匯編語言程序設(shè)計(jì)課程改革的幾個(gè)問題

熊小兵 劉丹

摘要：從匯編語言程序設(shè)計(jì)在計(jì)算機(jī)相關(guān)專業(yè)課程體系中的地位與作用出發(fā)，說明在新形勢(shì)下繼續(xù)開設(shè)這門課程的一些基本問題，包括地位與作用、定位與內(nèi)容、重點(diǎn)與難點(diǎn)以及方法與評(píng)價(jià)等，闡述在教學(xué)中應(yīng)當(dāng)采取怎樣的對(duì)策以解決這類問題。

關(guān)鍵詞：匯編語言；程序設(shè)計(jì)；課程改革

引 言

匯編語言程序設(shè)計(jì)作為一門獨(dú)立的課程在誕生之初，一直是各高校計(jì)算機(jī)專業(yè)的一門專業(yè)必修課。近年來，國(guó)內(nèi)一些高校（尤其是重點(diǎn)高校）的計(jì)算機(jī)相關(guān)專業(yè)在進(jìn)行培養(yǎng)方案修訂時(shí)，大都對(duì)這門課程做了較大調(diào)整。有些學(xué)校將其由必修課改成選修課，有些學(xué)校將其課時(shí)做了較大壓縮，有些學(xué)校甚至干脆取消這門課。

1 地位與作用問題

匯編語言程序設(shè)計(jì)在所有專業(yè)課（含專業(yè)基礎(chǔ)課）中具有獨(dú)特的地位與作用。一直以來，計(jì)算機(jī)及其應(yīng)用系統(tǒng)的構(gòu)成基本上分為硬件和軟件兩大塊，計(jì)算機(jī)相關(guān)專業(yè)所涵蓋的學(xué)科理論知識(shí)與工程技術(shù)也相應(yīng)地分為硬件和軟件兩大塊。受此影響，在人才培養(yǎng)實(shí)踐中，計(jì)算機(jī)相關(guān)專業(yè)所開沒的基礎(chǔ)課程也主要圍繞這兩大塊展開。硬件主要有電子技術(shù)基礎(chǔ)、數(shù)字邏輯、計(jì)算機(jī)組成原理、系統(tǒng)結(jié)構(gòu)等，而軟件主要有數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)、高級(jí)語言程序設(shè)計(jì)、操作系統(tǒng)、數(shù)據(jù)庫等。

從硬件和軟件的關(guān)系看，計(jì)算機(jī)及其應(yīng)用系統(tǒng)的工作以硬件為基礎(chǔ)，卻以軟件為動(dòng)力，硬件和軟件密不可分，硬件要靠軟件驅(qū)動(dòng)。一般而言，以計(jì)算機(jī)系統(tǒng)為核心的應(yīng)用開發(fā)必須是硬件開發(fā)和軟件開發(fā)同時(shí)伴隨，因此有些課程注定要同時(shí)圍繞硬件和軟件兩方面展開，如匯編語言程序設(shè)計(jì)、接口技術(shù)、單片機(jī)、嵌入式系統(tǒng)等。

在所有這些軟件和硬件緊密結(jié)合的課程中，匯編語言程序設(shè)計(jì)又是基礎(chǔ)課。通過學(xué)習(xí)匯編語言程序設(shè)計(jì)，學(xué)生不僅可以更加透徹地理解在其他課程中學(xué)習(xí)過的有關(guān)知識(shí)，更加深入地了解計(jì)算機(jī)系統(tǒng)的內(nèi)部工作機(jī)制，而且能為后續(xù)接口技術(shù)、單片機(jī)、嵌入式系統(tǒng)等課程的學(xué)習(xí)打下堅(jiān)實(shí)基礎(chǔ)。

總之，匯編語言程序設(shè)計(jì)把硬件和軟件有機(jī)地緊密結(jié)合在一起，能讓學(xué)生對(duì)傳統(tǒng)意義上的兩大塊有一個(gè)更全面同時(shí)也更深入的認(rèn)識(shí)和理解。鑒于以上認(rèn)識(shí)，筆者認(rèn)為各高校計(jì)算機(jī)相關(guān)專業(yè)在進(jìn)行培養(yǎng)方案修訂時(shí)不宜完全取消匯編語言程序設(shè)計(jì)這門課程。

2 定位與內(nèi)容問題

程序設(shè)計(jì)語言經(jīng)歷了機(jī)器語言、匯編語言、高級(jí)語言等發(fā)展階段。從編程效率看，匯編語言不及高級(jí)語言，但從語言的整體功能看，匯編語言比高級(jí)語言要強(qiáng)，通俗點(diǎn)說就是指高級(jí)語言能做到的事，匯編語言都能做到，但反過來則未必。

高級(jí)語言程序設(shè)計(jì)的主要內(nèi)容包括兩部分：高級(jí)語言和程序設(shè)計(jì)。匯編語言程序設(shè)計(jì)也不例外，其主要內(nèi)容也由兩部分構(gòu)成：匯編語言和程序設(shè)計(jì)。事實(shí)上，不管學(xué)習(xí)什么語言程序設(shè)計(jì)，主要內(nèi)容就是兩個(gè)：程序設(shè)計(jì)的基本思想方法和語言本身。

由于語言只是程序的載體，是程序設(shè)計(jì)的工具，因此第1個(gè)內(nèi)容即程序設(shè)計(jì)的思想方法是相通的。鑒于此，匯編語言程序設(shè)計(jì)的教學(xué)應(yīng)該以匯編語言本身為重點(diǎn)，即匯編語言為程序設(shè)計(jì)提供的各個(gè)元素及其應(yīng)用，內(nèi)容應(yīng)該包括數(shù)據(jù)表示、數(shù)據(jù)安排、尋址方式、指令系統(tǒng)、程序結(jié)構(gòu)、流程控制、參數(shù)傳遞、中斷調(diào)用、數(shù)據(jù)處理等；而其定位應(yīng)該是讓學(xué)生掌握最基本的知識(shí)和能力，一方面讓學(xué)生通過學(xué)習(xí)匯編語言深入理解計(jì)算機(jī)系統(tǒng)內(nèi)部的工作機(jī)制，另一方面能讓學(xué)生在必要時(shí)借助匯編語言彌補(bǔ)高級(jí)語言的功能性不足。

3 重點(diǎn)與難點(diǎn)問題

3.1 數(shù)據(jù)表示問題

計(jì)算機(jī)的基本功能就是加工處理數(shù)據(jù)，數(shù)據(jù)需要存放到計(jì)算機(jī)系統(tǒng)中。實(shí)際應(yīng)用中的數(shù)據(jù)豐富多彩，具有各種不同的類型；而計(jì)算機(jī)中的數(shù)據(jù)則單調(diào)得多。應(yīng)用中各種不同類型的數(shù)據(jù)如何在計(jì)算機(jī)中以恰當(dāng)?shù)男问奖硎境鰜恚褪浅绦蛟O(shè)計(jì)面臨的首要問題。

數(shù)據(jù)在計(jì)算機(jī)中的表示有多種方法，不同方法有各自的優(yōu)缺點(diǎn)，適用于不同的應(yīng)用要求。基本上來說，計(jì)算機(jī)系統(tǒng)對(duì)數(shù)據(jù)的加工處理主要是數(shù)據(jù)運(yùn)算和數(shù)據(jù)輸入輸出。為了節(jié)約存儲(chǔ)空間，我們一般比較喜歡2進(jìn)制代碼長(zhǎng)度比較小即2進(jìn)制代碼比較短的表示方法。在2進(jìn)制代碼長(zhǎng)度方面，數(shù)值數(shù)據(jù)的代碼表示一般不如其2進(jìn)制表示。

計(jì)算機(jī)對(duì)數(shù)值數(shù)據(jù)最重要的加工處理就是算術(shù)運(yùn)算，為了方便運(yùn)算，我們比較喜歡2進(jìn)制表示，即在運(yùn)算方面數(shù)值數(shù)據(jù)的2進(jìn)制表示要優(yōu)于其代碼表示。采用2進(jìn)制表示的主要問題是溢出，但這同時(shí)也是代碼表示的主要問題之一。此外，代碼表示即使沒有溢出，也可能得到錯(cuò)誤的結(jié)果。計(jì)算機(jī)對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行加T處理時(shí)，加工處理之前要輸入原始數(shù)據(jù)，加工處理之后要輸出結(jié)果數(shù)據(jù)，我們當(dāng)然希望采用比較有利于輸入/輸出的表示法。在這方面，數(shù)據(jù)的代碼表示要比其2進(jìn)制表示好。

代碼形式的數(shù)據(jù)在輸入/輸出時(shí)只需要采用簡(jiǎn)單的移位操作即可實(shí)現(xiàn)，因?yàn)槊恳晃簧系臄?shù)都有同樣長(zhǎng)度的代碼，而且數(shù)據(jù)在輸入/輸出時(shí)本身就是通過代碼進(jìn)行標(biāo)識(shí)。例如，在西文環(huán)境中普遍采用ASCII碼標(biāo)識(shí)每一個(gè)常用字符，因此ASCII碼形式的數(shù)值數(shù)據(jù)在輸入/輸出時(shí)特別有優(yōu)勢(shì)：輸出時(shí)只需要8位8位的進(jìn)行分割，就可以得到每一位上的數(shù)，而且不需要做任何轉(zhuǎn)換就可以送往輸出設(shè)備輸出；輸入時(shí)不需要做任何轉(zhuǎn)換，只需要8位8位的進(jìn)行拼接，就可以得到整個(gè)數(shù)。如果是2進(jìn)制形式，則要麻煩得多：輸出時(shí)需要通過除法等分離出每一位上的數(shù)，然后轉(zhuǎn)換成ASCII碼后才能送往輸出設(shè)備輸出；輸入時(shí)需要將ASCII碼轉(zhuǎn)換成對(duì)應(yīng)的一位數(shù)，然后通過乘法和加法等拼成一個(gè)整體。

總之，學(xué)生要學(xué)會(huì)在深刻理解并熟練掌握各種數(shù)據(jù)表示方法的基礎(chǔ)上，善于根據(jù)需要靈活選擇合適的數(shù)據(jù)表示方法。這一部分的教學(xué)內(nèi)容主要是介紹基本的數(shù)據(jù)表示方法及各自的優(yōu)缺點(diǎn)，尤其注重學(xué)生對(duì)各種表示方法的理解。

3.2 尋址方式問題

計(jì)算機(jī)的工作由程序驅(qū)動(dòng)，而概括地說，程序又是加工處理數(shù)據(jù)的。不管是程序加丁.處理的數(shù)據(jù)，還是程序本身，在程序執(zhí)行時(shí)都要存放到仔儲(chǔ)器巾。

程序在執(zhí)行過程中，需要不斷地從存儲(chǔ)器中取指令和數(shù)據(jù)，往存儲(chǔ)器中存數(shù)據(jù)，這就面臨一個(gè)非常重要的問題——尋址。從應(yīng)用層面看，程序有結(jié)構(gòu)問題：順序結(jié)構(gòu)、分支結(jié)構(gòu)和循環(huán)結(jié)構(gòu)等；而數(shù)據(jù)也有結(jié)構(gòu)問題：一維結(jié)構(gòu)、二維結(jié)構(gòu)、三維結(jié)構(gòu)等。不同的程序結(jié)構(gòu)和數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)對(duì)尋址方式的要求不一樣，為了滿足這種差異性，系統(tǒng)必須提供多種不同的尋址方式。

以Inte18086為例，立即尋址主要用來處理常量，其他尋址方式則主要用來訪問變量，包括寄存器尋址、直接尋址、寄存器間接尋址、相對(duì)寄存器尋址、基址變址和相對(duì)基址變址等 。在訪問變量的各種尋址方式中，寄存器尋址主要用來訪問寄存器變量，而其他尋址方式則主要用來訪問內(nèi)存變量。在訪問內(nèi)存變量的各種尋址方式巾，直接尋址方式主要用在順序結(jié)構(gòu)巾，而其他尋址方式則主要用在循環(huán)結(jié)構(gòu)中。在用于循環(huán)結(jié)構(gòu)的尋址方式中，寄存器間接尋址和相對(duì)寄存器尋址主要用于一維數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)，而基址變址和相對(duì)基址變址則主要用于二維數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)。

這一部分的教學(xué)內(nèi)容主要是存取數(shù)據(jù)和指令所需要的各種尋址方式，重點(diǎn)是各尋址方式的表達(dá)形式、構(gòu)成成分及各成分的作用。

3.3 指令系統(tǒng)問題

程序主要是加工處理數(shù)據(jù)的，同時(shí)程序主要由指令構(gòu)成，因此指令的主要功能也是圍繞加工處理數(shù)據(jù)展開。

一般而言，一條完整的指令主要圍繞4個(gè)問題展開：①什么地方或什么樣的數(shù)；②與什么地方或什么樣的數(shù)；③做什么樣的運(yùn)算；④結(jié)果放到什么地方。什么樣的數(shù)即常數(shù)（常量），既可以是數(shù)值常數(shù)，又可以是符號(hào)常數(shù)。什么地方的數(shù)即變數(shù)（變量），既可以是寄存器數(shù)，義可以是內(nèi)存數(shù)。上述4個(gè)問題中，①②④由指令巾的操作數(shù)（常數(shù)）或地址碼（變數(shù)）表達(dá)，而③則由指令中的操作碼表達(dá) 。

這一部分的教學(xué)內(nèi)容主要是介紹一些最常用、最基本的指令，重點(diǎn)是各指令的功能、格式和用法，

3.4 流程控制問題

流程控制是所有程序都不可回避的問題。匯編語言程序的流程控制主要包括分支控制、循環(huán)控制、中斷調(diào)用、子程序調(diào)用。由于程序總是試圖順序執(zhí)行，因此順序結(jié)構(gòu)的流程控制不需要特別關(guān)心。實(shí)際上，這個(gè)問題已經(jīng)由系統(tǒng)解決。

不管哪種類型的流程控制，它們都是通過執(zhí)行相應(yīng)的流程控制指令，讓原本順序執(zhí)行的流程轉(zhuǎn)移到某個(gè)目標(biāo)位置來實(shí)現(xiàn)，因此流程控制的一個(gè)核心問題就是如何在流程控制指令中正確地提供目標(biāo)地址 。此時(shí)的目標(biāo)地址就是一個(gè)廣義的數(shù)據(jù)，因此數(shù)據(jù)的尋址方式也可以用在指令尋址中。

這一部分的教學(xué)內(nèi)容主要是各種類型流程控制所需要用到的基本指令，重點(diǎn)是各指令的功能、格式及其用法，尤其是如何利用轉(zhuǎn)移指令實(shí)現(xiàn)分支和循環(huán)。

3.5 參數(shù)傳遞問題

按模塊化程序設(shè)計(jì)思想，一個(gè)規(guī)模較大、功能較復(fù)雜的程序通常由一個(gè)主程序和若干個(gè)子程序構(gòu)成，它們之間形成調(diào)用和被調(diào)用的關(guān)系。主程序在通過調(diào)用子程序?yàn)樽约航鉀Q某些問題時(shí)，通常需要為子程序提供一些相關(guān)的數(shù)據(jù)，子程序在內(nèi)部對(duì)這些數(shù)據(jù)做相應(yīng)的加工處理后再將處理結(jié)果返回給主程序，這就是所謂的參數(shù)傳遞問題。主程序提供給子程序的數(shù)據(jù)通常叫做人口參數(shù)，而子程序返回給主程序的數(shù)據(jù)則通常叫做出口參數(shù)。

需要做參數(shù)傳遞時(shí)，通常有兩種選擇：一種方法是直接傳遞所需要的數(shù)據(jù)，另一種方法是傳遞所需數(shù)據(jù)的位置信息即地址。第一種方法即通常所說的值傳遞，第二種方法即通常所說的地址傳遞。需要注意的是，傳地址的目的也是為了傳數(shù)據(jù)。在具體實(shí)現(xiàn)時(shí)，不管哪種做法即不管是值傳遞還是地址傳遞，都需要事先約定好一個(gè)地方，這是它們的共同點(diǎn)；不同點(diǎn)在于值傳遞是將所需要的數(shù)據(jù)本身放在這個(gè)事先約定好的地方，而地址傳遞是將所需要數(shù)據(jù)的位置信息即地址放在這個(gè)事先約定好的地方。約定地方時(shí)既可以約定寄存器，又可以約定內(nèi)存單元，還可以約定堆棧，因此具體的參數(shù)傳遞方式靈活多樣，而且各有各的優(yōu)勢(shì)，在實(shí)際應(yīng)用中通常綜合以上各種做法以求達(dá)到較好的效果。

一般來說，當(dāng)參數(shù)比較少時(shí)，值傳遞比較合適；而當(dāng)參數(shù)比較多時(shí)，地址傳遞比較合適。約定寄存器只適合于少量參數(shù)的傳遞，而約定內(nèi)存則沒有此限制。參數(shù)交換示意圖如圖1所示。

根據(jù)需要，一個(gè)子程序可以調(diào)用另一個(gè)子程序，也可以調(diào)用自己本身，這種情況就是所謂的遞歸調(diào)用，此時(shí)的子程序通常叫做遞歸子程序。凡是能夠用遞推關(guān)系描述的問題，都可以通過遞歸方法求解。

遞歸子程序的執(zhí)行過程可以分成兩個(gè)階段：回溯和返回。回溯就是層層遞歸，將未知的、比較復(fù)雜的求解問題逐漸轉(zhuǎn)化成已知的、比較簡(jiǎn)單的求解問題。在回溯的過程中，一旦層層遞歸到簡(jiǎn)單問題的求解，就不再繼續(xù)遞歸，而是直接解出這個(gè)比較簡(jiǎn)單的問題，然后進(jìn)入返回階段。回溯是一個(gè)層層遞歸的過程，因此返回也是一層一層進(jìn)行。寫遞歸子程序的重點(diǎn)和難點(diǎn)在于回溯數(shù)據(jù)在保存和返回時(shí)的使用。

這一部分的教學(xué)內(nèi)容主要是參數(shù)傳遞的各種方法及其優(yōu)缺點(diǎn)。

4 方法與評(píng)價(jià)問題

如前所述，匯編語言和高級(jí)語言雖然是不同的程序設(shè)計(jì)語言，但是它們都是程序設(shè)計(jì)的工具，而程序設(shè)計(jì)的基本思想和方法不受程序設(shè)計(jì)語言的限制。匯編語言程序設(shè)計(jì)開沒在高級(jí)語言程序設(shè)計(jì)之后，因此教師在教學(xué)中應(yīng)充分利用它們兩者之間的聯(lián)系與差別組織教學(xué)，充分利用學(xué)習(xí)遷移規(guī)律減輕學(xué)生的學(xué)習(xí)負(fù)擔(dān)，同時(shí)提高學(xué)習(xí)效率，加深理解。

在教學(xué)過程中，教師可以圍繞兩個(gè)基本點(diǎn)進(jìn)行匯編語言和高級(jí)語言的比較教學(xué)：一是圍繞程序的功能（數(shù)據(jù)安排、數(shù)據(jù)輸入、數(shù)據(jù)運(yùn)算、數(shù)據(jù)輸出），介紹匯編語言為了實(shí)現(xiàn)這些功能而提供的相應(yīng)處理機(jī)制；二是圍繞程序的結(jié)構(gòu)（順序結(jié)構(gòu)、分支結(jié)構(gòu)、循環(huán)結(jié)構(gòu)、子程序結(jié)構(gòu)），介紹匯編語言為了實(shí)現(xiàn)這些結(jié)構(gòu)而提供的相應(yīng)處理機(jī)制。由于學(xué)生已經(jīng)有了在高級(jí)語言程序設(shè)計(jì)課程中習(xí)得的各種編程經(jīng)驗(yàn)，因此教師在進(jìn)行匯編語言程序設(shè)計(jì)教學(xué)時(shí)，不管講授什么內(nèi)容，都要注意和高級(jí)語言作比較，利用高級(jí)語言提高教學(xué)效率。

關(guān)于教學(xué)效果的評(píng)價(jià)，根據(jù)自身多年的教學(xué)實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)，筆者認(rèn)為采用開卷考試或者撰寫課程論文的方式比較適合。如果選擇開卷考試，可以以主觀題為主甚至全部采用主觀題；如果選擇課程論文，則可以對(duì)匯編語言和高級(jí)語言進(jìn)行對(duì)比研究。值得強(qiáng)調(diào)的是，評(píng)價(jià)方式要靈活多樣，具體依教學(xué)要求和評(píng)價(jià)目標(biāo)而定。

5 結(jié)語

雖然匯編語言在應(yīng)用開發(fā)尤其是純軟件的應(yīng)用開發(fā)方面并不具有優(yōu)勢(shì)，但是在教育教學(xué)上卻有著不可忽視的作用。在計(jì)算機(jī)專業(yè)幾門核心課程的教學(xué)中，教師就可以充分利用匯編語言提高教學(xué)效果，在組成原理的教學(xué)中利用匯編指令講述指令系統(tǒng)，在接口技術(shù)的教學(xué)中利用匯編語言編寫相應(yīng)的硬件驅(qū)動(dòng)程序，在編譯技術(shù)的教學(xué)中利用匯編語言作為編譯的中間碼講述編譯優(yōu)化，不僅可以簡(jiǎn)化問題、提高效率，而且更方便學(xué)生理解和接受。