1、基于嵌入式芯片微機原理課程改革 進入21世紀后，計算機軟硬件技術(shù)繼續(xù)在快速發(fā)展，大學計算機基礎(chǔ)教學也面臨這新的挑戰(zhàn)。大學計算機基礎(chǔ)教學進入了一個新階段。 新階段的中心任務是要研究和解決在計算機技術(shù)發(fā)展的新形勢下，大學計算機基礎(chǔ)教學應該如何發(fā)展，才能適應新的形勢的要求。大學計算機基礎(chǔ)教學改革的新階段大學計算機基礎(chǔ)教學改革的新階段 大學計算機基礎(chǔ)大學計算機基礎(chǔ) 課程的改革使得課程的改革使得計算機文化基礎(chǔ)的教學內(nèi)容向深度和計算機文化基礎(chǔ)的教學內(nèi)容向深度和廣度發(fā)展。廣度發(fā)展。 對于大學計算機基礎(chǔ)的教學目的、對于大學計算機基礎(chǔ)的教學目的、教學內(nèi)容的討論教學內(nèi)容的討論 是一種成熟的表現(xiàn)。是一種成熟的表現(xiàn)。

2、大學計算機基礎(chǔ)教學改革的新階段大學計算機基礎(chǔ)教學改革的新階段 在程序設(shè)計課程的設(shè)置和改革方在程序設(shè)計課程的設(shè)置和改革方面，也出現(xiàn)了各種不同的方案和做法。面，也出現(xiàn)了各種不同的方案和做法。 不少學校提出了可以讓學生選擇不同不少學校提出了可以讓學生選擇不同的高級語言的高級語言 。計算機硬件基礎(chǔ)課程的現(xiàn)狀計算機硬件基礎(chǔ)課程的現(xiàn)狀 對于大多數(shù)工科專業(yè)來說，計算機硬對于大多數(shù)工科專業(yè)來說，計算機硬件技術(shù)基礎(chǔ)課程基本上是經(jīng)過了兩個件技術(shù)基礎(chǔ)課程基本上是經(jīng)過了兩個階段。階段。 第一個階段是第一個階段是Z80階段。階段。 第二階段：第二階段：8086/8088階段。階段。 8086/8088Intel公司在公

3、司在1978/1979年推年推出的出的16位微處理器。位微處理器。 計算機硬件基礎(chǔ)課程的現(xiàn)狀計算機硬件基礎(chǔ)課程的現(xiàn)狀 8088/8086CPU早就退出了應用領(lǐng)域早就退出了應用領(lǐng)域 ; 和和8086相應的配套芯片在計算機中也相應的配套芯片在計算機中也早就不再使用。早就不再使用。 在課程進行過程中，理論脫離實際、在課程進行過程中，理論脫離實際、理論落后實際的情況比比皆是。理論落后實際的情況比比皆是。 計算機硬件基礎(chǔ)課程的現(xiàn)狀計算機硬件基礎(chǔ)課程的現(xiàn)狀 如果說，大學的計算機基礎(chǔ)教學經(jīng)常如果說，大學的計算機基礎(chǔ)教學經(jīng)常落后于計算機技術(shù)的發(fā)展，那么，計落后于計算機技術(shù)的發(fā)展，那么，計算機硬件技術(shù)基礎(chǔ)課程就

4、是最典型的算機硬件技術(shù)基礎(chǔ)課程就是最典型的例子。例子。 計算機硬件技術(shù)基礎(chǔ)課程的改革應該計算機硬件技術(shù)基礎(chǔ)課程的改革應該往哪里走？往哪里走？ 快速發(fā)展的嵌入式芯片及系統(tǒng)快速發(fā)展的嵌入式芯片及系統(tǒng) 然而，當前計算機技術(shù)發(fā)展的一個重然而，當前計算機技術(shù)發(fā)展的一個重要的趨勢是嵌入式芯片和系統(tǒng)的發(fā)展。要的趨勢是嵌入式芯片和系統(tǒng)的發(fā)展。 嵌入式系統(tǒng)（嵌入式系統(tǒng)（Embedded Systems）是以應用為中心，以計算技術(shù)為基礎(chǔ)，是以應用為中心，以計算技術(shù)為基礎(chǔ)，軟件硬件可剪裁的適應應用系統(tǒng)對功軟件硬件可剪裁的適應應用系統(tǒng)對功能、可靠性、成本、體積、功耗等嚴能、可靠性、成本、體積、功耗等嚴格綜合性要求的專

5、用計算機系統(tǒng)。格綜合性要求的專用計算機系統(tǒng)。 消費電子消費電子嵌入式應用嵌入式應用信息家電信息家電智能玩具智能玩具軍事電子軍事電子通信設(shè)備通信設(shè)備移動存貯移動存貯工控設(shè)備工控設(shè)備智能儀表智能儀表汽車電子汽車電子網(wǎng)絡設(shè)備網(wǎng)絡設(shè)備 工業(yè)工業(yè) 軍事國防軍事國防電子商務電子商務網(wǎng)絡網(wǎng)絡嵌入式處理器快速成長嵌入式處理器快速成長$70億億ARM處理器處理器 目前嵌入式芯片市場主要流行的是基目前嵌入式芯片市場主要流行的是基于于ARM公司設(shè)計的處理器內(nèi)核的嵌入公司設(shè)計的處理器內(nèi)核的嵌入式芯片。式芯片。 ARM公司是一家設(shè)計高性能嵌入式內(nèi)公司是一家設(shè)計高性能嵌入式內(nèi)核的科技公司，通過出售知識產(chǎn)權(quán)來核的科技公司，

6、通過出售知識產(chǎn)權(quán)來獲利。獲利。 ARM的全球合作伙伴半導體和系統(tǒng)伙伴半導體和系統(tǒng)伙伴, 操作系統(tǒng)伙伴操作系統(tǒng)伙伴, 開發(fā)工具伙伴開發(fā)工具伙伴, 應用伙應用伙伴伴, ARM技術(shù)共享計劃（技術(shù)共享計劃（ATAP）引入嵌入式處理器引入嵌入式處理器 嵌入式處理器具有微機原理嵌入式處理器具有微機原理課程中所涉及的處理器的所有特課程中所涉及的處理器的所有特征。在微機原理課程中引入征。在微機原理課程中引入嵌入式處理器應該是計算機硬件嵌入式處理器應該是計算機硬件技術(shù)基礎(chǔ)課程改革的一條可選之技術(shù)基礎(chǔ)課程改革的一條可選之路。路。 優(yōu)勢和困難優(yōu)勢和困難 微機原理課程主要內(nèi)容包括：處微機原理課程主要內(nèi)容包括：處理器體

7、系結(jié)構(gòu)、匯編語言程序設(shè)計、理器體系結(jié)構(gòu)、匯編語言程序設(shè)計、存儲器、計算機接口等。存儲器、計算機接口等。 引入嵌入式處理器必須保證課程的核引入嵌入式處理器必須保證課程的核心內(nèi)容不能受到?jīng)_擊，而且要能夠提心內(nèi)容不能受到?jīng)_擊，而且要能夠提高課程的質(zhì)量。高課程的質(zhì)量。 優(yōu)勢和困難優(yōu)勢和困難 主要使用的主要使用的ARM處理器都是處理器都是32位位RISC芯片，體系結(jié)構(gòu)的設(shè)計比芯片，體系結(jié)構(gòu)的設(shè)計比8088/8086有很大的改進。同學們有很大的改進。同學們可以接觸更先進的計算機體系結(jié)構(gòu)，可以接觸更先進的計算機體系結(jié)構(gòu)，了解當前的主流硬件技術(shù)。了解當前的主流硬件技術(shù)。 由于由于ARM采用采用RISC技術(shù)，使

8、用的是精技術(shù)，使用的是精簡指令集，指令的尋址方式和指令系簡指令集，指令的尋址方式和指令系統(tǒng)并不因為是統(tǒng)并不因為是32位系統(tǒng)而變得很復雜。位系統(tǒng)而變得很復雜。所以，引入嵌入式芯片，在指令系統(tǒng)所以，引入嵌入式芯片，在指令系統(tǒng)方面并不會增加多少負擔。方面并不會增加多少負擔。 程序設(shè)計的模式更加結(jié)合實際。程序設(shè)計的模式更加結(jié)合實際。 在嵌入式系統(tǒng)的情況下，一方面要求在嵌入式系統(tǒng)的情況下，一方面要求對于指令系統(tǒng)和匯編語言有必要的了對于指令系統(tǒng)和匯編語言有必要的了解。同時，還會提供高級語言的程序解。同時，還會提供高級語言的程序接口。同學們會接觸到實際的嵌入式接口。同學們會接觸到實際的嵌入式系統(tǒng)開發(fā)的環(huán)境和

9、實踐。系統(tǒng)開發(fā)的環(huán)境和實踐。 學習多種存儲器的擴充方法。學習多種存儲器的擴充方法。 不僅可以學習一般的存儲器擴充的方不僅可以學習一般的存儲器擴充的方法，還會學習到各種不同類型的存儲法，還會學習到各種不同類型的存儲器在擴充時的區(qū)別。如擴展器在擴充時的區(qū)別。如擴展SDRAM、FLASH、或者、或者SRAM。 接口的選擇將更加多樣化。接口的選擇將更加多樣化。 嵌入式芯片提供了實際的接口技術(shù)的解決方案，嵌入式芯片提供了實際的接口技術(shù)的解決方案，而且接口的選擇更加多樣化。除了最基本的并行而且接口的選擇更加多樣化。除了最基本的并行接口、接口、UART串行接口、計數(shù)器串行接口、計數(shù)器/定時器接口外，定時器接

10、口外，還提供還提供USB接口、網(wǎng)絡接口、數(shù)模轉(zhuǎn)換接口，以接口、網(wǎng)絡接口、數(shù)模轉(zhuǎn)換接口，以及及I2C總線接口、總線接口、CAN總線接口等，可供不同專總線接口等，可供不同專業(yè)、不同應用場合的選擇。業(yè)、不同應用場合的選擇。 在微機原理課程中引入嵌入式芯在微機原理課程中引入嵌入式芯片的難度也是不小的。片的難度也是不小的。 技術(shù)上的難度。技術(shù)上的難度。 人員上的難度。人員上的難度。 教材資料上的難度。教材資料上的難度。我們的實踐我們的實踐 在在2005年申請了教改立項：基于嵌年申請了教改立項：基于嵌入式芯片的入式芯片的“微機原理微機原理”課程改革，課程改革，主要目的是改變計算機硬件技術(shù)基礎(chǔ)主要目的是改變

11、計算機硬件技術(shù)基礎(chǔ)課程嚴重落后于計算機技術(shù)發(fā)展的現(xiàn)課程嚴重落后于計算機技術(shù)發(fā)展的現(xiàn)狀，建立一套以狀，建立一套以ARM32位嵌入式芯片位嵌入式芯片為核心的全新的微機原理及接口技為核心的全新的微機原理及接口技術(shù)課程體系和內(nèi)容。術(shù)課程體系和內(nèi)容。我們的實踐我們的實踐 討論確定了微機原理及接口技術(shù)討論確定了微機原理及接口技術(shù)（基于嵌入式芯片）課程的教學大（基于嵌入式芯片）課程的教學大綱。綱。 教學大綱既要覆蓋原來課程對于計算教學大綱既要覆蓋原來課程對于計算機硬件技術(shù)基礎(chǔ)的基本要求，也要適機硬件技術(shù)基礎(chǔ)的基本要求，也要適應嵌入式技術(shù)的發(fā)展增加新的內(nèi)容。應嵌入式技術(shù)的發(fā)展增加新的內(nèi)容。還要考慮學生的接受能

12、力。還要考慮學生的接受能力。我們的實踐我們的實踐 完成了和意法半導體公司成立完成了和意法半導體公司成立“嵌入嵌入式系統(tǒng)聯(lián)合實驗室式系統(tǒng)聯(lián)合實驗室”的一系列籌備工的一系列籌備工作。意法半導體公司（作。意法半導體公司（ST公司）是世公司）是世界著名的半導體廠商之一，他們生產(chǎn)界著名的半導體廠商之一，他們生產(chǎn)的的STR710F芯片是基于芯片是基于ARM7內(nèi)核的內(nèi)核的嵌入式芯片。聯(lián)合實驗室的建立為將嵌入式芯片。聯(lián)合實驗室的建立為將來基于嵌入式芯片的微機原理課來基于嵌入式芯片的微機原理課程實驗準備好了硬件的環(huán)境。程實驗準備好了硬件的環(huán)境。 我們的實踐我們的實踐 討論確定了微機原理及接口技術(shù)討論確定了微機原理及接口技術(shù)（基于嵌入式芯片）教材的編寫大（基于嵌入式芯片）教材的編寫大綱。綱。 教材以教