02277微机原理及应用自学大纲（高纲1587）

高纲1587


江苏省高等教育自学考试大纲






02277　微型计算机原理及应用

                扬州大学编








江苏省高等教育自学考试委员会办公室
Ⅰ  课程性质与课程目标
一、课程性质和特点
《微型计算机原理及应用》课程是机械电子等相关专业的一门重要的专业基础课，是一门面向应用的、具有很强的实践性与综合性的课程，具有明显区别于其他课程的独特之处。学习之初可能要机械记忆一些概念，并不能深刻理解。后续学习过程中逐渐加深理解，直到彻底掌握适合计算机硬件学习的思维方式，也就是思路跟着数据流在芯片之间有序流动的思维方式。
二、课程目标
设置本课程的目的是使学生从理论和实践上掌握微型计算机的基本组成、工作原理及常用接口技术，建立微机系统整体概念，使学生具备微机应用系统软、硬件开发的初步能力。在目前工厂企业都需要机器换人，提高自动化控制程度的大背景下，学习本门课程意义尤其重大。工厂里很多操作工位，工人身处恶劣的工作环境，长期单调从事着简单、重复的机械动作，完全可以用简单的机械手取代人工。本课程当中涉及I/O端口输入输出的内容，稍加修改完善即可投入实际应用，A/D转换技术用于采集生产线上的温度、压力、流量、位移、速度等物理量，端口输出技术可用于电机等各种执行机构的驱动控制，比如对机械手各关节电机的运动控制。建议初学者先在实验装置上编程调试，熟练掌握各种常见芯片的驱动程序，常用执行部件控制方法，比如步进电机、伺服电机、阀门、继电器后，动手设计一些简单的测量与机电控制电路，简单的数码管显示或液晶模块显示电路，简单的成功往往会激发进一步学习的兴趣，当你成功的建立了一套测控系统的时候，可能变得一发而不可收，最终变成工厂里面不可或缺的机电控制人才。另外建议，在这门课程的基础上，进一步学习相关单片机或PLC控制课程，便于构建灵活的、低成本的机电系统。也可以购买插入电脑主板上PCI插槽中的PCI总线的数据采集卡，或者不需要插入电脑中的可即时插拔的USB总线的数据采集卡，建立基于PC的控制系统，也可用PC机作为上位机，单片机或PLC作为下位机，构成集散控制系统。
领会常用I/O芯片的工作原理，包括寄存器结构、控制字格式，芯片的几种工作方式，每种工作方式的特点；通过典型芯片的电路连接、典型初始化程序的学习分析提高分析问题、解决问题的能力；特别注意前面的基础知识章节内容与后面各种接口芯片实际应用内容之间的相互联系。
三、与相关课程的联系与区别
微机原理及应用课程不同于数学类基础课程有着严密的公式推导过程，微机原理课程中的数据格式、软硬件规范往往是前人规定的标准，约定俗成而已，学习者只能遵守这些规范。也不同于机械原理零件、液压、电气传动控制这类课程，研究对象都是一些看得见摸得着的机械部件。微机原理课程介绍的微机CPU等芯片的内部结构，通常肉眼不可见，就算在显微镜下把物理结构放大到肉眼可见，通常也不可理解。因此，要求学生理解的不是芯片的物理结构，而是逻辑结构。特别是作为机电类，也就是非计算机与集成电路设计类专业的学生，应侧重于对芯片工作原理的理解，驱动程序的编写。
尽管如此，计算机应用基础、电工学或数字与模拟电路技术基础、C语言程序设计等先修课程的学习对微机原理及应用课程的学习还是很有帮助的，这些课程中学到的计算机基础知识、硬件电路知识、软件编程思想在本门课程的学习过程中获得广泛应用，特别是C语言程序设计的基本方法，在汇编语言程序设计中得以沿用，只是增加了一些汇编语言所特有的内容。
四、课程的重点和难点
本课程难点先后交替分布，特别是第二章介绍8086/8088CPU的组成与工作原理，学习刚刚开始，缺少基础知识，理解这部分内容相当困难。进入第三章，介绍8086的汇编语言指令系统后，可能反而感觉到简单，因为133条指令，看上去大部分指令含义简单明确，只有少数几条指令难以理解。初学者会掉以轻心，自以为指令很简单，实际上并没有与前面的CPU硬件知识融会贯通，表面上理解了这些指令，每一句指令对状态标志位的影响、适用范围、有何限制，并不十分清楚。将来一旦进入第四章汇编语言编程的学习，就会编写出看似正确，实际无法运行的程序。因此第三章实际上并不简单，一定要深刻理解每一条指令的意义、影响范围、适用范围，将来编程、阅读程序才不会出错。
第四章汇编语言编程既是学习重点也是考试重点，程序阅读理解考题占相当大比重，解题的技巧是把程序段中每一句指令执行的结果写在这条指令后面，最后的结果通常就是题目的最终答案。
第五章存储器，学习内容相对简单，地址线正确连线后，很容易写出每组芯片的地址范围。
第六章开始，学习各种I/O接口芯片，内容实际上相当于每一种芯片的DATA SHEET，也就是芯片说明书，相关内容可以从www.21ic.com等网站下载，内容几乎与教材相同，但是网站上下载的PDF格式的芯片说明书多数是英文的，只有少数芯片说明书能够找到中文版。
I/O接口芯片的学习起初感觉困难，实际上应该首先搞清楚最简单的并行接口芯片8255A的工作原理、工作方式、两种控制字格式、初始化编程。在此基础上学习其他芯片时就会发现，尽管芯片各有特点，学习方法却大同小异。I/O接口芯片的学习过程基本都是这样的：先了解芯片的功能、引脚含义，如果是可编程接口芯片的话再学习控制字的格式，通常这些控制字决定了芯片的工作方式，然后对芯片的几种工作方式仔细分析，最后通过实际应用案例介绍如何对芯片进行初始化编程和数据输入输出程序也就是应用编程。
总之本课程重点应该掌握8086/8088CPU硬件结构、指令执行过程，最小最大模式下总线周期的概念，汇编语言指令系统，汇编程序阅读，6种I/O接口芯片当中，并行接口芯片8255A、定时器计数器芯片8253A是考核重点，其他芯片如ADC0809、DAC0832对于工业控制过程也比较重要，串行接口芯片8251A、中断控制器接口芯片8259A学习难度很大，试题中也会适当考察。
Ⅱ  考核目标
本大纲在考核目标中，按照识记、领会、简单应用和综合应用四个层次规定其应达到的能力层次要求。四个能力层次是递升的关系，后者必须建立在前者的基础上。各能力层次的含义是：
识记（Ⅰ）：要求考生能够识别和记忆本课程中有关定义、数据格式的主要内容（如定义、标准、控制字格式、芯片工作原理、重要结论、方法及特征、特点等），并能够根据考核的不同要求，做正确的表述、选择和判断。
领会（Ⅱ）：要求考生能够领悟和理解本课程中有关概念及原理的内涵及外延，理解概念、规定格式的确切含义，规定的适用条件，能够鉴别关于概念和规律的似是而非的说法；理解相关知识的区别和联系，并能根据考核的不同要求进行软硬件联合设计，设计出正确的系统方案，并作出解释和说明。
简单应用（Ⅲ）：要求考生能够根据已知的知识和相关格式规定，对系统功能的实现进行推理和论证，得出正确的结论或做出正确的判断，并能把推理过程正确地表达出来。还可运用本课程中的少量知识点，利用简单的方法分析和解决一般应用问题，如简单的画电路图、编程和分析等。
综合应用（Ⅳ）：要求考生能够面对具体、实际的机电控制需求转化为微机控制方案，并能探究解决问题的方法，建立合理的硬件电路，根据具体问题列出总体方案，选择主要芯片、画出硬件电路图、画出程序设计框图，并能够编写完整的系统初始化程序和工作程序，完成信号的采集、数据处理和输出控制。完成控制系统的软硬件联合设计和软件调试。
Ⅲ  课程内容与考核要求
第一章 微型计算机基础
一、学习目的与要求
大致了解计算机特别是微型计算机的发展历史，各代CPU所采用的电子技术、大致规模、字长、集成度。要求对计算机发展史有个宏观的了解。
二、课程内容
微型计算机的发展概况、各代微处理器的典型产品及主要指标与特点。
三、考核知识点与考核要求
历代微处理器的典型产品及主要特点
识记：微型计算机组成、分类与配置
领会：微机计算机的特点、分类及主要技术指标
应用：微型计算机的基本结构及重要组成部件的功能；微处理器、微型机和微型计算机系统的区别和联系。
第二章 16位和32位微处理器
一、学习目的与要求
了解CPU的基本功能、CPU的外部引脚功能、流水线技术的概念、从8086到Pentium系列的技术发展。
二、课程内容
① CPU的基本功能、CPU的内部逻辑结构、主要功能部件及基本工作过程、流水线的概念（重点）
② CPU的主要寄存器（通用寄存器、专用寄存器、标志寄存器等）及其主要功能、标志寄存器各位的功能定义。（重点）
③ CPU的外部引脚类型、主要引脚功能。
④ 微机中存储器组成结构、存储器的分段、逻辑地址与物理地址概念、存储器堆栈的结构特点。（重点）
⑤ 8086系统结构（最小模式、最大模式）、CPU与外围芯片的连接及典型配置情况、地址锁存器（8282）、双向总线收发器（8286）及总线控制器（8288）的功能特性（重点、难点）
⑥ 时钟周期、总线周期及指令周期的定义，CPU读、写操作时序（难点）
⑦ 从8086到Pentium系列的技术发展
三、考核知识点与考核要求
识记：CPU的基本功能、CPU的外部引脚功能
领会：CPU的内部逻辑结构、CPU的典型操作和时序
简单应用：CPU的主要寄存器、存储器结构、CPU与外围芯片的连接及系统配置；最大最小两种不同模式下系统基本配置的主要区别。
第三章 16位/32位微处理器指令系统
一、学习目的与要求
掌握指令的基本格式，指令的寻址方式，指令系统功能与使用。
二、课程内容
指令的基本格式，指令的寻址方式。各种指令的含义、每种指令的使用注意影响，特别是对于标志位的影响。难点：串操作指令与转移指令。
三、考核知识点与考核要求
识记：指令的基本格式，指令机器码中各字段的含义。
领会：133条汇编指令中绝大部分指令的含义必须深刻领会，尤其是对于状态标志位的影响。每条指令的适用范围。
应用：操作数的9种寻址方式。
第四章 汇编语言程序设计
一、学习目的与要求
对于常用的伪指令，特别是数据定义伪指令在数据段、堆栈段或其他段中产生的结果应该非常熟悉，并掌握汇编语言程序编写的过程与基本方法。
二、课程内容
汇编语言程序设计基本语法，常用的伪指令，常量与数值表达式，标号，变量与地址表达式等基本概念。汇编语言程序的分段式结构与编写方法。
三、考核知识点与考核要求
领会：汇编语言基本语法语句，常用的伪指令，常量与数值表达，标号，变量与地址表达式。
简单应用：顺序、分支、循环程序设计，子程序与堆栈技术，DOS功能调用，中断程序的结构，会编写中等难度的汇编语言程序。
第五章 存储器
一、学习目的与要求
了解常用的存储器种类，功能特点，工作方法，要求能够根据系统存储容量、访问方式的要求，设计存储器系统，存储器芯片与CPU、地址译码器的连线。
二、课程内容
几种ROM和RAM存储器所采用的电子元件、存储器的矩阵式结构，典型存储器芯片的引脚含义，工作时序，存储器容量的扩展方法。存储器系统中有多组存储芯片时片选信号的产生办法。
① 存储器的主要类型及性能指标
② 静态 RAM（SRAM）的存储原理及主要优缺点、典型静态RAM芯片（6116）的性能及引脚特性、静态RAM存储模块的基本逻辑结构、会用给定SRAM芯片构成一定容量的存储模块。（重点）
③ 动态RAM（DRAM）的存储原理及主要优缺点、动态RAM的刷新控制逻辑。（重点）
④ PROM,EPROM及 EPROM的工作原理。
⑤ 存储器与CPU的连接、片选译码电路（74LS138）的逻辑特性及引脚功能、全译码方式、部分译码方式及线选方式的特点及应用。（重点、难点）
⑥ 运用给定芯片构成一定容量的存储系统、存储器与CPU的主要连线图、每片存储芯片的存储空间范围（难点）
⑦ 微机存储系统的层次结构、虚拟存储器、高速缓冲存储器。
三、考核知识点与考核要求
识记：存储器的主要类型及性能指标
领会：存储器的体系结构
简单应用：随机存储器RAM的结构原理、只读存储器 ROM的结构原理、存储器与CPU的连接、RAM与ROM的结构原理
综合应用：存储器与CPU的连接与译码方法，写出芯片组的地址范围
第六章 输入输出与中断
一、学习目的与要求
了解CPU与外设之间数据传输的3种基本方式及各种方法的特点。了解I/O接口芯片的基本结构，计算机的中断系统以及中断优先级排队方法，中断控制器芯片8259A的工作原理。
二、课程内容
①I / O接口的概念、功能、简单I / O接口的组成
②两种I / O端口编址方式
③数据信息、状态信息、控制信息
④主机与外设间数据传送的控制方式（程序方式、中断方式、DMA方式）（重点）
⑤ 中断基本原理及微机中断系统、中断响应和处理过程
⑥ 中断的分类和结构、中断优先级、中断向量、中断向量表（重点）
⑦ 中断控制器（8259A）的基本功能、组成结构，会编写8259A的初始化程序。（难点非重点）
⑧ DMA方式的特点及工作原理、DMA控制器（8237）的基本组成及编程应用方法（难点但非重点）
三、考核知识点与考核要求
1. 输入输出接口基本概念
识记：I / O接口的概念和功能
领会：I / O端口的编址方式、程序方式的特点及应用、DMA方式的特点
简单应用：CPU与输入/输出设备之间的信号、主机与外设间数据传送的控制方式。
2．中断、中断控制器、DMA控制器
识记：DMA控制器的一般结构，8259的编程、8237的编程
领会：中断基本原理、中断的优先级
简单应用：中断处理过程、中断的分类和结构、中断控制器（8259）的基本功能、中断向量、8259的级连
第七章 并行接口
一、学习目的与要求
掌握几种简单并行接口芯片的逻辑结构，主要引脚，工作原理，常用电路。重点掌握可编程并行接口芯片8255A的工作原理，方式选择控制字和端口C置1置0格式，8255A的初始化编程。
二、课程内容
并行通信的主要特点、可编程并行接口8255A内部结构、工作方式、端口寻址、初始化及编程应用（重点、难点）
三、考核知识点与考核要求
识记：并行通信的主要特点。
领会：可编程并行接口8255A内部结构、工作方式及应用。
简单应用：可编程并行接口芯片8255A的结构及工作方式。键盘、显示器、打印机等接口原理，LED显示器的基本原理、扫描键盘原理。各种打印机原理及简单编程。
综合运用：8255的编程应用
第八章 串行接口
一、学习目的与要求
了解可编程串行接口芯片8251A的工作原理，8251A的模式字、控制字、状态字以及同步字符的格式，8251A的初始化编程流程图。
二、课程内容
串行通信的主要特点、可编程串行接口8251A内部结构、工作方式、端口寻址、初始化及编程应用（难点但非重点）
三、考核知识点与考核要求
识记：串行通信的主要特点，同步通信与异步通信的主要差别。
领会：可编程串行接口芯片8251A内部结构、工作方式及应用。
简单应用：可编程串行接口芯片8251A的结构及工作方式。串口初始化程序和通信程序的编写。
第九章 计数器/定时器
一、学习目的与要求
了解可编程定时器/计数器接口芯片8253A的工作原理，8253A的6中工作模式、8253A控制字的格式，要求熟练掌握8253A的三种主要编程命令。
二、课程内容
8253A的工作方式（重点）
8253A的内部结构、端口寻址
8253A的初始化编程（重点、难点）
三、考核知识点与考核要求
识记：可编程定时器8253的基本性能及用途
简单应用：定时器/计数器（8253）的结构及工作方式
综合运用： 8253的编程应用
第十章 数/模和模/数转换
一、学习目的与要求
了解数模转换芯片DAC0832和模数转换芯片ADC0809的主要功能、工作原理，DAC0832的3种工作模式、ADC0809的工作时序，要求熟练掌握DAC0832D输出波形图、编程实现ADC0809启动转换、完成转换的判断、转换结果的正确读取。
二、课程内容
①D/A转换原理、D/A转换涉及的主要参数
②DAC0832的内部结构、DAC0832与CPU的连接与编程（重点、难点）
③A/D转换原理和转换方法、A/D转换涉及的主要参数
④ADC0809的内部结构、ADC0809与CPU的连接与编程（重点、难点）
三、考核知识点与考核要求
识记：D/A和A/D的转换原理
领会：D/A和A/D主要参数及连接特性
简单应用：D/A转换器与CPU的接口方法、A/D转换器与CPU的接口方法
综合运用：DAC0832、ADC0809的编程应用
第十一章 总线技术
一、学习目的与要求
了解几种常用总线的主要功能、工作原理，PC总线、ISA总线、PCI总线、USB总线的结构组成。
二、课程内容
① 基本的总线类型、总线信号分类及基本功能
② 常见的总线标准（重点）
③ 80386微处理器的结构特点
④ 80386的三种工作方式
三、考核知识点与考核要求
识记：基本的总线类型
领会：总线信号分类及基本功能、80386微处理器的结构特点
简单应用：常见的总线标准
Ⅳ  关于大纲的说明与考核实施要求
一、自学考试大纲的目的和作用
课程自学考试大纲是根据专业自学考试计划的要求，结合自学考试的特点而确定。其目的是对个人自学、社会助学和课程考试命题进行指导和规定。
课程自学考试大纲明确了课程学习的内容以及深广度，规定了课程自学考试的范围和标准。因此，它是编写自学考试教材和辅导书的依据，是社会助学组织进行自学辅导的依据，是自学者学习教材、领会课程内容知识范围和程度的依据，也是进行自学考试命题的依据。
二、课程自学考试大纲与教材的关系
    课程自学考试大纲是进行学习和考核的依据，教材是学习领会课程知识的基本内容与范围，教材的内容是大纲所规定的课程知识和内容的扩展与发挥。课程内容在教材中可以体现一定的深度或难度，但在大纲中对考核的要求一定要适当。
    大纲与教材所体现的课程内容应基本一致；大纲里面的课程内容和考核知识点，教材里一般也要有。反过来教材里有的内容，大纲里就不一定体现。（注：如果教材是推荐选用的，其中有的内容与大纲要求不一致的地方，应以大纲规定为准。）
三、关于自学教材
《微型计算机原理及应用》，清华大学出版社，李云主编， 2015年版。
配套习题集与实验指导书《微机原理学习与实践指导》，为了便于自学考试复习，试题中大量选用了配套习题集第一部分的内容。
四、关于自学要求和自学方法的指导
本大纲的课程基本要求是依据专业考试计划和专业培养目标而确定的。课程基本要求还明确了课程的基本内容，以及对基本内容领会的程度。基本要求中的知识点构成了课程内容的主体部分。因此，课程基本内容领会程度、课程考核知识点是高等教育自学考试考核的主要内容。
为有效地指导个人自学和社会助学，本大纲已指明了课程的重点和难点，在章节的基本要求中一般也指明了章节内容的重点和难点。
本课程共4学分，包括实验内容。
根据学习对象成人在职业余自学的情况，作者建议考生在认真学习教材主要内容的基础上，认真练习习题集1-68页的习题，无论是题目格式、提问方法、还是题目内容对自学考试很有帮助。
五、应考指导
1. 如何学习
很好的计划和组织是你学习成功的法宝。如果你正在接受培训学习，一定要跟紧课程并完成作业。为了在考试中作出满意的回答，你必须对所学课程内容有很好的理解。使用“行动计划表”来监控你的学习进展。你阅读课本时可以做读书笔记。如有需要重点注意的内容，可以用彩笔来标注。如：红色代表重点；绿色代表需要深入研究的领域；黄色代表可以运用在工作之中。可以在空白处记录相关网站，文章。
2. 如何考试
卷面整洁非常重要。书写工整，段落与间距合理，卷面赏心悦目有助于教师评分，教师只能为他能看懂的内容打分。回答所提出的问题。要回答所问的问题，而不是回答你自己乐意回答的问题！避免超过问题的范围
3. 如何处理紧张情绪
正确处理对失败的惧怕，要正面思考。如果可能，请教已经通过该科目考试的人，问他们一些问题。做深呼吸放松，这有助于使头脑清醒，缓解紧张情绪。考试前合理膳食，保持旺盛精力，保持冷静。
4. 如何克服心理障碍
这是一个普遍问题！如果你在考试中出现这种情况，试试下列方法：使用“线索”纸条。进入考场之前，将记忆“线索”记在纸条上，但你不能将纸条带进考场，因此当你阅读考卷时，一旦有了思路就快速记下。按自己的步调进行答卷。为每个考题或部分分配合理时间，并按此时间安排进行。
六、对社会助学的要求
本大纲前面的内容针对重点章、次重点章和一般章节已经提出自学或助学的建议和要求，在助学活动中应注意正确处理学习知识和提高能力的关系。
七、对考核内容的说明
1. 本课程要求考生学习和领会的知识点内容都作为考核的内容。课程中各章的内容均由若干知识点组成，在自学考试中成为考核知识点。因此，课程自学考试大纲中所规定的考试内容是以分解为考核知识点的方式给出的。由于各知识点在课程中的地位、作用以及知识自身的特点不同，自学考试将对各知识点分别按三个或四个认知（或叫能力）层次确定其考核要求。
八、关于考试命题的若干规定
1、采用闭卷考试，考试时间150分钟。本课程考试不需要携带计算器，计算量非常小，草稿纸上手工就能完成计算。
2、本大纲各章所规定的基本要求、知识点及知识点下的知识细目，都属于考核的内容。考试命题覆盖到章，也不会面面俱到。要注意课程的重点、章节重点，适当加大了重点内容的覆盖度。
3、命题中没有超出大纲中考核知识点范围的题目，考核目标不高于大纲中所规定的相应的最高能力层次要求。命题着重考核自学者对基本概念、基本知识和基本理论是否了解或领会，对基本方法是否会用或熟练。
4、本课程在试卷中对不同能力层次要求的分数比例大致为：识记占20%，领会占30%，简单应用占40%，综合应用占10%。
    5、试题的难易程度，试题的难度可分为：易、较易、较难和难四个等级。每份试卷中不同难度试题的分数比例一般为：2:3:3:2。
    必须注意试题的难易程度与能力层次有一定的联系，但二者不是等同的概念。在各个能力层次中对于不同的考生都存在着不同的难度。考生切勿混淆。
6、本课程考试试卷可能采用的题型有：单项选择题、填空题、简答题、程序阅读题、综合应用题。
附录  题型举例
一、选择题
将变量BUF的偏移地址送入SI的正确指令是（    ）。
A．MOV  [SI]，BUF            B．MOV  SI，BUF　　
C．LEA  SI，BUF　　　        D．MOV  OFFSET BUF，SI
二、填空题
计算机中的软件分为两大类：系统软件和_______软件。
三、简答题
8086CPU标志寄存器中的控制位有几个？简述它们的含义。
答：标志寄存器中的控制位有3个 。方向标志DF － 决定字符串操作时地址修改的方向。中断允许标志IF － 表示CPU是否允许响应外部可屏蔽中断。陷阱标志TF － 决定CPU是否在每条指令执行完自动产生一个内部中断。
四、程序阅读题
执行下列程序段后，SP及CF的值分别是多少？
MOV  SP，6000H
        PUSHF   
        POP   AX
        OR    AL，01H
        PUSH  AX
        POPF
答：SP=6000H、CF=1
五、综合应用题
8253的计数通道0的连接如下图，8253端口地址为8A0H～8A6H，使用OUT0循环点亮LED灯，LED亮灭周期之比为1：9。试完善程序实现该功能。



硬件连线图
提示：要实现比例为1：9的周期性亮灭，需在8253的OUT0产生占空比为0.1的周期性矩形波，因此使用方式2来实现该功能。计数初值为9+1 = 10。
程序段如下：
MOV  AL，17H     
MOV  DX，8A6H
OUT   DX，AL       ；通道0初始化
MOV  AL，10H      
MOV  DX，8A0H      
OUT   DX，AL      ；写低8位
（横线上填写的内容就是答案）