微機(jī)原理及接口技術(shù)課程內(nèi)容與教學(xué)方法研究

摘要：針對(duì)微機(jī)原理及接口技術(shù)課程抽象難懂的問(wèn)題，文章分析了其教學(xué)內(nèi)容，并結(jié)合課程群定位，將教學(xué)重點(diǎn)聚焦于微處理器結(jié)構(gòu)和匯編語(yǔ)言程序設(shè)計(jì)，旨在幫助學(xué)生通過(guò)匯編語(yǔ)言理解計(jì)算機(jī)的結(jié)構(gòu)與原理。同時(shí)，文章引入了類比法、過(guò)程展示法和仿真實(shí)驗(yàn)法等教學(xué)方法，以提高教學(xué)效果。

關(guān)鍵詞：微機(jī)原理；匯編語(yǔ)言；教學(xué)改革；仿真實(shí)驗(yàn)

中圖分類號(hào)：G642" " " 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A

文章編號(hào)：1009-3044（2025）17-0159-03

開放科學(xué)（資源服務(wù)） 標(biāo)識(shí)碼（OSID）

0 引言

微機(jī)原理及接口技術(shù)是一門機(jī)電類專業(yè)的專業(yè)基礎(chǔ)課，內(nèi)容包括微型計(jì)算機(jī)的硬件結(jié)構(gòu)與原理、匯編語(yǔ)言程序設(shè)計(jì)、接口技術(shù)等三部分內(nèi)容。該課程的教學(xué)目標(biāo)是培養(yǎng)學(xué)生掌握微型計(jì)算機(jī)的基本原理及應(yīng)用開發(fā)方法，培養(yǎng)學(xué)生分析和設(shè)計(jì)簡(jiǎn)單微機(jī)系統(tǒng)的能力，為后續(xù)課程奠定技術(shù)理論基礎(chǔ)[1-2]。

但是在實(shí)際教學(xué)過(guò)程中，學(xué)生對(duì)尋址方式和指令的理解存在困難；教學(xué)過(guò)程中難以將匯編語(yǔ)言程序與微機(jī)結(jié)構(gòu)聯(lián)系起來(lái)；實(shí)踐教學(xué)環(huán)節(jié)薄弱，學(xué)生缺乏對(duì)指令執(zhí)行過(guò)程的直觀感受。

本文對(duì)微機(jī)原理及接口技術(shù)的教學(xué)目標(biāo)和內(nèi)容進(jìn)行分析，對(duì)內(nèi)容進(jìn)行聚焦，分清主次，與相關(guān)課程進(jìn)行聯(lián)動(dòng)，刪減部分內(nèi)容。教學(xué)方法上把抽象的內(nèi)容具體形象化，將過(guò)程和形象展示給學(xué)生，以此來(lái)提高教學(xué)質(zhì)量。

1 教學(xué)內(nèi)容與課程定位

課程的教學(xué)內(nèi)容應(yīng)與其在專業(yè)培養(yǎng)體系中的定位相符，并與課程群中的其他課程協(xié)同配合，形成循序漸進(jìn)的知識(shí)和能力培養(yǎng)體系。在機(jī)電類專業(yè)中，微機(jī)原理及接口技術(shù)是從屬于培養(yǎng)學(xué)生電子控制技術(shù)能力的模塊知識(shí)體系，電子控制技術(shù)這一條能力線按基礎(chǔ)到專業(yè)的順序，主要由計(jì)算機(jī)基礎(chǔ)、C程序、模電、數(shù)電、微機(jī)原理及接口技術(shù)、單片機(jī)開發(fā)、PLC、機(jī)電系統(tǒng)設(shè)計(jì)等課程構(gòu)成。電子控制技術(shù)課程群組成與關(guān)系如圖1所示。

在進(jìn)行微機(jī)原理及接口技術(shù)的教學(xué)內(nèi)容安排時(shí)，應(yīng)將這一條能力線上的課程進(jìn)行系統(tǒng)化考慮。各門課應(yīng)該找到其培養(yǎng)內(nèi)容的重點(diǎn)，如果追求面面俱到，極容易造成課程內(nèi)容重復(fù)，技術(shù)重疊，而且有的技術(shù)已被最新技術(shù)替代，完全不需要講解。

傳統(tǒng)的微機(jī)原理及接口技術(shù)的主要教學(xué)內(nèi)容包括：數(shù)制換算、補(bǔ)碼運(yùn)算與溢出、微機(jī)與微處理器、8086微處理器的內(nèi)部結(jié)構(gòu)、指令系統(tǒng)、匯編語(yǔ)言程序設(shè)計(jì)、存儲(chǔ)器、中斷與接口技術(shù)[3-5]。

數(shù)制轉(zhuǎn)換，尤其是二進(jìn)制與十六進(jìn)制是本課程的基礎(chǔ)，需要學(xué)生做到非常熟練。

補(bǔ)碼運(yùn)算與溢出這部分內(nèi)容是微機(jī)的計(jì)算原理，是闡述微機(jī)進(jìn)行計(jì)算的規(guī)則是什么。這一點(diǎn)不同于人類計(jì)算規(guī)則，在其他課程中并未提及，這方面內(nèi)容需要作為本課程的重點(diǎn)講解。

微機(jī)與微處理器的發(fā)展歷史、概念是這門課獨(dú)有的，對(duì)于學(xué)生如何正確認(rèn)識(shí)微處理器、微型計(jì)算機(jī)、微型計(jì)算機(jī)系統(tǒng)及其他硬件與芯片是非常重要的。

8086微處理器的內(nèi)部結(jié)構(gòu)、指令系統(tǒng)、匯編語(yǔ)言程序設(shè)計(jì)，這三部分內(nèi)容要放在一起來(lái)考慮，單學(xué)其中任何一個(gè)模塊都達(dá)不到能力培養(yǎng)目標(biāo)，學(xué)習(xí)8086微處理器結(jié)構(gòu)是為了弄清計(jì)算機(jī)的思考方式，但是要把結(jié)構(gòu)與原理真正弄明白需要學(xué)習(xí)其指令系統(tǒng)，然后通過(guò)匯編語(yǔ)言程序來(lái)調(diào)動(dòng)微機(jī)的內(nèi)部資源，實(shí)現(xiàn)計(jì)算或控制任務(wù)。這一過(guò)程是相互關(guān)聯(lián)的，故應(yīng)作為整體，是理解計(jì)算機(jī)工作原理的關(guān)鍵，也是本課程的重點(diǎn)。

中斷與接口這部分內(nèi)容屬于接口技術(shù)，這部分內(nèi)容也是電子技術(shù)課程群中單片機(jī)開發(fā)的重要內(nèi)容，單片機(jī)開發(fā)這門課的主要目標(biāo)是通過(guò)調(diào)動(dòng)接口、中斷、定時(shí)器、串口等接口資源來(lái)實(shí)現(xiàn)人機(jī)交互、控制設(shè)備。在單片機(jī)中調(diào)用資源的工具是C語(yǔ)言，而微機(jī)原理是通過(guò)匯編語(yǔ)言來(lái)調(diào)用這些資源，所以微機(jī)原理中這部分的理解難度明顯高于單片機(jī)開發(fā)。鑒于有更易于理解的C語(yǔ)言開發(fā)方式，減少課程內(nèi)容的重復(fù)性，形成課程群內(nèi)課程高效聯(lián)動(dòng)，故將中斷與接口技術(shù)從微機(jī)原理及接口技術(shù)這門課中刪減，將其放在單片機(jī)開發(fā)這門課中學(xué)習(xí)。學(xué)生通過(guò)微機(jī)原理這門課深刻理解計(jì)算機(jī)的工作原理后，再學(xué)習(xí)單片機(jī)開發(fā)，已經(jīng)具備了良好的基礎(chǔ)，不需要再花大量時(shí)間學(xué)習(xí)單片機(jī)的工作原理，可以將重點(diǎn)放在接口技術(shù)方面，節(jié)省了時(shí)間和精力，形成循序漸進(jìn)的培養(yǎng)過(guò)程。

這樣，微機(jī)原理及接口技術(shù)將主要內(nèi)容集中在微處理器結(jié)構(gòu)和匯編語(yǔ)言程序設(shè)計(jì)上。將其培養(yǎng)目標(biāo)調(diào)整為通過(guò)匯編語(yǔ)言程序來(lái)理解計(jì)算機(jī)的結(jié)構(gòu)與原理，即計(jì)算機(jī)如何思考和處理問(wèn)題。

2 教學(xué)內(nèi)容與安排

將微機(jī)原理的內(nèi)容分成四大章來(lái)進(jìn)行講解，第一章主要介紹微機(jī)的發(fā)展歷史、操作系統(tǒng)、軟件、數(shù)制計(jì)算、補(bǔ)碼運(yùn)算和溢出、編碼、微機(jī)與微處理器的概念。這一章的內(nèi)容易于學(xué)習(xí)，可以在這個(gè)階段培養(yǎng)學(xué)生對(duì)本門課的興趣，提高學(xué)生的學(xué)習(xí)信心。例如在講完微處理器、微型計(jì)算機(jī)、微型計(jì)算機(jī)系統(tǒng)這三者的概念后，讓學(xué)生依據(jù)概念判斷生活中接觸的電子產(chǎn)品是屬于這三者中的哪種。學(xué)生通過(guò)分辨生活中的事物（例如單片機(jī)、銀行卡、手機(jī)中的芯片） ，將理論與實(shí)踐聯(lián)系起來(lái)，增強(qiáng)實(shí)際感受，明白學(xué)有所用，從而激發(fā)學(xué)習(xí)興趣。

第二章主要介紹8086微處理器的結(jié)構(gòu)、引腳，及其如何來(lái)識(shí)別存儲(chǔ)單元和IO接口。這一章內(nèi)容看起來(lái)都是文字，學(xué)生此時(shí)通常認(rèn)為微機(jī)原理屬于記憶背誦性課程，其實(shí)不然，要做到對(duì)這一章的真正理解需要在后續(xù)的匯編語(yǔ)言程序設(shè)計(jì)過(guò)程中才能實(shí)現(xiàn)。但可以利用學(xué)生目前的這一認(rèn)知偏見，讓其進(jìn)行翻轉(zhuǎn)課堂，培養(yǎng)其自學(xué)習(xí)慣（課前預(yù)習(xí)、課中匯報(bào)、課后復(fù)習(xí)） 。

第三章主要講解尋址方式和各類指令。在這一章，內(nèi)容難度陡然上升，為了減輕學(xué)生理解負(fù)擔(dān)，在不影響理解后續(xù)內(nèi)容的情況下，需要對(duì)此章內(nèi)容進(jìn)行刪減和調(diào)整。微機(jī)原理指令眾多，一共111條指令，如果都要講解，容易導(dǎo)致學(xué)了后面的指令，前面的指令都已忘記，指令與指令之間的關(guān)系也構(gòu)建不起來(lái)，故根據(jù)任務(wù)目標(biāo)來(lái)進(jìn)行相關(guān)指令講解，只講一些重要的、相關(guān)的指令。

BCD碼和ASCII碼的作用是在編寫程序時(shí)，實(shí)現(xiàn)人機(jī)交互的輸入和輸出。將課程的實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目定位于通過(guò)二進(jìn)制數(shù)或十六進(jìn)制數(shù)的計(jì)算來(lái)理解計(jì)算機(jī)的工作原理，則那關(guān)于BCD碼和ASCII碼的運(yùn)算及字符串操作指令就可以刪減。

例題一：“有兩個(gè) 4 字節(jié)的無(wú)符號(hào)數(shù)相加，這兩個(gè)數(shù)分別存放在 2000H 和 3000H 開始的存儲(chǔ)單元中，得到的和也為 4 字節(jié)，存放在 2000H 開始的存儲(chǔ)單元中，編一段程序完成這兩個(gè)數(shù)的相加過(guò)程。”此類編程題屬于計(jì)算類編程題，無(wú)需涉及BCD碼及ASCII碼運(yùn)算。

其正確程序如圖2所示。這類計(jì)算類任務(wù)中只需涉及傳送類指令、算術(shù)運(yùn)算指令、邏輯運(yùn)算與移位控制、程序控制類指令。

程序控制類指令，是在編寫程序時(shí)，如何控制程序的走向，這一部分可以弱化程序控制類指令的原理，重點(diǎn)在于如何應(yīng)用。將其按編寫程序中的應(yīng)用場(chǎng)景進(jìn)行講解。例如：程序控制指令CALL，CALL指令講解時(shí)常常涉及堆棧的處理和CS、IP如何改變，而其實(shí)在應(yīng)用CALL指令進(jìn)行編程時(shí)，只需考慮其是在段內(nèi)還是段間調(diào)用，并不需要過(guò)多地理解其指令原理。

第四章主要是如何編寫完整的匯編語(yǔ)言程序，這部分內(nèi)容采用總分總的方式進(jìn)行教學(xué)內(nèi)容安排，先從完整的匯編語(yǔ)言程序講起，總覽匯編語(yǔ)言程序的組成部分，再將各部分內(nèi)容分散到偽指令、程序結(jié)構(gòu)控制、子程序中，最后通過(guò)習(xí)題練習(xí)達(dá)到綜合運(yùn)用。

例題二：“在內(nèi)存中自RSSA開始的11個(gè)單元中，連續(xù)存放著0～10的平方值（稱為平方表） 。任給一個(gè)數(shù)x（0≤x≤10） 存放在RS1單元中，查表求x的平方值，并將結(jié)果存放于RS2單元中。”，可以先將此題的完整代碼展示出來(lái)，如圖3所示。

讓學(xué)生通過(guò)此題目及其程序來(lái)總覽匯編語(yǔ)言程序的結(jié)構(gòu)。并將此程序進(jìn)行劃分，例如圖中的紅色部分屬于數(shù)據(jù)段和程序段的偽指令，并指出這些都屬于固定格式，每次編程時(shí)基本都是固定的。學(xué)生在下一次編程時(shí)就可以將程序的框架直接寫出來(lái)，然后就可以在此框架里面填寫相應(yīng)的程序。將上例中用到的偽指令及其含義分散到各例題中進(jìn)行講解，不再進(jìn)行單獨(dú)的偽指令講解。再依次講解順序結(jié)構(gòu)、分支結(jié)構(gòu)、循環(huán)結(jié)構(gòu)、子程序的設(shè)計(jì)，最后再總結(jié)匯編語(yǔ)言程序的通用書寫與編程結(jié)構(gòu)，實(shí)現(xiàn)總分總教學(xué)。

3 教學(xué)方法

微機(jī)原理的內(nèi)容抽象，看不見具體的實(shí)物，邏輯性又很強(qiáng)，不便于學(xué)生理解。教師在教學(xué)過(guò)程中需要根據(jù)內(nèi)容采用合適的方法進(jìn)行教學(xué)，將抽象的概念用類比的方法將其與生活中的事物聯(lián)系起來(lái)，復(fù)雜的執(zhí)行過(guò)程需要教師將過(guò)程進(jìn)行還原，甚至讓學(xué)生自己動(dòng)手還原工作原理及過(guò)程。最后的結(jié)果還需要驗(yàn)證，編程是否對(duì)錯(cuò)，需要在驗(yàn)證中逐步修改完善，在驗(yàn)證中進(jìn)行迭代升級(jí)，從而加深對(duì)計(jì)算機(jī)工作原理的理解。

（1） 類比法。此門課的特點(diǎn)是抽象，對(duì)于抽象的內(nèi)容，用生活中的事物來(lái)類比課程中抽象的概念，由于學(xué)生有切身體會(huì)，更容易接受理解。比如存儲(chǔ)器中的存儲(chǔ)單元，在現(xiàn)實(shí)世界中是無(wú)法觀測(cè)的，沒(méi)有具體的形象，需要通過(guò)類比的方法進(jìn)行講解，將存儲(chǔ)器比作一豎列抽屜，一個(gè)存儲(chǔ)單元就是一個(gè)抽屜，這一個(gè)抽屜中分成8個(gè)小格，小格子中只能放0或者1，那這一個(gè)抽屜就是8位，也稱為1個(gè)字節(jié)。這樣將抽象的事物具象化，在講尋址方式時(shí)，就可以讓學(xué)生自己想辦法將這些數(shù)據(jù)找到，也引出了抽屜編號(hào)的問(wèn)題，即地址。地址即為抽屜的編號(hào)，數(shù)據(jù)為抽屜中放的數(shù)。在類比法的基礎(chǔ)上，可以適當(dāng)采用拓展演變法來(lái)引導(dǎo)學(xué)生推理，效果更佳。

（2） 過(guò)程展示法（即圖解法和視頻動(dòng)畫法） 。計(jì)算機(jī)的指令操作過(guò)程，如果按文字?jǐn)⑹觯茈y以理解，可以采用繪圖示意的方式，向?qū)W生講解，這一點(diǎn)主要是在繪制示意圖的過(guò)程中，讓學(xué)生觀摩理解計(jì)算機(jī)操作過(guò)程，而非按圖講解。過(guò)程展示法主要是通過(guò)過(guò)程的展示，讓學(xué)生明白計(jì)算機(jī)操作內(nèi)存或IO的順序，如先找通過(guò)地址加法器合成物理地址，通過(guò)地址總線找到存儲(chǔ)單元，之后通過(guò)發(fā)出控制總線輸出讀信號(hào)，通過(guò)數(shù)據(jù)總線讀取存儲(chǔ)單元的內(nèi)容，之后在CPU中的ALU中進(jìn)行計(jì)算，而計(jì)算結(jié)果會(huì)影響放標(biāo)志寄存器FR。將這一系列過(guò)程通過(guò)圖形過(guò)程展示，學(xué)生的頭腦中形成動(dòng)態(tài)圖像，即計(jì)算機(jī)的動(dòng)作過(guò)程，有利于原理性內(nèi)容的講解和理解。

再如關(guān)于MOV指令的學(xué)習(xí)，可以采用繪圖的形式講解寄存器中數(shù)是如何傳送至存儲(chǔ)器的或者存儲(chǔ)器中的數(shù)如何傳送至寄存器的，其傳送規(guī)則是16位寄存器中的低字節(jié)傳送至低地址存儲(chǔ)單元內(nèi)，高字節(jié)轉(zhuǎn)送至高地址的存儲(chǔ)單元內(nèi)。雖然通過(guò)文字可以描述，但這一傳送過(guò)程并沒(méi)有直觀體現(xiàn)，可以采用繪制圖4的形式進(jìn)行講解，將傳送過(guò)程圖像化，更易被學(xué)生理解。

計(jì)算機(jī)的結(jié)構(gòu)與原理是動(dòng)態(tài)的過(guò)程，并非靜止的，在理解過(guò)程中，需要學(xué)生在腦海中形成動(dòng)態(tài)的圖像，故采用過(guò)程演示法是理解動(dòng)態(tài)過(guò)程的不二法門。

（3） 仿真實(shí)驗(yàn)法。指令學(xué)習(xí)完后，學(xué)生也能在紙上編寫程序了，這時(shí)候，并不能真正明白其中的原理，而且也不知道自己寫的程序是否正確，采用Emu8086仿真軟件，讓學(xué)生通過(guò)仿真軟件進(jìn)行驗(yàn)證，達(dá)到認(rèn)知的閉環(huán)驗(yàn)證，讓學(xué)生根據(jù)結(jié)果進(jìn)行對(duì)事物的認(rèn)知調(diào)整。將編寫的程序通過(guò)編輯器敲入，然后編譯生成com文件或exe文件，之后通過(guò)單步執(zhí)行來(lái)觀看每一步運(yùn)算過(guò)后寄存器、存儲(chǔ)器的變化。達(dá)到對(duì)指令和計(jì)算機(jī)結(jié)構(gòu)原理的協(xié)同理解。具體仿真軟件環(huán)境及調(diào)試與觀測(cè)分別見圖5和圖6所示。

微機(jī)原理這門課的知識(shí)是前后穿插，前面的概念性知識(shí)，在未經(jīng)實(shí)踐之前，屬于靜態(tài)知識(shí)，而在后期的編程實(shí)踐過(guò)程中，需要通過(guò)指令來(lái)控制計(jì)算機(jī)完成任務(wù)，指令如何準(zhǔn)確無(wú)誤調(diào)用計(jì)算機(jī)的資源對(duì)學(xué)習(xí)者來(lái)講，是非常重大的考驗(yàn)，這一過(guò)程，需要在實(shí)踐中反復(fù)檢驗(yàn)，仿真軟件Emu8086恰好提供了這么一個(gè)實(shí)踐平臺(tái)，通過(guò)調(diào)試錯(cuò)誤，查找寄存器、查找內(nèi)存中的代碼段、數(shù)據(jù)段、堆棧段等，將理論知識(shí)、實(shí)踐手段、檢驗(yàn)方法進(jìn)行綜合調(diào)度，才能完成任務(wù)，達(dá)到理解知識(shí)并熟練運(yùn)用。

4 結(jié)束語(yǔ)

微機(jī)原理及接口技術(shù)是電子控制技術(shù)課程群中的一門專業(yè)課，其教學(xué)內(nèi)容應(yīng)該放在課程群中進(jìn)行定位和編排，與其他課程起到協(xié)同效應(yīng)，減少與其他課程的重復(fù)，將接口技術(shù)部分的內(nèi)容放置在課程群的單片機(jī)開發(fā)課程中講解，在本課程中刪除，從而將教學(xué)內(nèi)容聚焦于微處理器結(jié)構(gòu)和匯編語(yǔ)言程序設(shè)計(jì)上。培養(yǎng)目標(biāo)調(diào)整為通過(guò)匯編語(yǔ)言程序來(lái)理解計(jì)算機(jī)的結(jié)構(gòu)與原理。教學(xué)安排采用先易后難，先總覽后細(xì)化，結(jié)構(gòu)與應(yīng)用穿插進(jìn)行。教學(xué)方法上主要采用了類比法、過(guò)程展示法、仿真實(shí)驗(yàn)法，通過(guò)這一系列布局和安排，目標(biāo)指向明確，學(xué)生易于接受。

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【通聯(lián)編輯：王 力】