今技术如何变化，但计算机的体系结构没有发生本质改变。
指令系统及汇编语言程序设计部分，考虑到这部分知识在微机和单片机课程都有所涉及，但又有一定的不同，我院单片机课程已取消汇编语言程序设计内容的授课。汇编语言是最接近机器语言的代码，通过汇编语言能够更好地理解硬件工作的原理，因此在微机课程中指令系统的学习只要学生掌握常使用的指令，此时的教学目标是学生能对汇编有一个整体理解和掌握，能读懂汇编程序或者能编写简短的汇编程序即可，在后续单片机课程中，可以着重训练学生用高级语言进行程序设计的能力。
1.2 仿真软件在教学过程的应用
随着计算机技术的发展，Intel8086 系列微处理器早已退出实际工程应用的舞台，但由于8086 处理器的架构和指令较便于初学者学习，因而至今各高校仍以该系列微处理器为教学模型，但这却造成了教师难于进行课程实验的困境。随着仿真技术的发展，基于虚拟平台的实验方式将很好地解决这一问题。目前PC 机的操作系统大多为Win7 以上版本，通过安装虚拟机运行MASM5.0 等汇编软件方式较复杂，且仅汇编软件的学习无法做到对硬件系统的熟悉。
结合目前情况，我院在教学中结合EMU8086 和Proteus开展微机原理与接口技术课程配套的实验教学取得良好的效果。具体教学过程中，在介绍8086 指令系统时，该部分涉及到微处理器内部寄存器、存储器组织等抽象的内容，此时利用EMU8086 进行教学，学生借助调试器中的单步或连续执行程序功能，可以观察到每个寄存器、标志位及存储器中的动态变化，较为直观。课程后期，在介绍微机接口芯片，如8255A，8253，DAC0832,ADC0809 等时， 可将EMU8086 和Proteus结合起来，先在Proteus 中建立系统的硬件原理图，然后在EMU8086 中进行汇编语言程序的编写和调试，将生成的可执行文件导入到Proteus 的8086 中，这种联合仿真方式可加强学生对芯片的使用方法及电路的理解，解决了课程实践困难的问题。
2 考核内容及方式改革
电气、自动化、测控等专业微机原理课程的考核应更注于考察学生对微型计算机基本体系概念的理解，以及一些重要的接口芯片的应用，对学生利用汇编语言编写程序能力的要求适当降低。
2.1 弱化对记忆性知识的考察
在实际的教学过程中， 比如微型计算机工作原理、Intel8086 微处理器、指令系统，这些内容涉及到大量的硬件和软件知识，信息量大且理论性强、抽象，学生往往感觉难以消化。因而在考核该部分知识点的时候，应弱化相关记忆的内容。
以8086CPU 的寻址方式为例，其中存储器寻址可根据其偏移地址的不同形式划分为五类，以往考试，在填空题或是选择题中，让学生写出或是选出具体寻址方式名称，学生记忆非常困难。而事实上，对于这部分知识的理解，没有必要考察到如此细致的地步。此外，对于一些常用接口芯片，重点放在其应用的考察，而非内部结构。
2.2 淡化对汇编语言编程能力的考察
目前计算机系统中的软件大多采用高级语言编写，仅少量应用汇编语言编写，但汇编语言编程却有助于学生理解微型计算机的基本原理及其工作流程，因而，教师授课时仍应以汇编语言为主，但重点是引导学生去理解汇编语言的工作原理。
从我院电气、自动化、测控等专业的教学计划来看，学生在一年级时已修完C 语言程序设计课程；微机原理与单片机课程的开设时间相接近，单片机程序设计的授课是基于C 语言的；此外，后期学生在从事大学生创新项目、毕业设计任务时，也更普遍倾向于使用更易理解的C，C++ 等语言。
根据这种情况，考试出题时，有意识的淡化对汇编语言编程能力的考察，将以往一些汇编语言的编程题改为程序阅读题，要求学生能读懂汇编程序即可。
针对目前我院微机原理与接口技术的教学现状，通过以上对该课程教学内容、考核内容及方式的改革，教学实践表明，该教学及考核方式更有效、更合理的，教学效果得到很大提高。