計算機學科兩門專業課的融會貫通教學改革探討

摘要：該文主要介紹通過學習“微型計算機原理與接口技術”和“計算機組成與結構”兩門課程之間的聯系，培養學生融會貫通知識的能力，提高學生從宏觀上理解和掌握知識，解決實際問題的能力，解決原有在學習課程中存在“獨立教學，知識分散”的現象。本文主要通過兩數乘法的實現問題教學改革，改變學生只學編程或只學硬件實現的被動局面，提出“各科知識融會貫通，宏觀微觀教學相聯系”的思維導圖式教學方式，經過一定階段的教學改革基本達到預期目標。

關鍵詞：教學改革；融會貫通；乘法；計算機組成

中圖分類號：H319.1 文獻標識碼：A

文章編號：1009-3044（2019）12-0132-02

開放科學（資源服務）標識碼（OSID）：

1 研究意義

“微型計算機原理與接口技術”是信息學科各專業的一門重要的專業基礎課程。課程以32位微機系統為對象，通過匯編語言和幾片接口芯片講授微型計算機系統的原理及應用技術。“計算機組成與結構”是計算機專業的一門核心專業基礎課程，主要圍繞馮·諾依曼體系結構計算機的五大部件介紹計算機的硬件組成。

兩門課程獨立教學，但在內容上卻緊密相關，因此加強兩門課程的建設，對于學生加深對這兩門課程的理解，培養學生融會貫通知識的能力和提高創新能力有重要意義。

2 教學內容改革

在傳統的教學模式中，計算機專業的學生學習專業課時，會接觸到各門專業課，各門課程獨立教學，各門課老師只講授本門課程內容，由于課時限制，很少涉及其他課程的內容。學生學到的知識是一些碎片段，不能將多門專業課知識內容融會貫通起來，不能夠激發學生的學習理論知識的興趣，也缺乏提高創新能力和想象力。

因此，怎樣將各門知識融會貫通起來，建立計算機學科從宏觀到微觀、從整體到局部的概念，是教學中需要探討的一個問題。

本文通過兩數乘法的實現這一問題，探討教學中兩門課程的融會貫通方法，激發計算機學科的教和學的興趣。

2.1乘法指令的實現

乘法（multiplication），是指將相同的數加起來的快捷方式。比如，3×5表示5個3相加。“微型計算機原理與接口技術”課程中學習了匯編語言，學生可以用乘法指令MUL完成兩數相乘，比如進行3×5運算的指令為：

MOV AL，3

MOV BL，5

MUL BL

CPU執行MUL指令，自動到AL中取到一個乘數3，在指令中BL寄存器取到另一個乘數5，兩數相乘后乘積保存到AX中。用有符號乘法指令IMUL可以完成有符號數乘法運算。那么，這些乘法指令在計算機里如何實現呢？

指令的實現涉及控制器的設計。“計算機組成與結構”課程中介紹了操作控制器的設計理論。根據設計方法不同，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，一條機器指令對應一個微程序，這個微程序是由若干條微指令序列組成的。也就是說，一條機器指令所完成的操作劃分為若干條微指令來完成，由微指令進行解釋和執行。圖1是匯編語言機器指令與微指令的關系。

在“微型計算機原理與接口技術”課程中學習匯編語言時，老師如果能夠進一步啟發學生：我們編寫的這一條條機器指令在計算機中是如何實現的呢？在思考中建立整個計算機體系框架，引入控制器的設計，深入到計算機硬件理論的核心。那么將會激起學生對后續“計算機組成與結構”課程的學習興趣。

2.2乘法運算的實現

我們日常習慣的逐位相乘再求累加和的運算方法，對機器并不完全適用。因為，（1）機器通常只有n位長，兩個n位數相乘，乘積可能為2n位。（2）只有兩個操作數相加的加法器難以勝任將n位積一次相加起來的運算。因此，在早期的計算機中為了簡化硬件結構，通過加法和移位操作來實現乘法，這種方法不需要很多器件。原碼一位乘法、補碼一位乘法（又稱Booth算法）、補碼兩位乘法（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“計算機組成與結構”課程中進行介紹。

另外，由于乘法運算大約占全部算術運算的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，乘法器是進行數字信號處理的核心，同時也是微處理器中進行數據處理的關鍵部件。在“計算機組成與結構”課程中介紹的乘法器主要有不帶符號的陣列乘法器和帶符號的陣列乘法器。

在“微型計算機原理與接口技術”課程中，老師經常會強調，計算機中大部分時候數據以補碼形式出現，課程中介紹了補碼加減法。老師如果能夠進一步啟發學生：當碰到負數，或者說有符號的數的補碼乘法時該怎樣處理？后續在“計算機組成與結構”課程中，學生將會獲得這個問題的處理方法：先轉為原碼，然后再處理。轉為原碼的過程和求補的過程完全相同。圖2是“計算機組成與結構”課程中帶符號的陣列乘法器邏輯原理圖，但求補器的算前和算后求補方法都在“微型計算機原理與接口技術”課程中有所涉及。

3結束語

計算機專業學科各門課知識內容卻存在一定的關聯，學生需要將多門專業課融會貫通起來，知識脈絡清晰，才能真正理解和掌握學科知識。“微型計算機原理與接口技術”和“計算機組成與結構”兩門課程從不同側面介紹計算機學科知識，在兩門課程的教學中適當將本門課程和其他另一門課程之間的關聯進行適當介紹，使學生能夠將兩門課程所學知識融會貫通起來的，建立計算機學科從宏觀到微觀、從整體到局部的概念，對所學各科知識在大腦中有一個清晰的樹狀脈絡圖。

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【通聯編輯：王力】