微型计算机原理及应用教学大纲

《微型计算机原理及应用》教学大纲

课程代码：

课程类别：专业必修课程

授课对象：计算机类、人工智能类、电子信息类、自动化类等相关本科专业

开课学期：2下或3上

学分：2+1学分

主讲教师：

指定教材：王宜怀、李庆利、冯德旺. 微型计算机原理及应用—基于Arm微处理器，人民邮电出版社，2020年1月，ISBN 978-7-115-53299-2

前导知识：高等数学、模拟电子技术与数字电路电子技术

一、教学目的

本课程主要目的在于从底层开始理解微型计算机是如何工作的，属于计算机、人工智能、电子信息、自动化等理工类本科专业的专业基础课程。在理论层面，要使学生理解微型计算机基本工作原理；在实践层面，要运用直接与硬件打交道的汇编语言进行编程，理解计算机程序基本运行过程。通过本课程，可使学生基本理解微型计算机的基本结构、信息表示、系统时钟、三总线、硬件系统、指令系统、汇编语言框架和汇编程序设计方法，基本理解微型计算机的存储器、串行通信接口、中断系统、定时器、模数与数模转换、直接存储器存取等，并可以通过汇编语言编程体会其中的工作过程，为高级语言程序设计、微型计算机应用系统软硬件设计、嵌入式人工智能等提供知识基础。

二、教学内容

第1章微型计算机基本结构及信息表示

【目的要求】

了解微型计算机的基本概况与发展简史、基本结构（包括CPU、存储器、I/O接口、三总线等基本概念）；了解微机原理的实践选型；理解和掌握计算机中常用的数制，以及数制之间的转换方法；理解和掌握计算机中信息的表示方式，包括位、字节、浮点数等基本含义，也包括字符编码方式等基本内容。

【重点难点】

计算机中信息的表示方式

【教学内容】

1.1 微型计算机概述

1.2 微机原理的实践选型

1.3 数制及数制之间的转换方法

1.4 计算机中信息的基本表示方式

1.5 文字在计算机中的存储方式—字符编码

第2章微型计算机的硬件系统

【目的要求】

理解微型计算机的硬件最小系统，理解CPU中的寄存器、微型计算机存储器映像，以一个MCU芯片为例，理解微型计算机硬件最小系统的构件化设计方法

【重点难点】

硬件最小系统、CPU中的寄存器、存器器映像、通用嵌入式计算机

【教学内容】

2.1 微型计算机的硬件共性结构及基本性能指标

2.2 Arm Cortex-M微处理器概述

2.3 CPU内部寄存器与存储器映像

2.4 Arm Cortex-M4内核的微型计算机芯片实例

2.5 由STM32L431构建的通用嵌入式计算机

第3章指令系统

【目的要求】

理解寻址方式，理解基本指令系统，记住几个简单指令；归纳基本指令的理解方法；通过汇编环境了

解指令对应的机器码，直观的基本理解助记符与机器指令的对应关系；了解GUN汇编器的基本语法

【重点难点】

归纳基本指令的理解方法、基本理解助记符与机器指令的对应关系

【教学内容】

3.1 指令保留字与寻址方式

3.2 基本指令系统

3.3 指令集与机器码对应表

3.4 GUN汇编器的基本语法

第4章汇编语言框架

【目的要求】

理解汇编语言编程框架及各部分作用；理解第一个汇编程序的运行过程；理解软件干预硬件的基本方法；通过实例完成第一个工程的入门，学会下载程序与调试程序的基本方法

【重点难点】

第一个汇编程序的运行过程；GPIO构件

【教学内容】

4.1 初识程序运行

4.2 汇编工程框架及执行工程分析

4.3 认识工程框架中的GPIO构件

4.4 实验一：理解汇编程序框架及运行

第5章基于构件的汇编程序设计方法

【目的要求】

理解软件构件基本概念及构件设计中所需遵循的基本原则；理解程序流程控制基本方法，包括顺序结构、分支结构、循环结构等

【重点难点】

汇编语言中程序流程控制基本方法

【教学内容】

5.1 构件及其设计方法

5.2 程序流程控制

5.3 汇编程序设计实例

5.4 实验二：基于构件方法的汇编程序设计

第6章存储器

【目的要求】

了解存储器的功能与分类，了解随机存储器、只读存储器等；掌握Flash存储器的读取与写入方法；理解高速缓存原理。

【重点难点】

随机存储器与只读存储器区别、Flash存储器的读取与写入方法、高速缓存原理

【教学内容】

6.1 存储器的功能与分类

6.2 随机存储器与只读存储器

6.3 SD卡与高速缓存

6.4 Flash存储器

6.5 存储器实验设计举例

6.6实验三：存储器实验

第7章串行通信接口

【目的要求】

理解串行通信的基本原理，理解UART驱动构件的要素与编程方法，了解构件的制作过程

【重点难点】

通信的基本原理、UART驱动构件

【教学内容】

7.1 串行通信的基础知识

7.2 UART驱动构件及使用方法

7.3 串行通信的编程举例

7.4 实验四：基于串行通信构件的汇编程序设计

第8章中断系统及定时器

【目的要求】

理解中断的基本概念及编程实现方法；理解定时器工作原理

【重点难点】

中断的基本概念及编程实现方法

【教学内容】

8.1 中断系统

8.2 定时器

8.3 基于定时器的中断编程举例

8.4 实验五：理解中断与定时器

第9章模数转换与数模转换

【目的要求】

掌握了解模/数转换（ADC）的基本概念与编程方法，了解滤波原理与编程方法；了解数/模转换（DAC）的基本概念与编程方法

【重点难点】

模/数转换（ADC）的基本概念与编程方法