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田辉-非计算机专业计算机硬件类课程建设.pdf

编号：148931

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1、2023新时代高校电子电气教学改革与创新研讨会非计算机专业计算机硬件类课程建设田辉北京邮电大学信息与通信工程学院2023.11目录01课程概述02课程建设03进一步工作课程概述指导思想以学生发展为中心，通过课堂教学改革促进学习革命，强化思维训练，提升学业挑战度，激发学生的学习兴趣和潜能。组织建设信息技术与教育教学深度融合、多种介质综合运用、表现力丰富的新形态教材。北京邮电大学关于加快建设一流本科教育全面提高人才培养能力的实施意见，2019年1月4日“坚持中国特色社会主义教育发展道路培养德智体美劳全面发展的社会主义建设者和接班人”全国教育大会，2018年9月10日课程概述挑战计算机技术的快速

2、发展，尤其是嵌入式微处理器的普遍应用国家需求发展趋势新工科，培养创新型、复合型人才课程内容体系该如何跟进？目录01课程概述02课程建设03进一步工作课程建设-历程70年代初80年代末微机原理与接口技术北京市精品教材21世纪重点大学规划教材课程成果2003提出不依赖于某种芯片的课程体系2007国家级特色专业2008首次通过专业认证20132015信息通信学科A+2019北京市重点一流专业通过二次专业认证计算机原理与应用ARM CortexM4模型机教指委推荐教材北邮-华为学院课程北邮高新课彻程北邮优秀课程北邮精品课程北京市教改项目国家十二五规划教材（第二本）课程支撑成果2012国家级实验教学示范

3、中心信息通信学科排名第一2020北京高等学校优质本科教材(重点)国家十二五规划教材北邮信通院微机原理与接口技术课程建设历程2022校首批“十四五”规划教材2023教指委推荐教材课程建设-理论单片机8086嵌入式微机原理与接口技术核心思想：构建不依赖于特定芯片的课程体系与平台无关课程建设-理论实现方式构造具有原理性、基础性、完整性的微机原理与接口技术课程框架原理性：具有普遍意义；基础性：为进一步学习所必须；完整性：覆盖不同平台轻芯片，重原理芯片可以过时，原理不易过时;对于学生能力培养有益的内容要优先选择；不重芯片不等于不要芯片，还可能出现不止一种芯片，如何能有机融合，而不是简单叠加课程建设-

4、理论立足培养目标，探索易“芯”求新的授课体系以Intel 8086 CPU为模型机芯片及接口几乎见不到，也没有相应的应用Intel2018之前自编教材第二版以ARM Coretex-M4系列处理器为模型机芯片更新快；接口种类多导致教材内容多；接口集成在芯片中ARM升级2019年开始使用自编教材第三版讲最基本的、共性的东西，突出课程重点，突出基本原理，突出原理的普遍性，并加强工程实践能力的培养课程建设-理论建设难点ARM Cortex-M4处理器比之前的Intel8086 处理器复杂上百倍，要讲清楚相同的概念和微处理器及接口的工作原理和工作过程需要涉及较多的内容讲最基本的、共性的

5、东西，突出课程重点，突出基本原理，突出原理的普遍性，强化动手和应用嵌入式处理器是将CPU、内存、接口、总线等给封装在一个芯片上的，对学习者是不可见的。可参考的教材少、资料少，可用的例题少，尤其是汇编语言程序设计方面的例题1.复杂性2.实操性3.抽象性4.参考性课程建设-理论难点突破：课程内容重新组织输入输出接口基础I/O接口编址及译码、同步控制方式、分析和设计接口基本方法具体接口介绍概述、过程、模块介绍如并口：并口概述、并行输入输出过程、STM32F407的GPIO模块并行接口设计接口芯片可以选择可编程接口芯片直接使用集成在微控制器芯片内的通用I/O接口（GPIO）并行输入输出过程根据外

6、设的特性，在并行接口与外设之间除了设置并行数据线外，还需要考虑是否需要握手联络线无握手联络并行输入输出有握手联络的并行输入输出可编程并行接口具有配置灵活的特点通过编程，可直接对I/O端口的每个I/O引脚进行配置，例如它的工作模式、输出速度等课程建设-实验难点突破：配套实验设计软件实验硬件实验应用实践微处理器存储器输入/输出总线基本原理在理论教学上，选取既系统完备又难度适宜的计算机基本原理，力争在较少的课时内完成完整的计算机系统原理和技术的教授；在实践教学上，设计与原理讲授相匹配的丰富示例和课程实践，通过硬件和软件结合的综合实验项目，以达到深入理解基本原理和培养动手应用能力的目的认知指引实践

7、实践检验认知指令集核核课程建设-实验难点突破：配套实验设计微型计算机系统概述ARM微处理器ARM指令系统ARM汇编程序设计半导体存储器总线中断系统与Cortex-M处理器的异常输入/输出接口技术基本原理部分40学时应用实践部分8学时综合实验1：流水灯综合实验2：双端口存储器综合实验3：外部中断设计课程建设-实验课程组老师参加硬件培训，并探讨实验课内容及实验设备的功能模块定制硬件实验设备及实验内容讲授，悉心听取学生反馈意见课程建设-实验基于Proteus的仿真实验，定制化实验箱，录制的实验视频定制化实验箱录制的实验视频基于Proteus的仿真实验课程建设单片机8086嵌入式微机原理与接口技术基于

8、8086CPU嵌入式ARM Cortex-M4拟编写出版教材第四版：获校首批“十四五”规划教材、教指委推荐教材课程建设-科产教融合强化课程内容与产业和科技发展的联系科研产业课程原理教材核心驱动原理承载科技外沿产业外沿融合原则课程建设-科产教融合完成世界首个宽带TDD试验验证系统基站北邮试验环境移动台TDD 4G试验平台（2006年，中国北京、上海）MAC板核心处理芯片：两片Xilinx公司的Virtex5-FX130T FPGA，内嵌双PowerPC440嵌入式处理器课程建设-科产教融合双端口存储器写地址产生逻辑读地址产生逻辑写控制信号读控制信号空/满标志产生逻辑写时钟写信号读信号读时钟满/几

9、乎满写数据读数据写地址读地址空/几乎空FIFO即first in first out，先进先出缓存，主要由两部分组成：1、RAM：双端口RAM，用于存储数据2、控制逻辑：写地址控制，读地址控制，空满控制FIFO的设计就是控制逻辑的设计！包括：1、写地址控制：写信号有效,则写地址信号递增2、读地址控制：读信号有效,则读地址信号递增3、空满控制：通过读写地址的差值进行控制FIFO设计结构datan-1datan-2.data0n-10data1写地址读地址差值1、使用双端口RAM，读写地址互不干扰；2、初始时读写地址都赋为0，空信号有效，满信号无效；3、写信号有效时，如果写地址不等于最大值N-

10、1,则写地址加1，否则写地址等于0；读信号有效时，如果读地址不等于最大值N-1,则读地址加1，否则读地址等于0；4、如果读写地址不相等，则写地址减去读地址的差值，即为FIFO中的数据数目；否则如果读地址追上写地址，则FIFO中有0个数据，如果写地址追上读地址，则FIFO中有N个数据；5、通过数据数目确定FIFO空满状态，如果个数为0，则FIFO空信号有效；如果个数为N则FIFO满信号有效；如果个数小于将空值，则FIFO将空信号有效；如果个数大于将满值，则FIFO将满信号有效。FIFO实现原理课程建设-知识图谱已完成课程的知识图谱目录01课程概述02课程建设03进一步工作进一步工作完善思政元素融入更多的科产案例完善知识图谱制作课程MOOC 编写、出版第四版教材建设基于我国自主产权的处理器芯片课程体系如基于华为微处理器的教学内容，共建华为生态，培养产业所需人才。内容包括微处理器架构、开发工具链等，提升学生的工程能力和使命感。请各位老师批评指正！

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