图片在计算机“中断系统”教学中的应用

陈 鑫

(伊犁师范大学 电子与工程学院,新疆 伊宁 835000)

0 引言

在信息化高速发展的今天,凭借着计算机的发展和计算机与其密不可分的联系,“中断系统”遍布在计算机相关领域中的方方面面。2015 年5 月,国务院印发《中国制造2025》[1],其中,重视工业、制造业与高新技术等行业的发展贯穿首尾。可以看出,中国之崛起需要大量具有工业硬件和工业软件开发基础的人才。而“中断系统”在工业控制领域有着极其重要的作用,例如:系统发生故障时,受控现场向控制计算机发出报警信号;在多路采样系统中,某通道采样到来时,可向控制计算机发出定时中断信号等[2]。

本文采用听取教学内容、查阅文献等研究方法,探索、总结出适合学生学习“中断系统”的最优方法,并提出有针对性的建议与策略,为推进新时代高校计算机人才培育提供参考方法。

1 现有关于“中断系统”教学中的不足

本文在期末随机抽取了计算机类专业的50 名学生进行网络问卷调查,最后进行分析得到了以下结果。

在题为《“中断系统”教学方法的调查》的调查报告中,笔者调查了纯文字教学、多媒体教学和图片文字结合教学3 种教学方法的受众比例。其中,接受纯文字教学的人数为13 人,占比26%;多媒体教学为29人,占比58%;图片文字结合教学为8 人,占比16%。

在关于上述教学方法的教学效果调查报告中,学生所反映出来的结果也有所不同(通过期末学生对知识点的记忆程度进行评估)。在接受纯文字教学的学生中,期末对知识点记忆程度为0～30%的人数为7 人,占比54%;记忆程度为31%～70%的人数为4 人,占比31%;记忆程度为71%～100%的人数为2 人,占比15%。在接受多媒体教学的学生中,期末对知识点记忆程度为0～30%的人数为10 人,占比34%;记忆程度为31%～70%的人数为12 人,占比42%;记忆程度为71%～100%的人数为7 人,占比24%。接受图片文字结合教学的学生中,期末对知识点记忆程度为0～30%的人数为4 人,占比50%;记忆程度为31%～70%的人数为1 人,占比12.5%;记忆程度为71%～100%的人数为3 人,占比37.5%。

1.1 教学方法

上述调查结果显示,在3 种教学方法当中,被使用次数最多的方法为多媒体教学。但在实际调研中发现:教师所使用的多媒体课件一般为互联网中共享的文件。因此,当课件与课本内容不符时,学生无法从课本中找到对应的内容,课下无法参照书本进行复习或课件与课本内容相同时,与直接使用课本并无太大区别,多媒体教学的作用得不到体现。多媒体移动学习平台旨在丰富课堂内容、激发学生学习兴趣、增强学生的学习意识[3]。但若不能达到理想效果,此方法也就不适用。

上述结果中还提到一种图片与文字结合的教学方法,但与本文所介绍的不同,此种方法是以文字为主,辅以教材上的图片对知识进行讲解。但在实际教学过程中,从学生的笔记反映出,其并没有将知识进行系统性的归纳总结,记录下的大部分内容为碎片化内容。期末复习时,碎片化内容过多会使其难以形成系统性的知识,从而变成无用功。

1.2 教学效果

上述对教学效果的调查结果显示,期末考试后,学生对“中断系统”知识点的掌握情况不尽如人意,大部分学生对知识的遗忘速度快,侧面反映出其对此知识的掌握、理解程度还不够高,没有建立与之相关的记忆点。

2 理论依据

图片与学习的关系在我国表现明显:从小学的看图写话到研究生招生考试中英语的图画作文,都在学习如何将一幅图转换成为一篇文章。反向思考,若把具有附加内容的图片用具有逻辑性的文字将知识传授给学生,在遇到熟悉的教学方法时,学生会更加容易接受。将图片与逻辑语言相结合的教学方法,可以有效突破此高校传统教学模式,利用更加高效、科学的教学方法提升学生的学习效果和理解能力[4]。

“世界记忆力之父”托尼·博赞所建立的一套记忆法,就是模仿右脑处理信息的原理,通过图像来描绘信息内容,并且将五官的感受图像化,从而达到更有效的记忆[5]。一个人回忆句子的能力取决于这个句子能否把他引到合适的指示情景中[6]

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3 结合图片的“中断系统”描述

本文根据上述原理,将中断过程按照逻辑顺序制成若干图片,再结合图片对其进行系统性的描述,以此完成对“中断系统”的教学。

以8086 微处理器为例,按照哈佛体系结构下的计算机系统模型将其内部结构细分成图,用以对“中断系统”进行描述。图的主要构成要素为:8086 微处理器内部的各类寄存器、运算器、内总线部分;分化成中断向量表区、堆栈区、应用程序1 区、中断服务子程序1 区、中断服务子程序2 区的存储器部分;由串行接口、并行接口、DMA 接口和中断控制器构成的I/O 接口部分。AB(地址总线)、CB(控制总线)、DB(数据总线)3 部分有机地结合在一起,形成一个完整的,具有输入—处理—输出的系统。

3.1 中断前现场及断点保护

在中断动作开始前,中央处理器(Central Processing Unit,CPU)必须先保存当前执行程序的入口地址,以便在中断结束后继续执行此程序。外部设备向中断控制器提出中断请求,中断控制器再向CPU 提出中断请求;CPU 检测到中断请求后随即查询FR 标志寄存器中的IF 位判断是否允许中断;若允许,CPU 通过控制总线向中断控制器发送确认信息,同时对断点及现场进行保护。其中,断点即程序计数器(Program Counter,PC)中的地址数据,现场即AX 寄存器中的数据。但由于AX 中的运算结果始终会影响FR 中的数据,因此,保护现场即保护FR 中的数据。

8086 微处理器中,PC 中的数据是由CS,IP 两个寄存器运算得出,且PC 为20 位寄存器,CS,IP 为16 位寄存器,因此,为了存储方便,本研究只需将上述两个寄存器的数据进行保护。

存储现场及断点数据的内存地址是通过对SS 段寄存器和SP 偏移量寄存器运算得到的,存储器地址寄存器(Memory Address Register,MAR)通过运算结果找到数据区存储保护数据区域的首地址后,CPU 发出“写”信号,通过数据总线依次将FR,CS,IP 中的数据写入存储器。到此,现场和断点保护完毕。

3.2 执行中断服务子程序

断点及现场保护完毕后,CPU 便开始准备执行中断服务子程序。CPU 接收中断类型号,根据特定规则运算后得到一个16 位数据,并将其赋给IP。DS 段寄存器与IP 偏移量寄存器运算后的结果通过内总线传输给MAR,MAR 通过地址总线在数据区中找到中断向量表分区的首地址。CPU 向存储器发送读信号,一次读取从该地址开始的2 字节数据,赋给CS;随后,CPU再顺序读取2 个字节数据,赋给IP。CS 与IP 运算后的结果通过内总线赋给PC,PC 再传输给MAR,MAR 在程序区中找到中断服务子程序的入口地址后,CPU 向存储器发送读信号,将地址中的对应内容读出,随即开始执行中断服务子程序。

3.3 中断后恢复现场

中断服务子程序执行到退出指令(IRE)后,CPU执行恢复现场及断点操作。SS 与SP 运算后的结果传输给MAR,MAR 在数据区中找到存储IP 寄存器数据的地址。CPU 通过向存储器发送读信号,按照先进后出原则,依次读出并写入IP,CS,FR 寄存器的数据。CS与IP 运算后的结果通过内总线传输至PC 中。此时,断点(PC)恢复,现场(FR)恢复。MAR 得到PC 传输的地址数据后,程序区中找到指令地址,将该地址中的内容传输到CPU,CPU 恢复执行主程序,中断过程结束。

4 结语

兴趣是最好的老师,从提高学校的教育教学水平出发,找到受学生欢迎的教学方法乃是教学实践中一直不变的追求。在如今多层次、分工细化的社会结构中,教育者们需要不断地对教学方法进行改革,以适应快速变化的社会需求,为社会持续提供栋梁之材。