圖片在計(jì)算機(jī)“中斷系統(tǒng)”教學(xué)中的應(yīng)用

陳 鑫

(伊犁師范大學(xué) 電子與工程學(xué)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(jì)算機(jī)的發(fā)展和計(jì)算機(jī)與其密不可分的聯(lián)系,“中斷系統(tǒng)”遍布在計(jì)算機(jī)相關(guān)領(lǐng)域中的方方面面。2015 年5 月,國務(wù)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(shù)等行業(yè)的發(fā)展貫穿首尾。可以看出,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(chǔ)的人才。而“中斷系統(tǒng)”在工業(yè)控制領(lǐng)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(jì)算機(jī)發(fā)出報(bào)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(jì)算機(jī)發(fā)出定時中斷信號等[2]。

本文采用聽取教學(xué)內(nèi)容、查閱文獻(xiàn)等研究方法,探索、總結(jié)出適合學(xué)生學(xué)習(xí)“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(jìn)新時代高校計(jì)算機(jī)人才培育提供參考方法。

1 現(xiàn)有關(guān)于“中斷系統(tǒng)”教學(xué)中的不足

本文在期末隨機(jī)抽取了計(jì)算機(jī)類專業(yè)的50 名學(xué)生進(jìn)行網(wǎng)絡(luò)問卷調(diào)查,最后進(jìn)行分析得到了以下結(jié)果。

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

在關(guān)于上述教學(xué)方法的教學(xué)效果調(diào)查報(bào)告中,學(xué)生所反映出來的結(jié)果也有所不同(通過期末學(xué)生對知識點(diǎn)的記憶程度進(jìn)行評估)。在接受純文字教學(xué)的學(xué)生中,期末對知識點(diǎn)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(xué)的學(xué)生中,期末對知識點(diǎn)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(jié)合教學(xué)的學(xué)生中,期末對知識點(diǎn)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(xué)方法

上述調(diào)查結(jié)果顯示,在3 種教學(xué)方法當(dāng)中,被使用次數(shù)最多的方法為多媒體教學(xué)。但在實(shí)際調(diào)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(dāng)課件與課本內(nèi)容不符時,學(xué)生無法從課本中找到對應(yīng)的內(nèi)容,課下無法參照書本進(jìn)行復(fù)習(xí)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(xué)的作用得不到體現(xiàn)。多媒體移動學(xué)習(xí)平臺旨在豐富課堂內(nèi)容、激發(fā)學(xué)生學(xué)習(xí)興趣、增強(qiáng)學(xué)生的學(xué)習(xí)意識[3]。但若不能達(dá)到理想效果,此方法也就不適用。

上述結(jié)果中還提到一種圖片與文字結(jié)合的教學(xué)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(jìn)行講解。但在實(shí)際教學(xué)過程中,從學(xué)生的筆記反映出,其并沒有將知識進(jìn)行系統(tǒng)性的歸納總結(jié),記錄下的大部分內(nèi)容為碎片化內(nèi)容。期末復(fù)習(xí)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(xué)效果

上述對教學(xué)效果的調(diào)查結(jié)果顯示,期末考試后,學(xué)生對“中斷系統(tǒng)”知識點(diǎn)的掌握情況不盡如人意,大部分學(xué)生對知識的遺忘速度快,側(cè)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(guān)的記憶點(diǎn)。

2 理論依據(jù)

圖片與學(xué)習(xí)的關(guān)系在我國表現(xiàn)明顯:從小學(xué)的看圖寫話到研究生招生考試中英語的圖畫作文,都在學(xué)習(xí)如何將一幅圖轉(zhuǎn)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(xué)生,在遇到熟悉的教學(xué)方法時,學(xué)生會更加容易接受。將圖片與邏輯語言相結(jié)合的教學(xué)方法,可以有效突破此高校傳統(tǒng)教學(xué)模式,利用更加高效、科學(xué)的教學(xué)方法提升學(xué)生的學(xué)習(xí)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(dá)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(jié)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(jié)合圖片對其進(jìn)行系統(tǒng)性的描述,以此完成對“中斷系統(tǒng)”的教學(xué)。

以8086 微處理器為例,按照哈佛體系結(jié)構(gòu)下的計(jì)算機(jī)系統(tǒng)模型將其內(nèi)部結(jié)構(gòu)細(xì)分成圖,用以對“中斷系統(tǒng)”進(jìn)行描述。圖的主要構(gòu)成要素為:8086 微處理器內(nèi)部的各類寄存器、運(yùn)算器、內(nèi)總線部分;分化成中斷向量表區(qū)、堆棧區(qū)、應(yīng)用程序1 區(qū)、中斷服務(wù)子程序1 區(qū)、中斷服務(wù)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(gòu)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(jī)地結(jié)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(diǎn)保護(hù)

在中斷動作開始前,中央處理器(Central Processing Unit,CPU)必須先保存當(dāng)前執(zhí)行程序的入口地址,以便在中斷結(jié)束后繼續(xù)執(zhí)行此程序。外部設(shè)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(biāo)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(rèn)信息,同時對斷點(diǎn)及現(xiàn)場進(jìn)行保護(hù)。其中,斷點(diǎn)即程序計(jì)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(yùn)算結(jié)果始終會影響FR 中的數(shù)據(jù),因此,保護(hù)現(xiàn)場即保護(hù)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(yùn)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(jìn)行保護(hù)。

存儲現(xiàn)場及斷點(diǎn)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(yùn)算得到的,存儲器地址寄存器(Memory Address Register,MAR)通過運(yùn)算結(jié)果找到數(shù)據(jù)區(qū)存儲保護(hù)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(diǎn)保護(hù)完畢。

3.2 執(zhí)行中斷服務(wù)子程序

斷點(diǎn)及現(xiàn)場保護(hù)完畢后,CPU 便開始準(zhǔn)備執(zhí)行中斷服務(wù)子程序。CPU 接收中斷類型號,根據(jù)特定規(guī)則運(yùn)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(yùn)算后的結(jié)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(yùn)算后的結(jié)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(wù)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(yīng)內(nèi)容讀出,隨即開始執(zhí)行中斷服務(wù)子程序。

3.3 中斷后恢復(fù)現(xiàn)場

中斷服務(wù)子程序執(zhí)行到退出指令(IRE)后,CPU執(zhí)行恢復(fù)現(xiàn)場及斷點(diǎn)操作。SS 與SP 運(yùn)算后的結(jié)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(jìn)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(yùn)算后的結(jié)果通過內(nèi)總線傳輸至PC 中。此時,斷點(diǎn)(PC)恢復(fù),現(xiàn)場(FR)恢復(fù)。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(fù)執(zhí)行主程序,中斷過程結(jié)束。

4 結(jié)語

興趣是最好的老師,從提高學(xué)校的教育教學(xué)水平出發(fā),找到受學(xué)生歡迎的教學(xué)方法乃是教學(xué)實(shí)踐中一直不變的追求。在如今多層次、分工細(xì)化的社會結(jié)構(gòu)中,教育者們需要不斷地對教學(xué)方法進(jìn)行改革,以適應(yīng)快速變化的社會需求,為社會持續(xù)提供棟梁之材。