突破學習難點，提高編程能力及應用水平

摘要：本文論述了學習難點的突破，為掌握現代計算機理論和控制技術應用編程鋪平道路，提供了一個提高學習質量的借鑒方法。

關鍵詞：突破難點 存儲器分段 存儲器訪問

《微型計算機接口技術及應用》這門課程具有很強的理論性、實踐性、應用性。它和工程實際有著緊密的聯系，在工程實際中能夠解決很多關鍵的難題。但是在實際教學這門課程的過程中，由于《微型計算機接口技術及應用》課程具有很多的難點，很多學生都無法真正的消化掉這些難點，不僅制約了編程應用，也無法提高學生的實際應用能力。

為了更好的為實際工程服務，及時的解決一些在實際的工程應用中會遇到的問題，應該掌握計算機控制技術理論知識，這是提高自身實踐能力的基礎和前提。因為只有把計算機控制技術理論掌握好，才有能力掌握和應用計算機，進而在工程應用出現問題時有能力解決那些問題。以下幾個部分組成了微型計算機：

①中央處理器CPU。②存儲器。③I/O接口電路。④I/O設備。

在學習《微型計算機接口技術及應用》這門課程的過程中，最大的難點就是存儲器的組織和使用。在進行難點突破時，我們以存儲器的分段為例，存儲器是存儲程序和數據的裝置，屬于計算機不可分缺的一個組成部分。計算機要想發揮自身的作用，存儲器是必要部件，反之，計算機的存在就沒有意義了。雖然微型計算機有很多類型，但是只要掌握其中的一種，其他的類型也都大同小異。因此我們在講解存儲器的使用方法時可以以8086/8088微型計算機系統為例。首先說明該計算機中央處理器CPU的結構及原理，然后學習該計算機系統的存儲器組織。

1 存儲器分段的原因

8086/8088CPU的20根地址總線決定了8086/8088系統的存儲器容量，其存儲器容量是1MB。但是該系統要想尋址1MB的內存空間，還存在著一些問題，因為該系統CPU內部的寄存器是16位的寄存器，這與20位地址的要求是沖突的。即16位寄存器裝配不了20位的地址或數據，只能裝配16位的地址或數據。要想解決這個問題，就需要裝配20位的寄存器，但是由于客觀原因所限，8086/

8088CPU無法裝配20位的寄存器。為了有效的解決這個問題，8086/8088CPU的設計師，很巧妙的把1MB的內存進行分段，實現對全部內存的管理和使用。

2 實現分段管理的辦法

8086/8088CPU內部提供了4個16位的段寄存器，分別是CS、DS、ES、SS；2個專用寄存器；8個16位的通用寄存器。

4個段寄存器的用途：

裝配20位地址的高16位地址是4個段寄存器的作用，并且該地址能夠被16整除。我們可以發現，這樣的地址低4位都是0，也就是xxxx xxxx xxxx xxxx 0000的形式。如果20位地址是這樣形式的，那么我們把這樣的20位地址叫做段的地址起始，簡稱段地址。雖然段地址也是20位地址的，但是由于其低4位都是0，可以把都是0的這4位省略掉，保留高16位地址。如此一來，4個段寄存器中就可以裝配段地址的高16位地址，那么16位段寄存器的要求也就得到了滿足。

一般情況下，代碼段寄存器CS裝配的是某一程序代碼的起始地址。數據段寄存器DS裝配的是某一數據段的起始地址。附加數據段寄存器ES裝配的是某一附加數據段的起始地址。堆棧段寄存器SS裝配的是系統堆棧或用戶設置的堆棧段的起始地址。

8個16位通用寄存器的用途：

裝配16位數據是AX、BX、CX、DX四個寄存器的主要作用。裝配16位偏移地址是BX、SI、DI、SP、BP這5個寄存器的主要作用。由于在8086/8088系統中，寄存器是16位的，而8086/8088卻有20根地址線，8086/8088的尋址是通過段地址與偏移地址合成的，這樣的話，如果用cs來指明段地址，用IP指出偏移地址，由于IP是16位的，它能表示的偏移地址只有0000H-FFFFH，也就是共64KB，而8086/8088地址線有20根，也就是可以尋址空間為1M，這樣就需要通過分段管理，把內存地址分為若干段，每段有一些存儲單元構成。用段地址指出是哪一段，偏移地址標明是段中的哪一個單元。每段最多為64KB，最小為16個字節，并且每段必須以16的倍數開始，也就是說每段的最后一位必須為0，如00000H，10000H，00010H等。邏輯地址是用戶編程時使用的地址，分為段地址和偏移地址兩部分。實行分段管理就是把段地址裝配到相應段寄存器中，把偏移地址裝配到地址寄存器中。如此一來，8086/8088CPU內部的寄存器都是16位的寄存器，所有矛盾都獲得了解決。

3 地址轉換方法

要想得到20位的實際地址（物理地址），程序地址（邏輯地址）利用以下公式就可以實現：

段地址×16d+偏移地址=物理地址（實際地址）

參考上述公式，利用CPU的地址加法器就可以把程序地址轉換成物理地址。實際上是當你在編程時，寫一條指令，例如：

MOV AL，DS：[2002H]

已知DS的值，比如：5678H，那么56780H就是數據段的起始地址，并且在指令中偏移地址已經給出就是2002H。數據在內存的物理地址是：56780H+2002H=

58782H。

通過指令譯碼器把指令譯碼后，發出一系列控制信號，把數據段空間偏移地址為2002H單元中數據傳送給AL寄存器。實際上，源操作數程序地址已經被地址加法器轉換成物理地址58782H，之后20位地址信息被發出，這20位地址信息就是所對應的數據內存單元地址58782H，把內存單元地址58782H中存放的數據傳送給寄存器AL。完成了這一條指令的操作。

4 4個段寄存器CS、DS、ES、SS和幾個通用寄存器及專用寄存器的默認搭配關系

①CS與IP搭配，用于程序代碼段空間的訪問。

②DS與BX、SI、DI搭配，用于數據段空間的訪問。

③ES與DI搭配，用于附加數據段空間的訪問。

④SS與BP、SP搭配，用于堆棧段空間的訪問。

5 存儲器的尋址方式

以上已經學習了存儲器的組織和存儲器分段問題，之后應該學習存儲器的尋址方式這個問題。如果學生已經真正掌握了存儲器的分段問題，那么學習存儲器的尋址方式這個問題就簡單多了。比如，指令

MOV BX，3002H

MOV AX，DS：[BX]

對于第二條指令的功能就能真正理解，從而從實質上進行掌握。她的意思是：源操作數在內存數據段中存放，數據段的段地址在寄存器DS中存放，相對于數據段的起始地址，偏移地址是3002H單元，這個地址在寄存器BX中存放。因此，叫做寄存器間接尋址。在這個單元中存放的數據要傳送給寄存器AX。因為，存儲器的分段問題的難點已經掌握，所以對存儲器的尋址方式也很容易掌握了。

6 指令的功能和用途

在學習了存儲器的分段方法和對存儲器的訪問方法之后，應該學習指令的功能和用途，只有這樣才能使其真正的發揮作用，達到預期的目的和應用效果。

7 提高編程能力和應用能力

如果能夠突破存儲器的分段問題的難點，那么正確使用內存資源在編程的過程中就簡單多了。由于數據都是在數據段中，并且都是存放在內存中。因此很多在實際的工程當中遇到的問題也就迎刃而解了，比如如何存放采集到的大量數據；一旦一個數據段不夠用，存放時是否應多安排幾個數據段等。

例如，模/數、數/模轉換問題：聲音數據采集，錄音和播放聲音實際工程應用問題。通過對內存的有效安排，將采集的數據分別存放在內存的不同數據段區域。為數據的管理提供了方便，也提高了效率。

通過對實際應用工程的編程實踐，學生感受到現代科技的力量和作用及其價值，自己動手設計編程，獲得成果，興趣大增。編程應用能力和應用水平顯然得到了很大提高。

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[3]李暉，張世彤.如何在計算機教學中培養學生的編程能力[J]. 遼寧教育行政學院學報，2008（12）.

作者簡介：鄭克忠（1951-），男，副教授，服務單位：廣東科技學院。