熊書明，王良民，曾 宇，馬學(xué)文，陳向益

(江蘇大學(xué)計(jì)算機(jī)科學(xué)與通信工程學(xué)院，江蘇鎮(zhèn)江 212013)

“匯編語(yǔ)言”是計(jì)算機(jī)類相關(guān)專業(yè)的一門重要基礎(chǔ)課程，也是學(xué)習(xí)“微機(jī)系統(tǒng)與接口技術(shù)”、“組成原理”、“操作系統(tǒng)”和“編譯原理”等課程的先修課程［1］。現(xiàn)在，許多高校已從講授16位機(jī)型匯編語(yǔ)言的基礎(chǔ)上，過(guò)渡到主流的32位機(jī)型。以授課Intel的80386CPU為藍(lán)本，講述32位的匯編語(yǔ)言程序設(shè)計(jì)，以增強(qiáng)匯編語(yǔ)言的實(shí)用性。

作為一門軟硬件相關(guān)的銜接性課程，“匯編語(yǔ)言”的教學(xué)方式不應(yīng)再局限于過(guò)去以語(yǔ)言本身為主的教學(xué)模式，而應(yīng)該適應(yīng)少學(xué)時(shí)情況的教學(xué)特征。我們結(jié)合課程教學(xué)經(jīng)驗(yàn)和學(xué)生學(xué)習(xí)反饋，對(duì)“匯編語(yǔ)言”的課程教學(xué)采用基于程序設(shè)計(jì)的教學(xué)方法，從課堂內(nèi)容組織和實(shí)踐項(xiàng)目安排等方面進(jìn)行教學(xué)改革，以提升該課程的教學(xué)效果。

1 “匯編語(yǔ)言”課程教學(xué)現(xiàn)狀

1.1 匯編語(yǔ)言學(xué)習(xí)的意義

作為一種面向機(jī)器的低級(jí)程序設(shè)計(jì)語(yǔ)言，匯編語(yǔ)言編寫程序繁瑣，調(diào)試?yán)щy，且編程的通用性和可移植性相比C語(yǔ)言等高級(jí)語(yǔ)言較差，但是學(xué)好匯編語(yǔ)言程序設(shè)計(jì)對(duì)計(jì)算機(jī)類相關(guān)專業(yè)學(xué)生的培養(yǎng)仍具有重要意義。

匯編語(yǔ)言本質(zhì)上就是機(jī)器語(yǔ)言，易于產(chǎn)生速度快、容量小的高效率目標(biāo)程序，這在某些軟件系統(tǒng)需要反復(fù)運(yùn)行的核心代碼部分顯得十分必要，能夠大大提升程序的執(zhí)行效率，因此可以在特殊場(chǎng)合作為編程工具使用。匯編語(yǔ)言可直接面向硬件完成相關(guān)操作，程序員能夠具體感知計(jì)算機(jī)的運(yùn)行過(guò)程，加深對(duì)計(jì)算機(jī)工作原理的理解，有益于對(duì)硬件和軟件之間的聯(lián)系和交互形成系統(tǒng)認(rèn)識(shí)，形成計(jì)算機(jī)軟、硬兼?zhèn)涞木幊腆w系。學(xué)生通過(guò)匯編語(yǔ)言的學(xué)習(xí)能夠更好地理解諸如C、C++和Java等高級(jí)語(yǔ)言。高級(jí)語(yǔ)言中的數(shù)據(jù)類型、指針、全局變量、參數(shù)傳遞和分支結(jié)構(gòu)等都能在匯編語(yǔ)言中找到對(duì)應(yīng)的底層描述。在嵌入式系統(tǒng)開(kāi)發(fā)、系統(tǒng)底層軟件分析、加密/解密軟件編制、計(jì)算機(jī)病毒分析與防治等方面，匯編語(yǔ)言具有不可替代的地位。

1.2 “匯編語(yǔ)言”課程教學(xué)中存在的問(wèn)題

在“匯編語(yǔ)言”課程教學(xué)過(guò)程中，學(xué)生普通反映匯編語(yǔ)言學(xué)習(xí)難入門。究其原因，一方面因?yàn)閰R編語(yǔ)言涉及的內(nèi)容多，僅如Intel8086/8088CPU的16位系統(tǒng)，指令系統(tǒng)就包括133條指令［2］。許多指令格式相差很大，而且往往在一條指令中操作數(shù)的尋址方式存在多種格式，加之80386CPU的32位指令和對(duì)應(yīng)的增強(qiáng)型尋址方式，使得匯編語(yǔ)言指令系統(tǒng)的學(xué)習(xí)更為困難。另一方面，學(xué)習(xí)匯編語(yǔ)言程序設(shè)計(jì)需要具備基本的計(jì)算機(jī)硬件知識(shí)，了解計(jì)算機(jī)的邏輯機(jī)構(gòu)，即編程結(jié)構(gòu)。程序員需要了解機(jī)器內(nèi)部的硬件資源，比如，有哪些寄存器，存儲(chǔ)器如何組織，外設(shè)接口如何組織和訪問(wèn)。

我們?cè)凇皡R編語(yǔ)言”課程講授中，探討了以程序設(shè)計(jì)為核心的教學(xué)方法，圍繞匯編語(yǔ)言程序設(shè)計(jì)的需要展開(kāi)語(yǔ)言知識(shí)的學(xué)習(xí)，循序漸進(jìn)地講解，可以提高課程的教學(xué)效果。

2 程序設(shè)計(jì)為核心的教學(xué)方法

2.1 認(rèn)識(shí)匯編語(yǔ)言程序框架

作為一門程序設(shè)計(jì)語(yǔ)言，我們?cè)谥v授匯編語(yǔ)言時(shí)，需要首先給出一個(gè)程序框架，類似于學(xué)C語(yǔ)言編程時(shí)的那個(gè)Helloworld程序。通過(guò)匯編語(yǔ)言程序框架，可以給學(xué)生進(jìn)行程序設(shè)計(jì)一個(gè)整體的程序結(jié)構(gòu)概念，在后續(xù)的學(xué)習(xí)中，學(xué)生可以不斷補(bǔ)充新的內(nèi)容，反復(fù)練習(xí)達(dá)到有效地掌握匯編語(yǔ)言程序結(jié)構(gòu)。一類常見(jiàn)匯編語(yǔ)言程序框架如表1所示。

表1 匯編語(yǔ)言常用程序框架

2.2 示例性尋址方式教學(xué)

尋址方式可分為立即數(shù)尋址、寄存器尋址和內(nèi)存數(shù)尋址三大類，是匯編語(yǔ)言程序設(shè)計(jì)教學(xué)的難點(diǎn)和重點(diǎn)。尋址的目的是以給定方式找到相關(guān)的操作數(shù)(單元)，立即數(shù)尋址是以數(shù)的方式直接提供，而寄存器尋址指的是數(shù)據(jù)在給定寄存器中，這兩種尋址方式比較直觀簡(jiǎn)單。內(nèi)存數(shù)尋址指的是操作數(shù)單元在內(nèi)存中，現(xiàn)在的問(wèn)題是如何找到這樣的單元，根據(jù)我們以往的教學(xué)經(jīng)驗(yàn)，內(nèi)存數(shù)尋址是學(xué)生比較難以掌握的知識(shí)點(diǎn)。在8086/8088匯編語(yǔ)言的內(nèi)存數(shù)尋址中，包括寄存器間接尋址、寄存器相對(duì)尋址、基址變址尋址和相對(duì)基址變址尋址。

我們根據(jù)尋址方式需要什么語(yǔ)言元素，就學(xué)習(xí)什么語(yǔ)言元素，以學(xué)了什么就反復(fù)使用什么的原則組織教學(xué)。首先選取寄存器間接尋址作為內(nèi)存數(shù)尋址方式的學(xué)習(xí)切入點(diǎn)，通過(guò)具體示例，講解寄存器間接尋址的用法。選用BX、SI、DI、BP作為寄存器間接尋址用的寄存器，反復(fù)地使用寄存器間接尋址方式去訪問(wèn)內(nèi)存單元，加深尋址方式具體應(yīng)用的理解，從而可以使學(xué)生有效掌握該尋址方式。同時(shí)，在利用這些具體寄存器做間接尋址時(shí)，比較它們的異同點(diǎn)。在完成基本的寄存器間接尋址教學(xué)后，通過(guò)實(shí)際應(yīng)用示例存在的問(wèn)題，引入寄存器相對(duì)尋址來(lái)解決該問(wèn)題，引入新教學(xué)內(nèi)容的同時(shí)，可以培養(yǎng)學(xué)生提出新問(wèn)題和解決新問(wèn)題的能力，拓展學(xué)生素質(zhì)教育。通過(guò)該方法，學(xué)生在“螺旋式上升”過(guò)程中逐步掌握了多種尋址方式，而且明確了不同尋址方式的用法和區(qū)別。

2.3 漸進(jìn)式指令系統(tǒng)教學(xué)

如前所述，按部就班地講解完指令系統(tǒng)，再講述程序結(jié)構(gòu)進(jìn)行學(xué)生的編程訓(xùn)練，難以激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣，而且繁雜的指令系統(tǒng)學(xué)習(xí)往往會(huì)使得學(xué)生經(jīng)常遭受挫折，喪失學(xué)習(xí)的信心。Intel 80X86指令系統(tǒng)主要包括數(shù)據(jù)傳送、算術(shù)運(yùn)算、邏輯運(yùn)算、控制轉(zhuǎn)移、串處理和處理器處理6類指令。這些指令的講解需要分階段和漸進(jìn)式講授，以適應(yīng)知識(shí)認(rèn)知的規(guī)律。

我們?cè)谥v授指令的時(shí)候，同時(shí)結(jié)合程序結(jié)構(gòu)的應(yīng)用，及早將順序結(jié)構(gòu)、循環(huán)結(jié)構(gòu)和分支結(jié)構(gòu)等內(nèi)容貫穿到指令系統(tǒng)的講解過(guò)程中，使得學(xué)生掌握匯編語(yǔ)言程序設(shè)計(jì)的能力。在后續(xù)專門講述匯編語(yǔ)言程序結(jié)構(gòu)的章節(jié)中，其講課內(nèi)容作為前面程序結(jié)構(gòu)具體應(yīng)用的總結(jié)，這樣先讓學(xué)生有一個(gè)感性認(rèn)識(shí)，再做理論總結(jié)。這種以程序設(shè)計(jì)為核心的匯編語(yǔ)言授課方法在我校09和10級(jí)計(jì)算機(jī)類專業(yè)中應(yīng)用后，學(xué)生普遍反映學(xué)寫基本的匯編語(yǔ)言程序難度不大，從而提高了授課效果。

作為示例，我們?cè)谥v述指令系統(tǒng)中的算術(shù)運(yùn)算指令中的加法時(shí)，采用如下的授課方式。

(1)從基本的計(jì)算指令A(yù)DD開(kāi)始，以順序結(jié)構(gòu)講述最簡(jiǎn)單的計(jì)算。

(2)利用ADC講述稍微復(fù)雜一點(diǎn)的計(jì)算，包括在數(shù)據(jù)段中完成變量定義，程序仍然以順序結(jié)構(gòu)進(jìn)行組織。

(3)講述INC指令，實(shí)現(xiàn)稍微再?gòu)?fù)雜一點(diǎn)的計(jì)算，使用簡(jiǎn)單的循環(huán)結(jié)構(gòu)進(jìn)行重復(fù)計(jì)算。在這一步，需要將LOOP指令提前講述，初步培養(yǎng)程序分支跳轉(zhuǎn)的編程思想;同時(shí)，鞏固CX和BX等寄存器的用法，實(shí)現(xiàn)了難點(diǎn)分散的目的。

(4)以綜合性的例子，仍然用循環(huán)程序結(jié)構(gòu)，來(lái)強(qiáng)化上述指令和程序結(jié)構(gòu)的學(xué)習(xí)。

在這樣的編排下，學(xué)生可以清楚地知道，學(xué)一點(diǎn)就可以用一點(diǎn)，所學(xué)的每一個(gè)語(yǔ)言成分有什么用處，如何去用。在學(xué)完加法指令后，學(xué)生便感到已經(jīng)可以編寫程序，完成有使用價(jià)值程序的編寫了。

3 編程能力為導(dǎo)向的上機(jī)實(shí)踐

上機(jī)實(shí)踐是學(xué)習(xí)匯編語(yǔ)言程序設(shè)計(jì)的一個(gè)重要環(huán)節(jié)，具有不可替代的作用。通過(guò)該環(huán)節(jié)能夠使學(xué)生對(duì)匯編語(yǔ)言程序設(shè)計(jì)獲得具體的感性認(rèn)識(shí)，進(jìn)一步理解課上講授的理論知識(shí)［3］。為培養(yǎng)學(xué)生編制、調(diào)試匯編語(yǔ)言程序的能力，我們以編程能力的培養(yǎng)為出發(fā)點(diǎn)制定了如表2所示的上機(jī)實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目。這些實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目分為三類:驗(yàn)證性實(shí)驗(yàn)、設(shè)計(jì)性實(shí)驗(yàn)和綜合性實(shí)驗(yàn)。

表2 上機(jī)實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目安排

驗(yàn)證性實(shí)驗(yàn)必做，其目的是進(jìn)一步加深學(xué)生對(duì)課堂講授基本內(nèi)容的理解，強(qiáng)調(diào)匯編語(yǔ)言程序?qū)嶒?yàn)過(guò)程基本能力的培養(yǎng)。設(shè)計(jì)性實(shí)驗(yàn)主要考慮培養(yǎng)學(xué)生的程序設(shè)計(jì)能力，每個(gè)題目通過(guò)精心設(shè)計(jì)，涵蓋若干知識(shí)點(diǎn)，力求從程序設(shè)計(jì)的角度培養(yǎng)學(xué)生的編程思維和解決實(shí)際問(wèn)題的能力。根據(jù)學(xué)生自身情況選擇完成4個(gè)。綜合性實(shí)驗(yàn)主要從軟件工程的角度，培養(yǎng)學(xué)生程序設(shè)計(jì)的能力，程序規(guī)模相對(duì)較大，作為匯編語(yǔ)言編程能力培養(yǎng)的進(jìn)一步拓展，供學(xué)有余力的學(xué)生選做。

上機(jī)實(shí)踐結(jié)束后，要求學(xué)生通過(guò)實(shí)驗(yàn)報(bào)告和心得體會(huì)進(jìn)一步鞏固所學(xué)內(nèi)容。

4 結(jié)語(yǔ)

針對(duì)當(dāng)前“匯編語(yǔ)言“課程教學(xué)中存在的問(wèn)題，本文探討了基于程序設(shè)計(jì)的“匯編語(yǔ)言”課程教學(xué)方法，從匯編語(yǔ)言程序框架、尋址方式教學(xué)、指令系統(tǒng)組織和上機(jī)實(shí)踐項(xiàng)目設(shè)置等4個(gè)方面給出了漸進(jìn)式教學(xué)的具體措施。該方法在我校計(jì)算機(jī)類相關(guān)專業(yè)進(jìn)行了具體實(shí)踐，收到良好效果，連續(xù)兩屆課程學(xué)習(xí)不及格率在10%以下?，F(xiàn)在，學(xué)生利用匯編語(yǔ)言編寫程序的能力大為提高，也為其他相關(guān)課程的學(xué)習(xí)打下良好基礎(chǔ)。

［1］ 安楊，趙波.“匯編語(yǔ)言程序設(shè)計(jì)”課程教學(xué)改革的研究［J］.南京:電氣電子教學(xué)學(xué)報(bào)，2007，29(6):7-9.

［2］ 沈美明，溫冬嬋.IBM-PC匯編語(yǔ)言程序設(shè)計(jì)［M］.北京:清華大學(xué)出版社，2001.

［3］ 宓雙，熊書明，楊文顯.新編匯編語(yǔ)言程序設(shè)計(jì)題解與實(shí)驗(yàn)指導(dǎo)［J］.北京:清華大學(xué)出版社，2011.