汇编语言和微机接口技术实验教学探讨

文章编号：1672-5913(2011)17-0043-03 中图分类号：G642 文献标识码：A

摘 要：在分析汇编语言和接口技术课程内容与主流机型脱节的基础上，根据目前32位环境下微机技术的教学特点，提出专业基础教学仍应侧重基础原理方面的观点。结合接口技术课程实验多年的教学经验，引导学生建立对微机系统底层探索的兴趣，实践表明，这种方式在汇编语言编程与接口技术实验方面取得了很好的效果。

关键词：汇编语言；接口技术；专业基础；学习能力

作者简介：孙丹岭，女，工程师，研究方向为计算机专业实验教学；蒋方炎，男，高级工程师，研究方向为计算机专业实验教学。

微机技术飞跃发展，制造工艺水平飞速提高，计算机新技术日新月异。因此，学生要在学校的课程中学到所有微机的最新技术和知识是不现实的，对此，大学的一些课程内容主要定位在学习基础原理上。汇编语言和接口技术课程是一门专业基础课程，它对微机系统底层的探究是最直接的。本文就如何把握好基本原理与新技术之间的关系、如何使学生打好基础又掌握深入学习能力、既实现知识更新又提高应用能力等问题进行探讨。

1 实验方向的选择思路

微机技术的快速发展，80×86系列的接口芯片已难觅踪影。以80×86系列为背景的接口原理课程与当前32位的微机环境严重脱节，课程内容不能满足学生要求。但是，应该明确的是接口原理课程基础课程的学习内容应是原理性的，是专业课程学习的基础。如何使经典的基础原理与日益发展的芯片技术协调配合，正是当前该课程教学面临的困难和任务。实验课程的学习是对微机系统底层知识最直接的探究过程，要想对系统有更高更深的掌握，就必须学习和掌握好汇编语言和接口技术。因此，我们仍然以最基本的接口原理技术入手，由浅入深，逐步引导学生学会和掌握系统的基本原理，通过编程实现对系统的控制，感性地理解微机硬件系统的工作原理。

1.1 突出基本原理

注重原理的普遍性。目前的高校学生已很少有人愿意学习20世纪80年代陈旧的MS-DOS 体系结构、命令和传统的命令行或文本画面操作，随着传统16 位微机原理已为支持多任务、多用户的32 位原理所代替，16 位ISA 总线已从市场淘汰，32/ 64 位PCI 总线作为主要的接口总线代替了ISA总线，进入32 位接口方式。现在，PC 微机对外部设备扩展的接口主要是PCI总线和USB 总线接口, 所以在32 位微机实验教学中进行有关PCI总线和USB 总线接口扩展应用的教学内容是必要的。兼顾教学需要，我们在教学大纲和教学内容中引入32 位微机基础理论，实验部分保留易于理解掌握的16 位总线系统。怎样通过PCI、USB总线挂接外围设备, 就成为微机接口技术实验教学的高级部分，如PCI总线的资源如何获取、如何打开通道等。

在8086/8088 CPU系统中，为了说明基本原理需要一个依托、一个平台，我们需要针对原理性课程的需要设计实验内容。如并行端口可以是一个设定地址的寄存器，也可以是一个专用芯片，以便从端口原理的角度去理解它的硬件设计及编程驱动方法；又如中断是微机原理中的重要概念，但在不同系统中的中断机制是不完全相同的，需要根据系统的中断向量和返回方式的进行处理。

另外，从具体实验效果看，实验教学从16 位微机系统与接口技术过渡到32 位，可以使学生既了解当代操作系统的底层原理，也可以使实践教学内容贴近当前微机发展的实际内容，这样做不仅提高了教学层次，还可以提高师生科研和开发水平，为日后解决现代微机应用开发中存在的关键技术问题打下了坚实的基础。

1.2 培养学习和创新能力

接口技术课程是一门动手性及实践性很强的计算机课程。在科学技术日益发展的今天,社会需要很多既具备软件编程能力,又了解硬件知识的复合型人才。学好这门课程, 将会为学生后续计算机开发应用打下坚实基础。因此，我们要充分重视学习过程中的实验环节, 只有经过实践才能加深对理论课的学习和理解, 提高分析问题和解决问题的能力。对此，我们应在以下三个方面进行努力。

1) 引导学生学习。实验安排由浅入深、循序渐进。编程初始，训练学生掌握汇编语言的格式，逐步熟练汇编语言编程的技巧和方法。在实验开始前，先讲解解读硬件的实验设计思想以及芯片初始化和驱动的方法，用最直接的DEBUG监控命令练习基本的输入输出指令，以得到感性的理解，由此学习一般的硬件设计思想。通过多个芯片的多次讲解，使学生逐步掌握硬件系统的设计思路，并使能力强的学生掌握在遇到新的电路系统时，凭借手册等资料就能设计编程的能力。

2) 提高分析研究的能力。汇编语言的调试相对于高级语言要困难得多，调试工具较少，手段较低，许多程序要在监控命令下调试完成。但我们鼓励学生尽量在监控下进行调试，因为通过监控命令能全面地掌握系统的运行状态，遇到问题时用单步指令运行的方式，能精准地发现问题所在，进而找到解决问题的方法，并能更深刻地掌握汇编语言和硬件的性能，同时培养分析研究和解决问题的能力。如中断程序的调试，在Windows 环境下的中断实验比起DOS 环境下要复杂得多，由于中断控制芯片8259是系统相关的，不能在系统的保护模式下运行，调试最为困难，稍有错误就可能死机，要重新启动，费时费力。我们引导学生将问题分步解决。首先完成最基本的中断程序框架，在此基础上逐步增加其他的功能，分步调试，将问题细分解决。如果问题比较复杂，需要用单指令运行来监控程序状态，而硬件中断级别较高，不支持单指令中断，此时可将中断程序暂时设置成子程序，以子程序调用的方式来进行单步监控分析。在指导学生实验的过程中，引导学生积极思考，努力提高学生的分析研究能力。

3) 培养创新能力。在掌握基础实验的基础上，设计一些有具体要求的小系统实验。学生可以按老师的设计实验，也可以按自己的设计来完成实验，这样做既发挥了学生的创新能力，激发了学生的学习兴趣和主动性，又使得实验课程不再乏味。

2 实验的设计

我们的实验教学安排是与“汇编语言与微机接口技术”课程的教学进程相配合的，即根据课程的进度安排实验。课堂知识是实验讲解必要的基础，它也能使学生真正理解和掌握课堂上学的理论知识。课程前期教学是汇编语言，后部分是接口技术。因此，我们在实验前期安排了一些与系统接口有关的、有趣的汇编语言编程小实验，如最基本的键盘输入输出实验、屏幕的字符显示、全屏显示控制、PC机的发声控制，等等，以此让学生体会汇编语言的细致之处，使学生逐步掌握和熟悉汇编语言，掌握相关的DOS及BIOS的调用方法。对于目前习惯于高级语言的学生来说，这需要一个过程。

我们的接口实验设备是长沙胜西电子有限公司研制的SXL-100接口实验仪，它是由32位PCI总线扩展开发的，通过总线桥电路的控制将总线转换成16位低速总线来驱动接口电路的。因此，我们安排了32位环境下如何获取PCI资源的实验，使学生学会资源通道和端口的使用，同时为后续实验打好基础。对能力较强的学生可引导其进一步深入学习桥电路控制器的意义及其控制原理，以加深对系统的理解。

当理论课进程到接口芯片原理时，我们开始相应的硬件编程实验。

对于接口电路的实验，我们首先设计一些基本的、实现芯片单一功能的小实验。如简单的寄存器并行口、定时器等。讲解是从实验的角度入手，主要是选址设计、选片内寄存器和驱动。实验设计为在输入输出端连接开关或发光管，编程驱动端口时，能直接观察到工作状态，这样做能调动学生的学习兴趣。

课程学完一个芯片，做一个完整的芯片功能验证性实验，如并行口8255芯片。开始调试芯片时，可先借助DEBUG的I/O端口输入输出指令直接控制芯片，观察输入输出状态，确保芯片工作正常。在理解了控制芯片工作的基础上，设计一个开关矩阵组成的并行口键盘，通过对并行端口状态的设置及其状态不断变化的判断，编程完成一个键盘的设计。通过这个实验，能使学生较熟练地掌握并行口的使用。

中断课程讲解后，我们就可利用8255的工作方式1进行实验设计，将A、B端口分别设置成输入输出，并使输入或输出为中断方式来将输入的数据输出。这种方式可使两互传数据的设备不丢失数据，由此使学生学习理解一种可靠的数据传送方式原理。

我们还设计安排多个功能结合的实验，如硬件接口电路实验主要有定时器、并行口、串行口、中断，以及这些器件的应用电路实验，如A/D转换、D/A转换、步进电机、直流电机等。学生可按老师的要求做，也可自行设计完成达到同样要求的实验。如将发声实验与并行口键盘实验结合起来完成一个电子琴实验、并行口键盘与其驱动的步进电机组成一个可控的步进电机实验、并行口显示电路与定时器组成电子钟实验，等等，学生可以自由发挥，可用不同的编程方式，也可以添加或改进各种功能，或完成难度更大、更感兴趣的实验。

事实上，每一届学生进行实验时，我们都会根据当届学生学习的具体情况，对实验进行一些适当的调整，以提高学生的学习兴趣，调动学生的学习积极性，使实验达到最佳效果。如果时间允许，我们在学期的后期，安排少数学生在可编程门阵列FPGA实验台Spartan-3上做一些接口电路的设计实验，如简单的PS2键盘接口设计、简单的LCD显示控制等，尽量满足有能力有兴趣学生的学习需求。

3 结语

接口技术是一个复杂的综合性领域，涉及到多门课程甚至于多项学科的基础知识，只有掌握了宽泛的知识，才能真正学好。它需要教师在教学中积极引导，帮助学生开拓思路，不断探索新方法。微机技术与设备在不断地发展，教师要密切关注当前最新技术，适时补充当前技术中较新的内容，适当更新实验设备，从而培养出适应时代发展的优秀学生。

参考文献：

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Discussion on Experimental Teaching in Assembly Language and Interface Technology

SUN Danling, JIANG Fangyan

(College of Computer Science, Zhejiang University, Hangzhou 310027, China)

Abstract: After discussing the teaching feature of microcomputer technology under the 32-bits environment, this paper analyzes the separation of the course content of Assembly Language and Interface Technology from its corresponding main computer models, and expounds the issue that the teaching of specialty foundation should be emphasized particularly on basic principles.

Key words: Assembly Language; Interface Technology; specialty foundation; learning capacity

(编辑：郭小明)

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