計(jì)算機(jī)學(xué)科兩門專業(yè)課的融會(huì)貫通教學(xué)改革探討

摘要：該文主要介紹通過(guò)學(xué)習(xí)“微型計(jì)算機(jī)原理與接口技術(shù)”和“計(jì)算機(jī)組成與結(jié)構(gòu)”兩門課程之間的聯(lián)系，培養(yǎng)學(xué)生融會(huì)貫通知識(shí)的能力，提高學(xué)生從宏觀上理解和掌握知識(shí)，解決實(shí)際問(wèn)題的能力，解決原有在學(xué)習(xí)課程中存在“獨(dú)立教學(xué)，知識(shí)分散”的現(xiàn)象。本文主要通過(guò)兩數(shù)乘法的實(shí)現(xiàn)問(wèn)題教學(xué)改革，改變學(xué)生只學(xué)編程或只學(xué)硬件實(shí)現(xiàn)的被動(dòng)局面，提出“各科知識(shí)融會(huì)貫通，宏觀微觀教學(xué)相聯(lián)系”的思維導(dǎo)圖式教學(xué)方式，經(jīng)過(guò)一定階段的教學(xué)改革基本達(dá)到預(yù)期目標(biāo)。

關(guān)鍵詞：教學(xué)改革；融會(huì)貫通；乘法；計(jì)算機(jī)組成

中圖分類號(hào)：H319.1 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A

文章編號(hào)：1009-3044（2019）12-0132-02

開(kāi)放科學(xué)（資源服務(wù)）標(biāo)識(shí)碼（OSID）：

1 研究意義

“微型計(jì)算機(jī)原理與接口技術(shù)”是信息學(xué)科各專業(yè)的一門重要的專業(yè)基礎(chǔ)課程。課程以32位微機(jī)系統(tǒng)為對(duì)象，通過(guò)匯編語(yǔ)言和幾片接口芯片講授微型計(jì)算機(jī)系統(tǒng)的原理及應(yīng)用技術(shù)?！坝?jì)算機(jī)組成與結(jié)構(gòu)”是計(jì)算機(jī)專業(yè)的一門核心專業(yè)基礎(chǔ)課程，主要圍繞馮·諾依曼體系結(jié)構(gòu)計(jì)算機(jī)的五大部件介紹計(jì)算機(jī)的硬件組成。

兩門課程獨(dú)立教學(xué)，但在內(nèi)容上卻緊密相關(guān)，因此加強(qiáng)兩門課程的建設(shè)，對(duì)于學(xué)生加深對(duì)這兩門課程的理解，培養(yǎng)學(xué)生融會(huì)貫通知識(shí)的能力和提高創(chuàng)新能力有重要意義。

2 教學(xué)內(nèi)容改革

在傳統(tǒng)的教學(xué)模式中，計(jì)算機(jī)專業(yè)的學(xué)生學(xué)習(xí)專業(yè)課時(shí)，會(huì)接觸到各門專業(yè)課，各門課程獨(dú)立教學(xué)，各門課老師只講授本門課程內(nèi)容，由于課時(shí)限制，很少涉及其他課程的內(nèi)容。學(xué)生學(xué)到的知識(shí)是一些碎片段，不能將多門專業(yè)課知識(shí)內(nèi)容融會(huì)貫通起來(lái)，不能夠激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)理論知識(shí)的興趣，也缺乏提高創(chuàng)新能力和想象力。

因此，怎樣將各門知識(shí)融會(huì)貫通起來(lái)，建立計(jì)算機(jī)學(xué)科從宏觀到微觀、從整體到局部的概念，是教學(xué)中需要探討的一個(gè)問(wèn)題。

本文通過(guò)兩數(shù)乘法的實(shí)現(xiàn)這一問(wèn)題，探討教學(xué)中兩門課程的融會(huì)貫通方法，激發(fā)計(jì)算機(jī)學(xué)科的教和學(xué)的興趣。

2.1乘法指令的實(shí)現(xiàn)

乘法（multiplication），是指將相同的數(shù)加起來(lái)的快捷方式。比如，3×5表示5個(gè)3相加?！拔⑿陀?jì)算機(jī)原理與接口技術(shù)”課程中學(xué)習(xí)了匯編語(yǔ)言，學(xué)生可以用乘法指令MUL完成兩數(shù)相乘，比如進(jìn)行3×5運(yùn)算的指令為：

MOV AL，3

MOV BL，5

MUL BL

CPU執(zhí)行MUL指令，自動(dòng)到AL中取到一個(gè)乘數(shù)3，在指令中BL寄存器取到另一個(gè)乘數(shù)5，兩數(shù)相乘后乘積保存到AX中。用有符號(hào)乘法指令I(lǐng)MUL可以完成有符號(hào)數(shù)乘法運(yùn)算。那么，這些乘法指令在計(jì)算機(jī)里如何實(shí)現(xiàn)呢？

指令的實(shí)現(xiàn)涉及控制器的設(shè)計(jì)?！坝?jì)算機(jī)組成與結(jié)構(gòu)”課程中介紹了操作控制器的設(shè)計(jì)理論。根據(jù)設(shè)計(jì)方法不同，操作控制器可分為硬布線控制器和微程序控制器。在微程序控制器中，一條機(jī)器指令對(duì)應(yīng)一個(gè)微程序，這個(gè)微程序是由若干條微指令序列組成的。也就是說(shuō)，一條機(jī)器指令所完成的操作劃分為若干條微指令來(lái)完成，由微指令進(jìn)行解釋和執(zhí)行。圖1是匯編語(yǔ)言機(jī)器指令與微指令的關(guān)系。

在“微型計(jì)算機(jī)原理與接口技術(shù)”課程中學(xué)習(xí)匯編語(yǔ)言時(shí)，老師如果能夠進(jìn)一步啟發(fā)學(xué)生：我們編寫的這一條條機(jī)器指令在計(jì)算機(jī)中是如何實(shí)現(xiàn)的呢？在思考中建立整個(gè)計(jì)算機(jī)體系框架，引入控制器的設(shè)計(jì)，深入到計(jì)算機(jī)硬件理論的核心。那么將會(huì)激起學(xué)生對(duì)后續(xù)“計(jì)算機(jī)組成與結(jié)構(gòu)”課程的學(xué)習(xí)興趣。

2.2乘法運(yùn)算的實(shí)現(xiàn)

我們?nèi)粘Ａ?xí)慣的逐位相乘再求累加和的運(yùn)算方法，對(duì)機(jī)器并不完全適用。因?yàn)椋?）機(jī)器通常只有n位長(zhǎng)，兩個(gè)n位數(shù)相乘，乘積可能為2n位。（2）只有兩個(gè)操作數(shù)相加的加法器難以勝任將n位積一次相加起來(lái)的運(yùn)算。因此，在早期的計(jì)算機(jī)中為了簡(jiǎn)化硬件結(jié)構(gòu)，通過(guò)加法和移位操作來(lái)實(shí)現(xiàn)乘法，這種方法不需要很多器件。原碼一位乘法、補(bǔ)碼一位乘法（又稱Booth算法）、補(bǔ)碼兩位乘法（又稱基4 Booth乘法算法）都采用這種“加法移位”方法。這些方法在“計(jì)算機(jī)組成與結(jié)構(gòu)”課程中進(jìn)行介紹。

另外，由于乘法運(yùn)算大約占全部算術(shù)運(yùn)算的1/3，因此采用高速乘法部件，在速度和效率上都十分必要。在微處理器芯片中，乘法器是進(jìn)行數(shù)字信號(hào)處理的核心，同時(shí)也是微處理器中進(jìn)行數(shù)據(jù)處理的關(guān)鍵部件。在“計(jì)算機(jī)組成與結(jié)構(gòu)”課程中介紹的乘法器主要有不帶符號(hào)的陣列乘法器和帶符號(hào)的陣列乘法器。

在“微型計(jì)算機(jī)原理與接口技術(shù)”課程中，老師經(jīng)常會(huì)強(qiáng)調(diào)，計(jì)算機(jī)中大部分時(shí)候數(shù)據(jù)以補(bǔ)碼形式出現(xiàn)，課程中介紹了補(bǔ)碼加減法。老師如果能夠進(jìn)一步啟發(fā)學(xué)生：當(dāng)碰到負(fù)數(shù)，或者說(shuō)有符號(hào)的數(shù)的補(bǔ)碼乘法時(shí)該怎樣處理？后續(xù)在“計(jì)算機(jī)組成與結(jié)構(gòu)”課程中，學(xué)生將會(huì)獲得這個(gè)問(wèn)題的處理方法：先轉(zhuǎn)為原碼，然后再處理。轉(zhuǎn)為原碼的過(guò)程和求補(bǔ)的過(guò)程完全相同。圖2是“計(jì)算機(jī)組成與結(jié)構(gòu)”課程中帶符號(hào)的陣列乘法器邏輯原理圖，但求補(bǔ)器的算前和算后求補(bǔ)方法都在“微型計(jì)算機(jī)原理與接口技術(shù)”課程中有所涉及。

3結(jié)束語(yǔ)

計(jì)算機(jī)專業(yè)學(xué)科各門課知識(shí)內(nèi)容卻存在一定的關(guān)聯(lián)，學(xué)生需要將多門專業(yè)課融會(huì)貫通起來(lái)，知識(shí)脈絡(luò)清晰，才能真正理解和掌握學(xué)科知識(shí)?！拔⑿陀?jì)算機(jī)原理與接口技術(shù)”和“計(jì)算機(jī)組成與結(jié)構(gòu)”兩門課程從不同側(cè)面介紹計(jì)算機(jī)學(xué)科知識(shí)，在兩門課程的教學(xué)中適當(dāng)將本門課程和其他另一門課程之間的關(guān)聯(lián)進(jìn)行適當(dāng)介紹，使學(xué)生能夠?qū)砷T課程所學(xué)知識(shí)融會(huì)貫通起來(lái)的，建立計(jì)算機(jī)學(xué)科從宏觀到微觀、從整體到局部的概念，對(duì)所學(xué)各科知識(shí)在大腦中有一個(gè)清晰的樹(shù)狀脈絡(luò)圖。

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