盡管在最近三十年中，大規(guī)模集成電路技術(shù)和計算機軟硬件技術(shù)，特別是微處理器和微型計算機技術(shù)的進步有了翻天覆地的變化，然而，作為電子信息類各專業(yè)重要的專業(yè)基礎(chǔ)課，“微機原理與接口技術(shù)”課程的內(nèi)容及實驗方式仍停留在上世紀80年代。我們不妨打開幾乎任何一本上世紀80年代和2012年最近的同名教材《微機原理與接口技術(shù)》，就會發(fā)現(xiàn)，在這里，時間是凝固的，內(nèi)容是穿越的。這是因為它們的核心內(nèi)容，基本技術(shù)，硬件形式和實驗方法沒有發(fā)生任何變化�？梢韵胂�，讀者根本無法從中感受到這一課程與外部世界信息技術(shù)進步的風馳電騁般的腳步聲有何聯(lián)系。顯然這一課程的許多內(nèi)容及實驗方式顯得過于陳舊，已不能完全適應現(xiàn)代的微機技術(shù)了，有必要進行適當?shù)母母锱c補充：

◆ 現(xiàn)代微機系統(tǒng)早已進入了片上系統(tǒng)SOC（System Of a Chip）時代，孤立地討論微機中各接口部件結(jié)構(gòu)原理的同時，也應該描述微機的整體結(jié)構(gòu)及構(gòu)建技術(shù)，理應給出與現(xiàn)代微機作為SOC整體結(jié)構(gòu)相吻合的整機構(gòu)建原理及工程技術(shù)；

◆ 現(xiàn)代微機中早已沒有了早期PC機中離散的接口器件了（如8255、8237等芯片，盡管還保留了它們的功能），但在教學和實驗中就不應僅僅圍繞這些早期的離散器件來進行，而是應該把它們作為微機SOC整體中的一個部分來認識和討論；

◆ 與上世紀80年代的電子技術(shù)水平完全不同，現(xiàn)在已進入了電子設(shè)計自動化的時代，不僅諸如8255、8237、8254這樣的接口器件可以利用EDA技術(shù)進行自主設(shè)計，即使是CPU這樣的大規(guī)模芯片，乃至整個SOC微機系統(tǒng)，用戶也同樣能自主構(gòu)建。所有這些也應該在教學內(nèi)容和實驗中有所反應，因為這些內(nèi)容將使學生深化對微機原理和接口器件的認識。

◆ 對于這門課程，現(xiàn)在仍然沿襲早期的孤立和被動地認知微機原理和學習接口技術(shù)的教學方法。所謂孤立，就是不與其他的學科，如計算機組成、嵌入式系統(tǒng)、EDA技術(shù)、SOC技術(shù)等，有任何相關(guān)性，即無法與其他學科體系進行有機融合；所謂被動，就是只是單向地學會使用一些現(xiàn)成的接口器件和接口技術(shù)，而無法主動地自主設(shè)計新的接口器件和給出新的接口技術(shù)。這勢必極大地限制了學生的視野，約束了他們的創(chuàng)新意識。這一切都必須在這門課程中引入全新的內(nèi)容加以改變。針對以上的討論， 清華大學出版社將于2013年推出《微機原理與接口技術(shù)——原理、技術(shù)與SOC實現(xiàn)》一書，作者是杭州電子科技大學與桂林電子科技大學的有關(guān)教師。此教材的整體結(jié)構(gòu)和基本內(nèi)容與傳統(tǒng)《微機原理與接口技術(shù)》有很好的吻合，但為了融入新的內(nèi)容，作了必要的精簡。作者將EDA與SOC技術(shù)有機地融入了相關(guān)章節(jié)中，并在各對應章節(jié)后增加了有良好針對性的實驗及自主設(shè)計實踐項目。例如，在涉及接口技術(shù)的各章中，除了按習慣的流程介紹傳統(tǒng)的基本概念、常用器件（如8088/8086、8255、8259、8237、8253、16550等）和接口技術(shù)外，還特別增加了對應的SOC技術(shù)的介紹：

這里以并行接口技術(shù)章節(jié)的8255為例。此章在完成傳統(tǒng)內(nèi)容的講解后，首先介紹8255 IP核的基本概念和使用方法，包括介紹此核與傳統(tǒng)8255芯片的異同點；然后在EDA工具平臺上介紹8088/8086 CPU IP核與8255核的接口方法以及8255核與外設(shè)的接口技術(shù)；最后介紹如何將8088/8086 CPU核與接口器件8255核構(gòu)成一個能夠執(zhí)行標準匯編指令的簡易結(jié)構(gòu)的微機系統(tǒng)（包括必要的嵌入式存儲器）。詳細討論通過仿真測試并下載于一片F(xiàn)PGA中之后，利用各種實時測試工具對下載于FPGA中“微機”SOC系統(tǒng)的硬件功能及其軟件程序執(zhí)行的各種情況。在這個過程中，學生不僅是被動的學習者和應用者，尤其了成為能動的自主設(shè)計者！這一切反過來又促進了對微機接口技術(shù)的深入掌握。

最后還要增加三個部分或三個逐步升級的內(nèi)容，這些內(nèi)容將之前的章節(jié)作整合和歸納，并逐章升華：第一部分根據(jù)實用要求，介紹自主設(shè)計與應用除傳統(tǒng)接口器件（如8253、8279等）以外的接口模塊的方法，包括自主設(shè)計接口模塊與SOC微機系統(tǒng)的軟硬件接口技術(shù)以及與外設(shè)的接口技術(shù)；第二部分討論的內(nèi)容是將之前介紹的一個個簡易微機系統(tǒng)整合成一個完整的，功能全面的SOC微機系統(tǒng)，其基本結(jié)構(gòu)所包含的IP核主要有8088/8086、8255、8259、8237、8253、16550及自主設(shè)計的接口模塊和各類存儲器等，以及對此SOC系統(tǒng)的軟硬件測試技術(shù)和系統(tǒng)實用方法；

一、模塊化微機原理與接口技術(shù)實驗與SOC設(shè)計綜合開發(fā)系統(tǒng)

SOC片上系統(tǒng)8088完成的實驗：

 ◇ 8255可編程I/O核的構(gòu)建，硬件實驗，以及8088 CPU與8255接口的硬件構(gòu)建及軟件設(shè)計實驗，和相關(guān)接口實驗；

◇ 8253定時器核的構(gòu)建，硬件實驗，以及8088 CPU與8253接口的硬件構(gòu)建及軟件設(shè)計實驗，和相關(guān)接口實驗；

◇ 8237 DMA核的構(gòu)建，硬件實驗，以及8088 CPU與8237接口的硬件構(gòu)建及軟件設(shè)計實驗，和相關(guān)接口實驗；

◇ 8259中斷控制核的構(gòu)建，硬件實驗，以及8088 CPU與8259接口的硬件構(gòu)建及軟件設(shè)計實驗，和相關(guān)接口實驗；

◇ 8250 UART串行通信核的構(gòu)建，硬件實驗，以及8088 CPU與8250接口的硬件構(gòu)建及軟件設(shè)計實驗，和相關(guān)接口實驗；

◇ 8088與所有IP核構(gòu)建綜合系統(tǒng)的硬件實驗以及軟件實驗：多首歌曲演奏設(shè)計實驗；

◇ 8088與所有IP核構(gòu)建綜合系統(tǒng)的硬件實驗以及軟件實驗：GPS應用設(shè)計實驗；

◇ 8086與所有IP核構(gòu)建綜合系統(tǒng)的硬件實驗以及軟件實驗，BIOS ROM建立，MS-DOS操作系統(tǒng)啟動；

◇ 8086與所有IP核構(gòu)建綜合系統(tǒng)的硬件實驗以及軟件實驗，VGA顯示，PS2鍵盤控制，DOS命令控制接口及WINDOWS系統(tǒng)及相關(guān)軟件運行；

◇ 8086與所有IP核構(gòu)建綜合系統(tǒng)的硬件實驗以及軟件實驗，8086嵌入式系統(tǒng)TURBO C調(diào)試實驗。

◇ 基于8086/8088和其他所有接口模塊的自主創(chuàng)新實驗。        

模塊化微機原理與接口技術(shù)SOC實驗系統(tǒng)KX_MCD55的結(jié)構(gòu)框圖。通常，諸如微機原理與接口技術(shù)、計算機組成原理、EDA技術(shù)、單片機技術(shù)或SOPC實驗等傳統(tǒng)實驗平臺多數(shù)是整體結(jié)構(gòu)型的，雖也可完成多種類型實驗，但由于整體結(jié)構(gòu)不可變動，實驗項目和類型是預先設(shè)定和固定的，很難有自主發(fā)揮的余地，因此主要是完成一些驗證性實驗。如果學生的創(chuàng)新思想與創(chuàng)新設(shè)計與實驗系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)不吻合，便無法在此平臺上獲得驗證。

 模塊化結(jié)構(gòu)給出了最好的解決方案：

 ○ 在實驗和創(chuàng)新實踐中，能提供用于構(gòu)建微機系統(tǒng)中必須的邏輯和存儲器資源，豐富到足以涵蓋微機系統(tǒng)任何邏輯規(guī)模的結(jié)構(gòu)以及學生的創(chuàng)造力所及的任何形式的設(shè)計項目。

○ 在外圍接口方面，除大量豐富的接口模塊，如VGA、PS2、USB、SD卡、RS232串口、語音處理、AD/DA等等現(xiàn)成的模塊外，還提供能適應實驗者隨時根據(jù)自己的創(chuàng)新實驗需要，自主安排和設(shè)計新功能模塊的標準接口。

○ 從微機原理與接口技術(shù)這一課程的性質(zhì)可以看出，將實驗硬件平臺定位于大規(guī)模邏輯容量的Cyclone III系列FPGA，在硬件測試，軟件調(diào)試，軟硬件聯(lián)合測試與驗證方面是十分必須的，特別是基于Quartus II平臺的強大的測試工具，如Signal Tap II、In-System Sources and Probes 和In-System Memory Content Editor等具有不可替代的功能。此外，特別要指出的是，KX_MCD55系統(tǒng)在除了適用于此教材中涉及的所有驗證性實驗和自主設(shè)計性實踐項目外，還能很專業(yè)地包涵諸如數(shù)字系統(tǒng)實驗、EDA技術(shù)實驗、VHDL/Verilog硬件描述語言應用實驗、SOPC開發(fā)和各類IP應用等。

 與《微機原理與接口技術(shù)——原理、技術(shù)與SOC實現(xiàn)》教材配套的實驗開發(fā)與創(chuàng)新設(shè)計的設(shè)備是：

 型號:KX-MCD10完成以下實驗：

▲ 基于狀態(tài)機控制指令的16位CISC CPU設(shè)計與測試,包括CPU創(chuàng)新設(shè)計競賽實踐項目；

▲ 基于流水線架構(gòu)的16位RISC 精簡指令CPU設(shè)計，與相關(guān)實驗；

▲ 基于32位Nios II嵌入式處理器和Qsys開發(fā)環(huán)境的SOPC實驗與開發(fā)；

▲ 基于Open RISC 1200系列的32位RISC處理器嵌入式SOC系統(tǒng)實驗與開發(fā)；

▲ 基于8088/8086 IP核的微機SOC系統(tǒng)，以及8253定時器IP核、8237 DMA IP核、8259中斷控制IP核、8255可編程I/O IP核和8250 UART串行通信IP軟核構(gòu)建的SOC微機系統(tǒng)；此FPGA內(nèi)部SRAM中含BIOS啟動ROM、顯示緩存、PS2緩存等；能啟動MS-DOS操作系統(tǒng)和Windows操作系統(tǒng)，在VGA顯示器上用PS2鍵盤和鼠標完成DOS和部分Windows命令及運行各種基于命令行的傳統(tǒng)軟件與視窗軟件。

▲ 基于8051單片機IP核的SOC片上系統(tǒng)設(shè)計系列實驗。 

  KX-MCD10配置如下： 

 一、基本平臺 編號:A 主系統(tǒng)

☆此平臺最多可同時插12 塊模塊板�！� KX_USB-Blaster2型雙功能編程器：(1)USB-Blaster編程下載功能(支持AS、PS、JTAG模式):1、對FPGA/CPLD進行配置或編程；2、對配置器件EPCSx編程；3、訪問和編輯FPGA內(nèi)部RAM；4、調(diào)試Nios2，完成SOPC設(shè)計；5、支持SignalTapII 嵌入式邏輯分析儀。(2)USB到UART串行通信轉(zhuǎn)換：1、通過USB與FPGA串行通信，實現(xiàn)PC與FPGA的串行通信，且無需RS232電平轉(zhuǎn)換；2、通過USB與單片機的串行通信，實現(xiàn)PC與通用單片機的UART串行通信；3、通過USB對STC等系列單片機進行直接編程開發(fā)，無需電平轉(zhuǎn)換。☆ ByteBlasterMV編程器一個（可對isp單片機編程）�！� 5功能智能邏輯筆：可顯示高電平、低電平、中電平、高阻態(tài)、脈沖信號。注意有“高阻態(tài)”測試功能�！� 獨立的標準時鐘頻率20個。20MHZ-0.5HZ。☆ 電源有自動保護的+5V，+12V、-12V、、+3.3V、2.5V+、1.2V�！� 8個LED放光二級管，8個乒乓開關(guān)，揚聲器�！� DDS信號輸出口及幅度、偏移調(diào)諧。