陳 鑫

(伊犁師范大學 電子與工程學院,新疆 伊寧 835000)

0 引言

在信息化高速發(fā)展的今天,憑借著計算機的發(fā)展和計算機與其密不可分的聯(lián)系,“中斷系統(tǒng)”遍布在計算機相關領域中的方方面面。2015 年5 月,國務院印發(fā)《中國制造2025》[1],其中,重視工業(yè)、制造業(yè)與高新技術等行業(yè)的發(fā)展貫穿首尾?？梢钥闯?中國之崛起需要大量具有工業(yè)硬件和工業(yè)軟件開發(fā)基礎的人才。而“中斷系統(tǒng)”在工業(yè)控制領域有著極其重要的作用,例如:系統(tǒng)發(fā)生故障時,受控現(xiàn)場向控制計算機發(fā)出報警信號;在多路采樣系統(tǒng)中,某通道采樣到來時,可向控制計算機發(fā)出定時中斷信號等[2]。

本文采用聽取教學內(nèi)容、查閱文獻等研究方法,探索、總結出適合學生學習“中斷系統(tǒng)”的最優(yōu)方法,并提出有針對性的建議與策略,為推進新時代高校計算機人才培育提供參考方法。

1 現(xiàn)有關于“中斷系統(tǒng)”教學中的不足

本文在期末隨機抽取了計算機類專業(yè)的50 名學生進行網(wǎng)絡問卷調查,最后進行分析得到了以下結果。

在題為《“中斷系統(tǒng)”教學方法的調查》的調查報告中,筆者調查了純文字教學、多媒體教學和圖片文字結合教學3 種教學方法的受眾比例。其中,接受純文字教學的人數(shù)為13 人,占比26%;多媒體教學為29人,占比58%;圖片文字結合教學為8 人,占比16%。

在關于上述教學方法的教學效果調查報告中,學生所反映出來的結果也有所不同(通過期末學生對知識點的記憶程度進行評估)。在接受純文字教學的學生中,期末對知識點記憶程度為0～30%的人數(shù)為7 人,占比54%;記憶程度為31%～70%的人數(shù)為4 人,占比31%;記憶程度為71%～100%的人數(shù)為2 人,占比15%。在接受多媒體教學的學生中,期末對知識點記憶程度為0～30%的人數(shù)為10 人,占比34%;記憶程度為31%～70%的人數(shù)為12 人,占比42%;記憶程度為71%～100%的人數(shù)為7 人,占比24%。接受圖片文字結合教學的學生中,期末對知識點記憶程度為0～30%的人數(shù)為4 人,占比50%;記憶程度為31%～70%的人數(shù)為1 人,占比12.5%;記憶程度為71%～100%的人數(shù)為3 人,占比37.5%。

1.1 教學方法

上述調查結果顯示,在3 種教學方法當中,被使用次數(shù)最多的方法為多媒體教學。但在實際調研中發(fā)現(xiàn):教師所使用的多媒體課件一般為互聯(lián)網(wǎng)中共享的文件。因此,當課件與課本內(nèi)容不符時,學生無法從課本中找到對應的內(nèi)容,課下無法參照書本進行復習或課件與課本內(nèi)容相同時,與直接使用課本并無太大區(qū)別,多媒體教學的作用得不到體現(xiàn)。多媒體移動學習平臺旨在豐富課堂內(nèi)容、激發(fā)學生學習興趣、增強學生的學習意識[3]。但若不能達到理想效果,此方法也就不適用。

上述結果中還提到一種圖片與文字結合的教學方法,但與本文所介紹的不同,此種方法是以文字為主,輔以教材上的圖片對知識進行講解。但在實際教學過程中,從學生的筆記反映出,其并沒有將知識進行系統(tǒng)性的歸納總結,記錄下的大部分內(nèi)容為碎片化內(nèi)容。期末復習時,碎片化內(nèi)容過多會使其難以形成系統(tǒng)性的知識,從而變成無用功。

1.2 教學效果

上述對教學效果的調查結果顯示,期末考試后,學生對“中斷系統(tǒng)”知識點的掌握情況不盡如人意,大部分學生對知識的遺忘速度快,側面反映出其對此知識的掌握、理解程度還不夠高,沒有建立與之相關的記憶點。

2 理論依據(jù)

圖片與學習的關系在我國表現(xiàn)明顯:從小學的看圖寫話到研究生招生考試中英語的圖畫作文,都在學習如何將一幅圖轉換成為一篇文章。反向思考,若把具有附加內(nèi)容的圖片用具有邏輯性的文字將知識傳授給學生,在遇到熟悉的教學方法時,學生會更加容易接受。將圖片與邏輯語言相結合的教學方法,可以有效突破此高校傳統(tǒng)教學模式,利用更加高效、科學的教學方法提升學生的學習效果和理解能力[4]。

“世界記憶力之父”托尼·博贊所建立的一套記憶法,就是模仿右腦處理信息的原理,通過圖像來描繪信息內(nèi)容,并且將五官的感受圖像化,從而達到更有效的記憶[5]。一個人回憶句子的能力取決于這個句子能否把他引到合適的指示情景中[6]

。

3 結合圖片的“中斷系統(tǒng)”描述

本文根據(jù)上述原理,將中斷過程按照邏輯順序制成若干圖片,再結合圖片對其進行系統(tǒng)性的描述,以此完成對“中斷系統(tǒng)”的教學。

以8086 微處理器為例,按照哈佛體系結構下的計算機系統(tǒng)模型將其內(nèi)部結構細分成圖,用以對“中斷系統(tǒng)”進行描述。圖的主要構成要素為:8086 微處理器內(nèi)部的各類寄存器、運算器、內(nèi)總線部分;分化成中斷向量表區(qū)、堆棧區(qū)、應用程序1 區(qū)、中斷服務子程序1 區(qū)、中斷服務子程序2 區(qū)的存儲器部分;由串行接口、并行接口、DMA 接口和中斷控制器構成的I/O 接口部分。AB(地址總線)、CB(控制總線)、DB(數(shù)據(jù)總線)3 部分有機地結合在一起,形成一個完整的,具有輸入—處理—輸出的系統(tǒng)。

3.1 中斷前現(xiàn)場及斷點保護

在中斷動作開始前,中央處理器(Central Processing Unit,CPU)必須先保存當前執(zhí)行程序的入口地址,以便在中斷結束后繼續(xù)執(zhí)行此程序。外部設備向中斷控制器提出中斷請求,中斷控制器再向CPU 提出中斷請求;CPU 檢測到中斷請求后隨即查詢FR 標志寄存器中的IF 位判斷是否允許中斷;若允許,CPU 通過控制總線向中斷控制器發(fā)送確認信息,同時對斷點及現(xiàn)場進行保護。其中,斷點即程序計數(shù)器(Program Counter,PC)中的地址數(shù)據(jù),現(xiàn)場即AX 寄存器中的數(shù)據(jù)。但由于AX 中的運算結果始終會影響FR 中的數(shù)據(jù),因此,保護現(xiàn)場即保護FR 中的數(shù)據(jù)。

8086 微處理器中,PC 中的數(shù)據(jù)是由CS,IP 兩個寄存器運算得出,且PC 為20 位寄存器,CS,IP 為16 位寄存器,因此,為了存儲方便,本研究只需將上述兩個寄存器的數(shù)據(jù)進行保護。

存儲現(xiàn)場及斷點數(shù)據(jù)的內(nèi)存地址是通過對SS 段寄存器和SP 偏移量寄存器運算得到的,存儲器地址寄存器(Memory Address Register,MAR)通過運算結果找到數(shù)據(jù)區(qū)存儲保護數(shù)據(jù)區(qū)域的首地址后,CPU 發(fā)出“寫”信號,通過數(shù)據(jù)總線依次將FR,CS,IP 中的數(shù)據(jù)寫入存儲器。到此,現(xiàn)場和斷點保護完畢。

3.2 執(zhí)行中斷服務子程序

斷點及現(xiàn)場保護完畢后,CPU 便開始準備執(zhí)行中斷服務子程序。CPU 接收中斷類型號,根據(jù)特定規(guī)則運算后得到一個16 位數(shù)據(jù),并將其賦給IP。DS 段寄存器與IP 偏移量寄存器運算后的結果通過內(nèi)總線傳輸給MAR,MAR 通過地址總線在數(shù)據(jù)區(qū)中找到中斷向量表分區(qū)的首地址。CPU 向存儲器發(fā)送讀信號,一次讀取從該地址開始的2 字節(jié)數(shù)據(jù),賦給CS;隨后,CPU再順序讀取2 個字節(jié)數(shù)據(jù),賦給IP。CS 與IP 運算后的結果通過內(nèi)總線賦給PC,PC 再傳輸給MAR,MAR 在程序區(qū)中找到中斷服務子程序的入口地址后,CPU 向存儲器發(fā)送讀信號,將地址中的對應內(nèi)容讀出,隨即開始執(zhí)行中斷服務子程序。

3.3 中斷后恢復現(xiàn)場

中斷服務子程序執(zhí)行到退出指令(IRE)后,CPU執(zhí)行恢復現(xiàn)場及斷點操作。SS 與SP 運算后的結果傳輸給MAR,MAR 在數(shù)據(jù)區(qū)中找到存儲IP 寄存器數(shù)據(jù)的地址。CPU 通過向存儲器發(fā)送讀信號,按照先進后出原則,依次讀出并寫入IP,CS,FR 寄存器的數(shù)據(jù)。CS與IP 運算后的結果通過內(nèi)總線傳輸至PC 中。此時,斷點(PC)恢復,現(xiàn)場(FR)恢復。MAR 得到PC 傳輸?shù)牡刂窋?shù)據(jù)后,程序區(qū)中找到指令地址,將該地址中的內(nèi)容傳輸?shù)紺PU,CPU 恢復執(zhí)行主程序,中斷過程結束。

4 結語

興趣是最好的老師,從提高學校的教育教學水平出發(fā),找到受學生歡迎的教學方法乃是教學實踐中一直不變的追求。在如今多層次、分工細化的社會結構中,教育者們需要不斷地對教學方法進行改革,以適應快速變化的社會需求,為社會持續(xù)提供棟梁之材。