楊振南

(湖南科技學(xué)院 計(jì)算機(jī)與通信工程系，湖南 永州 425100)

微機(jī)原理課程是普通高等學(xué)校理工科專(zhuān)業(yè)的一門(mén)重要的計(jì)算機(jī)技術(shù)基礎(chǔ)課程，也是理工科學(xué)生學(xué)習(xí)和掌握計(jì)算機(jī)硬件基礎(chǔ)知識(shí)、匯編語(yǔ)言程序設(shè)計(jì)及常用接口技術(shù)的入門(mén)課程[1]。其課程內(nèi)容雜碎、概念抽象、原理缺少理論證明。為了達(dá)到應(yīng)用性人才培養(yǎng)的目標(biāo)，我校把該課程提前到大學(xué)二年級(jí)學(xué)習(xí)，學(xué)生初次接觸數(shù)字系統(tǒng)，普遍感覺(jué)到專(zhuān)業(yè)術(shù)語(yǔ)多，理解和學(xué)習(xí)困難，而且由于集成電子技術(shù)的高度發(fā)達(dá)，在實(shí)際應(yīng)用和教學(xué)中都無(wú)法看見(jiàn)處理器的內(nèi)部結(jié)構(gòu)，從而造成，在學(xué)習(xí)的過(guò)程中學(xué)習(xí)目的不明確，學(xué)習(xí)興趣不高，理解困難等現(xiàn)象。如何激發(fā)學(xué)習(xí)興趣，降低學(xué)習(xí)難度是微機(jī)原理教學(xué)中需要不斷改進(jìn)和提高的。作者經(jīng)過(guò)多年的微機(jī)原理教學(xué)實(shí)踐和思考，發(fā)現(xiàn)在課堂上充分利用聯(lián)想法和類(lèi)比法可以有效的幫助學(xué)生理解和掌握教學(xué)內(nèi)容，并且在一定程度上激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣。現(xiàn)將教學(xué)中用到的一些例子介紹如下：

一 聯(lián)想法

當(dāng)學(xué)生在第一次看見(jiàn)一些專(zhuān)用術(shù)語(yǔ)時(shí)，我們鼓勵(lì)學(xué)生根據(jù)字面意義進(jìn)行聯(lián)想。然后再把書(shū)本的知識(shí)和聯(lián)想到的內(nèi)容進(jìn)行關(guān)聯(lián)和對(duì)比分析。由此可以培養(yǎng)學(xué)生的自學(xué)能力和創(chuàng)新能力。

1.1 關(guān)于堆棧的聯(lián)想

堆棧是一個(gè)學(xué)生從沒(méi)有見(jiàn)過(guò)的詞。拆開(kāi)成堆和棧后，可以鼓勵(lì)學(xué)生展開(kāi)聯(lián)想。看見(jiàn)堆通常會(huì)聯(lián)想到土堆，書(shū)堆，草堆等，而它們都是有堆疊的特點(diǎn)。棧，比較少見(jiàn)，但是古代用得多，就是客棧。而客棧是用來(lái)給人住宿的。如果把人聯(lián)想成貨物，房間變成貨柜，那就很容易理解棧的意思了。再把堆棧聯(lián)合起來(lái)理解，就容易知道，堆棧：就是通過(guò)堆疊的方式來(lái)存放貨物的場(chǎng)所。在微機(jī)系統(tǒng)中，堆棧就是以堆疊的方式來(lái)存放數(shù)據(jù)的存儲(chǔ)空間。聯(lián)想草堆，書(shū)堆就容易發(fā)現(xiàn)，下面的東西最先堆上去，卻最后才能被取出，即具有先進(jìn)后出的特點(diǎn)。微機(jī)原理中的堆棧最重要的特點(diǎn)就是先進(jìn)后出。數(shù)據(jù)存入堆棧叫入棧，從堆中取出叫出棧。入棧和出棧又分別叫做壓棧和彈出，后面這兩個(gè)詞很形象的表達(dá)了堆棧中數(shù)據(jù)出入堆棧，指針自動(dòng)更新的特點(diǎn)。如果能夠聯(lián)想到手槍的彈夾，聯(lián)想到壓入子彈和彈簧彈出子彈，就可以很容易記住壓棧和彈出這兩詞了，后面討論堆棧指針就會(huì)很輕松了。

1.2 關(guān)于保護(hù)現(xiàn)場(chǎng)的聯(lián)想

看到這個(gè)詞，學(xué)生很容易聯(lián)想警察辦案的事故現(xiàn)場(chǎng)的保護(hù)。這時(shí)我們可以借機(jī)鼓勵(lì)學(xué)生思考，為什么要保護(hù)現(xiàn)場(chǎng)，如何保護(hù)。警察保護(hù)現(xiàn)場(chǎng)和微機(jī)原理中的保護(hù)現(xiàn)場(chǎng)會(huì)有哪些相似之處。警察保護(hù)現(xiàn)場(chǎng)是為了保護(hù)事故中的一些物品和證據(jù)不被破壞，以備以后調(diào)查和取證使用。微機(jī)系統(tǒng)中的保護(hù)現(xiàn)場(chǎng)就是要保護(hù)一些數(shù)據(jù)不被破壞或弄丟，以備以后使用。警察保護(hù)現(xiàn)場(chǎng)的方式是把場(chǎng)地圍起來(lái)，如果該場(chǎng)地上有更重要更緊急的活動(dòng)要開(kāi)展，比如要拍電影，這時(shí)該怎么保護(hù)現(xiàn)場(chǎng)呢。我們可以假設(shè)有一個(gè)很大的鏟子，可以原封不動(dòng)的一次性把事故現(xiàn)場(chǎng)這塊地皮鏟到別處，那么該地就可以用來(lái)拍電影了。待電影拍完后，又把鏟走的地皮鏟回來(lái)，就恢復(fù)了現(xiàn)場(chǎng)，從而起到保護(hù)現(xiàn)場(chǎng)的作用。在微機(jī)系統(tǒng)的現(xiàn)場(chǎng)保護(hù)與此類(lèi)似，處理器在執(zhí)行子程序之前，通過(guò)把主程序的斷點(diǎn)地址，寄存器中的數(shù)據(jù)，狀態(tài)位的數(shù)據(jù)都搬到堆棧中，待子程序執(zhí)行完后，再?gòu)亩褩Ｖ邪褦?shù)據(jù)搬回到寄存器和狀態(tài)位中，以實(shí)現(xiàn)保護(hù)現(xiàn)場(chǎng)和恢復(fù)現(xiàn)場(chǎng)。

1.3 關(guān)于陷阱標(biāo)志與單步的聯(lián)想

陷阱是用來(lái)捕獵的，單步似乎是一步一步走路的意思。這是學(xué)生看見(jiàn)這兩個(gè)詞的直接理解。在課堂上，教師可以把程序的一次執(zhí)行比作學(xué)生下課后從教室去食堂。在正常情況下，學(xué)生直接從教室走到食堂，我們看到的結(jié)果就是學(xué)生在教室出現(xiàn)然后在食堂出現(xiàn)。中間發(fā)生了什么，我們完全不知道。如果我們想要知道學(xué)生在路上發(fā)生了什么，我們就可以在學(xué)生的行走路線上設(shè)置陷阱，這樣學(xué)生就會(huì)掉入陷阱無(wú)法前進(jìn)，同樣的道理，我們給處理器置位陷阱標(biāo)志位，則程序會(huì)暫停；為了學(xué)生繼續(xù)前進(jìn)，需要有人把他從陷阱里面救出來(lái)，然后繼續(xù)前進(jìn)，如果每走一步前面都設(shè)置了陷阱，則每次都需要人去營(yíng)救，那么該學(xué)生從教室到食堂的整個(gè)過(guò)程就不再連續(xù)，而是一步一步走過(guò)去的，叫做單步前進(jìn)。同樣如果微機(jī)系統(tǒng)中陷阱標(biāo)志一直有效，則程序總是執(zhí)行一句就會(huì)暫停，等待用戶(hù)操作后才能執(zhí)行下一步，也叫單步執(zhí)行程序。而單步執(zhí)行的好處就是在程序執(zhí)行的每一個(gè)步驟中，我們可以看見(jiàn)處理器各個(gè)模塊的工作狀態(tài)和數(shù)據(jù)的變化，就像單步從教室走到食堂的學(xué)生在路上發(fā)生的所有細(xì)節(jié)都可以清楚的看到一樣。

除以上例子外，在微機(jī)原理其他知識(shí)點(diǎn)的學(xué)習(xí)中，都有可能通過(guò)字面進(jìn)行聯(lián)想，也可以鼓勵(lì)學(xué)生去聯(lián)想，把專(zhuān)業(yè)的術(shù)語(yǔ)與實(shí)際生活的事物聯(lián)想起來(lái)進(jìn)行分析和學(xué)習(xí)，因?yàn)槲C(jī)原理是介紹由人發(fā)明的一個(gè)裝置，是一門(mén)技術(shù)課[2]，它的許多術(shù)語(yǔ)本身就可能是根據(jù)生活中事物聯(lián)想而來(lái)的。此外，還可以鼓勵(lì)學(xué)生在以后的程序編寫(xiě)和硬件設(shè)計(jì)中，也要盡量用一些容易聯(lián)想和理解的詞語(yǔ)作為變量和信號(hào)名稱(chēng)。

二 類(lèi)比法

微機(jī)原理中的一些知識(shí)點(diǎn)非常抽象，與硬件相關(guān)難于理解，在課堂上通過(guò)類(lèi)比一些生活中的例子可以有效的幫助學(xué)生快速理解和記住。

2.1 關(guān)于中斷的類(lèi)比

把處理器執(zhí)行程序類(lèi)比成老師在課堂上講課，正常情況下老師連續(xù)的講課，但有的時(shí)候老師會(huì)暫停講課而干點(diǎn)其他的事，比如喝水，解決學(xué)生的提問(wèn)，接待教室外的客人等，然后老師接著前面的內(nèi)容繼續(xù)講。在這個(gè)例子中，老師類(lèi)比成處理器，講課類(lèi)比成主程序的執(zhí)行，那么老師暫停講課去干其他事，就是叫老師講課的中斷。這與處理器的中斷的概念非常相似。進(jìn)一步分析，還可以把喝水，解決學(xué)生問(wèn)題，接待客人等類(lèi)比成中斷子程序；老師講課被打斷內(nèi)容的位置類(lèi)比成斷點(diǎn)；導(dǎo)致老師講課暫停的原因類(lèi)比成中斷源；還可以把喝水類(lèi)比成內(nèi)部中斷，學(xué)生舉手提問(wèn)和教室外有客人咨詢(xún)類(lèi)比成外部中斷；接待客人時(shí)又有教務(wù)處檢查類(lèi)比成中斷嵌套。還可以鼓勵(lì)學(xué)生自己去尋找中斷請(qǐng)求，中斷響應(yīng)，中斷優(yōu)先級(jí)的類(lèi)比對(duì)象。

2.2 關(guān)于統(tǒng)一編址與獨(dú)立編址的類(lèi)比

這個(gè)知識(shí)涉及到具體的硬件，而且在本課程后續(xù)的教學(xué)和實(shí)驗(yàn)中接觸也很少，學(xué)生對(duì)這個(gè)知識(shí)的掌握普遍較差。如果把地址類(lèi)比成學(xué)號(hào)，把存儲(chǔ)器地址和接口地址類(lèi)比成不同專(zhuān)業(yè)的學(xué)生，理解起來(lái)就會(huì)非常直觀。假設(shè)某系大一新生146人，其中計(jì)算機(jī)科學(xué)與技術(shù)專(zhuān)業(yè)（后簡(jiǎn)稱(chēng)計(jì)科）78人和通信工程專(zhuān)業(yè)（后簡(jiǎn)稱(chēng)通信）68人。統(tǒng)一編址類(lèi)比成兩個(gè)專(zhuān)業(yè)統(tǒng)一編學(xué)號(hào)，則146個(gè)新生的學(xué)號(hào)為：1到146號(hào)。獨(dú)立編址類(lèi)比成各個(gè)專(zhuān)業(yè)獨(dú)立編學(xué)號(hào)，則計(jì)科班新生學(xué)號(hào)為：1到78號(hào)，通信班新生學(xué)號(hào)為：1號(hào)到68號(hào)。統(tǒng)一編號(hào)的優(yōu)勢(shì)是：不分專(zhuān)業(yè)統(tǒng)一對(duì)待，操作方便。獨(dú)立編號(hào)的優(yōu)勢(shì)是：編號(hào)的能力強(qiáng)，同樣的編號(hào)位數(shù)可以管理更多的學(xué)生。由此可以類(lèi)比記憶統(tǒng)一編址和獨(dú)立編址的概念及其優(yōu)缺點(diǎn)。

2.3 關(guān)于尋址方式的類(lèi)比

這個(gè)概念非常抽象，學(xué)生難于想象和理解。通過(guò)把尋址類(lèi)比成課堂上老師找學(xué)生，則可以把抽象具體化。學(xué)校對(duì)學(xué)生的管理是通過(guò)學(xué)號(hào)進(jìn)行的，學(xué)號(hào)類(lèi)似于存儲(chǔ)器的地址；而學(xué)生又是有名稱(chēng)的，類(lèi)似于寄存器也是有名稱(chēng)的；尋址過(guò)程就是尋找學(xué)生的過(guò)程，尋址方式就是尋找學(xué)生的方法。(1)直接尋址，類(lèi)比老師叫學(xué)生的學(xué)號(hào)；(2)寄存器尋址，類(lèi)比叫學(xué)生姓名；(3)基址變址尋址，類(lèi)比課堂上老師叫第幾組第幾位學(xué)生，其中組號(hào)類(lèi)比基址，位號(hào)類(lèi)比變址；(4)寄存器間接尋址，類(lèi)比老師讓班長(zhǎng)指定學(xué)生；(6)相對(duì)尋址，類(lèi)比老師叫某個(gè)同學(xué)后面的后第幾位同學(xué)。上面提到的尋找學(xué)生的方法很靈活，而且各有不同的優(yōu)點(diǎn)，這與微機(jī)系統(tǒng)中的多種尋址方式有很好的可類(lèi)比性。通過(guò)鼓勵(lì)學(xué)生去思考各種不同的尋址方式的優(yōu)點(diǎn)和應(yīng)用場(chǎng)合，還可以提高學(xué)生的學(xué)習(xí)積極性和提升學(xué)習(xí)成就感。

2.4 關(guān)于存儲(chǔ)器的類(lèi)比

若把存儲(chǔ)器類(lèi)比成賓館，則存儲(chǔ)器的許多特性都會(huì)有形象的類(lèi)比對(duì)象。數(shù)據(jù)類(lèi)比客人；床類(lèi)比存儲(chǔ)單元；若規(guī)定賓館的所有房間床位數(shù)都是一樣的，那么每個(gè)房間的床位數(shù)就類(lèi)比成了存儲(chǔ)器的字寬；賓館總的床位數(shù)就類(lèi)比成了存儲(chǔ)器的容量；房間號(hào)類(lèi)比成存儲(chǔ)單元的地址；如果某些房間可以分開(kāi)床位單個(gè)出租給客人，則每個(gè)床又需要編個(gè)床號(hào)，這又與儲(chǔ)存器中的按位訪問(wèn)類(lèi)似，床號(hào)就類(lèi)比成了位地址。在進(jìn)行存儲(chǔ)容量擴(kuò)展時(shí)的兩種方式也都有了類(lèi)比的對(duì)象，位擴(kuò)展類(lèi)比成增加房間中的床位數(shù)，字?jǐn)U展類(lèi)比成增加房間的個(gè)數(shù)。

三 結(jié)束語(yǔ)

筆者在微機(jī)原理的教學(xué)中充分應(yīng)用聯(lián)想法和類(lèi)比法，在備課時(shí)出初學(xué)者的角度進(jìn)行思考，把微機(jī)原理課程中的知識(shí)與生活中的事例進(jìn)行聯(lián)想和類(lèi)比。在課堂上通過(guò)生活事例來(lái)類(lèi)比講解，并鼓勵(lì)學(xué)生展開(kāi)聯(lián)想，充分的與學(xué)生進(jìn)行互動(dòng)教學(xué)，獲得了學(xué)生的一致認(rèn)可，幫助大部分同學(xué)掌握了相關(guān)知識(shí)。但是仍然有部分同學(xué)由于沒(méi)有在課后進(jìn)行復(fù)習(xí)而只能停留于老師講的生活事例上，而沒(méi)有真正掌握知識(shí)。因此微機(jī)原理教學(xué)仍然需要不斷的改進(jìn)教學(xué)方法。

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