联想法类比法在微机原理教学中的应用

杨振南

(湖南科技学院 计算机与通信工程系，湖南 永州 425100)

微机原理课程是普通高等学校理工科专业的一门重要的计算机技术基础课程，也是理工科学生学习和掌握计算机硬件基础知识、汇编语言程序设计及常用接口技术的入门课程[1]。其课程内容杂碎、概念抽象、原理缺少理论证明。为了达到应用性人才培养的目标，我校把该课程提前到大学二年级学习，学生初次接触数字系统，普遍感觉到专业术语多，理解和学习困难，而且由于集成电子技术的高度发达，在实际应用和教学中都无法看见处理器的内部结构，从而造成，在学习的过程中学习目的不明确，学习兴趣不高，理解困难等现象。如何激发学习兴趣，降低学习难度是微机原理教学中需要不断改进和提高的。作者经过多年的微机原理教学实践和思考，发现在课堂上充分利用联想法和类比法可以有效的帮助学生理解和掌握教学内容，并且在一定程度上激发学生的学习兴趣。现将教学中用到的一些例子介绍如下：

一 联想法

当学生在第一次看见一些专用术语时，我们鼓励学生根据字面意义进行联想。然后再把书本的知识和联想到的内容进行关联和对比分析。由此可以培养学生的自学能力和创新能力。

1.1 关于堆栈的联想

堆栈是一个学生从没有见过的词。拆开成堆和栈后，可以鼓励学生展开联想。看见堆通常会联想到土堆，书堆，草堆等，而它们都是有堆叠的特点。栈，比较少见，但是古代用得多，就是客栈。而客栈是用来给人住宿的。如果把人联想成货物，房间变成货柜，那就很容易理解栈的意思了。再把堆栈联合起来理解，就容易知道，堆栈：就是通过堆叠的方式来存放货物的场所。在微机系统中，堆栈就是以堆叠的方式来存放数据的存储空间。联想草堆，书堆就容易发现，下面的东西最先堆上去，却最后才能被取出，即具有先进后出的特点。微机原理中的堆栈最重要的特点就是先进后出。数据存入堆栈叫入栈，从堆中取出叫出栈。入栈和出栈又分别叫做压栈和弹出，后面这两个词很形象的表达了堆栈中数据出入堆栈，指针自动更新的特点。如果能够联想到手枪的弹夹，联想到压入子弹和弹簧弹出子弹，就可以很容易记住压栈和弹出这两词了，后面讨论堆栈指针就会很轻松了。

1.2 关于保护现场的联想

看到这个词，学生很容易联想警察办案的事故现场的保护。这时我们可以借机鼓励学生思考，为什么要保护现场，如何保护。警察保护现场和微机原理中的保护现场会有哪些相似之处。警察保护现场是为了保护事故中的一些物品和证据不被破坏，以备以后调查和取证使用。微机系统中的保护现场就是要保护一些数据不被破坏或弄丢，以备以后使用。警察保护现场的方式是把场地围起来，如果该场地上有更重要更紧急的活动要开展，比如要拍电影，这时该怎么保护现场呢。我们可以假设有一个很大的铲子，可以原封不动的一次性把事故现场这块地皮铲到别处，那么该地就可以用来拍电影了。待电影拍完后，又把铲走的地皮铲回来，就恢复了现场，从而起到保护现场的作用。在微机系统的现场保护与此类似，处理器在执行子程序之前，通过把主程序的断点地址，寄存器中的数据，状态位的数据都搬到堆栈中，待子程序执行完后，再从堆栈中把数据搬回到寄存器和状态位中，以实现保护现场和恢复现场。

1.3 关于陷阱标志与单步的联想

陷阱是用来捕猎的，单步似乎是一步一步走路的意思。这是学生看见这两个词的直接理解。在课堂上，教师可以把程序的一次执行比作学生下课后从教室去食堂。在正常情况下，学生直接从教室走到食堂，我们看到的结果就是学生在教室出现然后在食堂出现。中间发生了什么，我们完全不知道。如果我们想要知道学生在路上发生了什么，我们就可以在学生的行走路线上设置陷阱，这样学生就会掉入陷阱无法前进，同样的道理，我们给处理器置位陷阱标志位，则程序会暂停；为了学生继续前进，需要有人把他从陷阱里面救出来，然后继续前进，如果每走一步前面都设置了陷阱，则每次都需要人去营救，那么该学生从教室到食堂的整个过程就不再连续，而是一步一步走过去的，叫做单步前进。同样如果微机系统中陷阱标志一直有效，则程序总是执行一句就会暂停，等待用户操作后才能执行下一步，也叫单步执行程序。而单步执行的好处就是在程序执行的每一个步骤中，我们可以看见处理器各个模块的工作状态和数据的变化，就像单步从教室走到食堂的学生在路上发生的所有细节都可以清楚的看到一样。

除以上例子外，在微机原理其他知识点的学习中，都有可能通过字面进行联想，也可以鼓励学生去联想，把专业的术语与实际生活的事物联想起来进行分析和学习，因为微机原理是介绍由人发明的一个装置，是一门技术课[2]，它的许多术语本身就可能是根据生活中事物联想而来的。此外，还可以鼓励学生在以后的程序编写和硬件设计中，也要尽量用一些容易联想和理解的词语作为变量和信号名称。

二 类比法

微机原理中的一些知识点非常抽象，与硬件相关难于理解，在课堂上通过类比一些生活中的例子可以有效的帮助学生快速理解和记住。

2.1 关于中断的类比

把处理器执行程序类比成老师在课堂上讲课，正常情况下老师连续的讲课，但有的时候老师会暂停讲课而干点其他的事，比如喝水，解决学生的提问，接待教室外的客人等，然后老师接着前面的内容继续讲。在这个例子中，老师类比成处理器，讲课类比成主程序的执行，那么老师暂停讲课去干其他事，就是叫老师讲课的中断。这与处理器的中断的概念非常相似。进一步分析，还可以把喝水，解决学生问题，接待客人等类比成中断子程序；老师讲课被打断内容的位置类比成断点；导致老师讲课暂停的原因类比成中断源；还可以把喝水类比成内部中断，学生举手提问和教室外有客人咨询类比成外部中断；接待客人时又有教务处检查类比成中断嵌套。还可以鼓励学生自己去寻找中断请求，中断响应，中断优先级的类比对象。

2.2 关于统一编址与独立编址的类比

这个知识涉及到具体的硬件，而且在本课程后续的教学和实验中接触也很少，学生对这个知识的掌握普遍较差。如果把地址类比成学号，把存储器地址和接口地址类比成不同专业的学生，理解起来就会非常直观。假设某系大一新生146人，其中计算机科学与技术专业（后简称计科）78人和通信工程专业（后简称通信）68人。统一编址类比成两个专业统一编学号，则146个新生的学号为：1到146号。独立编址类比成各个专业独立编学号，则计科班新生学号为：1到78号，通信班新生学号为：1号到68号。统一编号的优势是：不分专业统一对待，操作方便。独立编号的优势是：编号的能力强，同样的编号位数可以管理更多的学生。由此可以类比记忆统一编址和独立编址的概念及其优缺点。

2.3 关于寻址方式的类比

这个概念非常抽象，学生难于想象和理解。通过把寻址类比成课堂上老师找学生，则可以把抽象具体化。学校对学生的管理是通过学号进行的，学号类似于存储器的地址；而学生又是有名称的，类似于寄存器也是有名称的；寻址过程就是寻找学生的过程，寻址方式就是寻找学生的方法。(1)直接寻址，类比老师叫学生的学号；(2)寄存器寻址，类比叫学生姓名；(3)基址变址寻址，类比课堂上老师叫第几组第几位学生，其中组号类比基址，位号类比变址；(4)寄存器间接寻址，类比老师让班长指定学生；(6)相对寻址，类比老师叫某个同学后面的后第几位同学。上面提到的寻找学生的方法很灵活，而且各有不同的优点，这与微机系统中的多种寻址方式有很好的可类比性。通过鼓励学生去思考各种不同的寻址方式的优点和应用场合，还可以提高学生的学习积极性和提升学习成就感。

2.4 关于存储器的类比

若把存储器类比成宾馆，则存储器的许多特性都会有形象的类比对象。数据类比客人；床类比存储单元；若规定宾馆的所有房间床位数都是一样的，那么每个房间的床位数就类比成了存储器的字宽；宾馆总的床位数就类比成了存储器的容量；房间号类比成存储单元的地址；如果某些房间可以分开床位单个出租给客人，则每个床又需要编个床号，这又与储存器中的按位访问类似，床号就类比成了位地址。在进行存储容量扩展时的两种方式也都有了类比的对象，位扩展类比成增加房间中的床位数，字扩展类比成增加房间的个数。

三 结束语

笔者在微机原理的教学中充分应用联想法和类比法，在备课时出初学者的角度进行思考，把微机原理课程中的知识与生活中的事例进行联想和类比。在课堂上通过生活事例来类比讲解，并鼓励学生展开联想，充分的与学生进行互动教学，获得了学生的一致认可，帮助大部分同学掌握了相关知识。但是仍然有部分同学由于没有在课后进行复习而只能停留于老师讲的生活事例上，而没有真正掌握知识。因此微机原理教学仍然需要不断的改进教学方法。

[1]王克义.非计算机专业微机原理课程的改革实践与研究[J].计算机教育,2005,(11):37-39.

[2]陈裕国.类比法关联法在微机原理教学中的应用[J].科技信息,2008,(23):167.

[3]褚向前, 朱武.比喻法类比法在《微机原理》教学中的应用[J].中国科技信息,2007,(8): 188-189.

[4]王志军，王克义，杨延军.微机原理教学中几个问题的探讨[J].计算机教育,2010,(7): 64-66.

[5]刘柱鸿.谈微机原理与汇编语言的教学改革[J].零陵学院学报,2004,(2):170-171

[6]郑学坚,周斌.微型计算机原理及应用(第三版)[M].北京：清华大学出版社,2001.