突破学习难点，提高编程能力及应用水平

摘要：本文论述了学习难点的突破，为掌握现代计算机理论和控制技术应用编程铺平道路，提供了一个提高学习质量的借鉴方法。

关键词：突破难点 存储器分段 存储器访问

《微型计算机接口技术及应用》这门课程具有很强的理论性、实践性、应用性。它和工程实际有着紧密的联系，在工程实际中能够解决很多关键的难题。但是在实际教学这门课程的过程中，由于《微型计算机接口技术及应用》课程具有很多的难点，很多学生都无法真正的消化掉这些难点，不仅制约了编程应用，也无法提高学生的实际应用能力。

为了更好的为实际工程服务，及时的解决一些在实际的工程应用中会遇到的问题，应该掌握计算机控制技术理论知识，这是提高自身实践能力的基础和前提。因为只有把计算机控制技术理论掌握好，才有能力掌握和应用计算机，进而在工程应用出现问题时有能力解决那些问题。以下几个部分组成了微型计算机：

①中央处理器CPU。②存储器。③I/O接口电路。④I/O设备。

在学习《微型计算机接口技术及应用》这门课程的过程中，最大的难点就是存储器的组织和使用。在进行难点突破时，我们以存储器的分段为例，存储器是存储程序和数据的装置，属于计算机不可分缺的一个组成部分。计算机要想发挥自身的作用，存储器是必要部件，反之，计算机的存在就没有意义了。虽然微型计算机有很多类型，但是只要掌握其中的一种，其他的类型也都大同小异。因此我们在讲解存储器的使用方法时可以以8086/8088微型计算机系统为例。首先说明该计算机中央处理器CPU的结构及原理，然后学习该计算机系统的存储器组织。

1 存储器分段的原因

8086/8088CPU的20根地址总线决定了8086/8088系统的存储器容量，其存储器容量是1MB。但是该系统要想寻址1MB的内存空间，还存在着一些问题，因为该系统CPU内部的寄存器是16位的寄存器，这与20位地址的要求是冲突的。即16位寄存器装配不了20位的地址或数据，只能装配16位的地址或数据。要想解决这个问题，就需要装配20位的寄存器，但是由于客观原因所限，8086/

8088CPU无法装配20位的寄存器。为了有效的解决这个问题，8086/8088CPU的设计师，很巧妙的把1MB的内存进行分段，实现对全部内存的管理和使用。

2 实现分段管理的办法

8086/8088CPU内部提供了4个16位的段寄存器，分别是CS、DS、ES、SS；2个专用寄存器；8个16位的通用寄存器。

4个段寄存器的用途：

装配20位地址的高16位地址是4个段寄存器的作用，并且该地址能够被16整除。我们可以发现，这样的地址低4位都是0，也就是xxxx xxxx xxxx xxxx 0000的形式。如果20位地址是这样形式的，那么我们把这样的20位地址叫做段的地址起始，简称段地址。虽然段地址也是20位地址的，但是由于其低4位都是0，可以把都是0的这4位省略掉，保留高16位地址。如此一来，4个段寄存器中就可以装配段地址的高16位地址，那么16位段寄存器的要求也就得到了满足。

一般情况下，代码段寄存器CS装配的是某一程序代码的起始地址。数据段寄存器DS装配的是某一数据段的起始地址。附加数据段寄存器ES装配的是某一附加数据段的起始地址。堆栈段寄存器SS装配的是系统堆栈或用户设置的堆栈段的起始地址。

8个16位通用寄存器的用途：

装配16位数据是AX、BX、CX、DX四个寄存器的主要作用。装配16位偏移地址是BX、SI、DI、SP、BP这5个寄存器的主要作用。由于在8086/8088系统中，寄存器是16位的，而8086/8088却有20根地址线，8086/8088的寻址是通过段地址与偏移地址合成的，这样的话，如果用cs来指明段地址，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地址线有20根，也就是可以寻址空间为1M，这样就需要通过分段管理，把内存地址分为若干段，每段有一些存储单元构成。用段地址指出是哪一段，偏移地址标明是段中的哪一个单元。每段最多为64KB，最小为16个字节，并且每段必须以16的倍数开始，也就是说每段的最后一位必须为0，如00000H，10000H，00010H等。逻辑地址是用户编程时使用的地址，分为段地址和偏移地址两部分。实行分段管理就是把段地址装配到相应段寄存器中，把偏移地址装配到地址寄存器中。如此一来，8086/8088CPU内部的寄存器都是16位的寄存器，所有矛盾都获得了解决。

3 地址转换方法

要想得到20位的实际地址（物理地址），程序地址（逻辑地址）利用以下公式就可以实现：

段地址×16d+偏移地址=物理地址（实际地址）

参考上述公式，利用CPU的地址加法器就可以把程序地址转换成物理地址。实际上是当你在编程时，写一条指令，例如：

MOV AL，DS：[2002H]

已知DS的值，比如：5678H，那么56780H就是数据段的起始地址，并且在指令中偏移地址已经给出就是2002H。数据在内存的物理地址是：56780H+2002H=

58782H。

通过指令译码器把指令译码后，发出一系列控制信号，把数据段空间偏移地址为2002H单元中数据传送给AL寄存器。实际上，源操作数程序地址已经被地址加法器转换成物理地址58782H，之后20位地址信息被发出，这20位地址信息就是所对应的数据内存单元地址58782H，把内存单元地址58782H中存放的数据传送给寄存器AL。完成了这一条指令的操作。

4 4个段寄存器CS、DS、ES、SS和几个通用寄存器及专用寄存器的默认搭配关系

①CS与IP搭配，用于程序代码段空间的访问。

②DS与BX、SI、DI搭配，用于数据段空间的访问。

③ES与DI搭配，用于附加数据段空间的访问。

④SS与BP、SP搭配，用于堆栈段空间的访问。

5 存储器的寻址方式

以上已经学习了存储器的组织和存储器分段问题，之后应该学习存储器的寻址方式这个问题。如果学生已经真正掌握了存储器的分段问题，那么学习存储器的寻址方式这个问题就简单多了。比如，指令

MOV BX，3002H

MOV AX，DS：[BX]

对于第二条指令的功能就能真正理解，从而从实质上进行掌握。她的意思是：源操作数在内存数据段中存放，数据段的段地址在寄存器DS中存放，相对于数据段的起始地址，偏移地址是3002H单元，这个地址在寄存器BX中存放。因此，叫做寄存器间接寻址。在这个单元中存放的数据要传送给寄存器AX。因为，存储器的分段问题的难点已经掌握，所以对存储器的寻址方式也很容易掌握了。

6 指令的功能和用途

在学习了存储器的分段方法和对存储器的访问方法之后，应该学习指令的功能和用途，只有这样才能使其真正的发挥作用，达到预期的目的和应用效果。

7 提高编程能力和应用能力

如果能够突破存储器的分段问题的难点，那么正确使用内存资源在编程的过程中就简单多了。由于数据都是在数据段中，并且都是存放在内存中。因此很多在实际的工程当中遇到的问题也就迎刃而解了，比如如何存放采集到的大量数据；一旦一个数据段不够用，存放时是否应多安排几个数据段等。

例如，模/数、数/模转换问题：声音数据采集，录音和播放声音实际工程应用问题。通过对内存的有效安排，将采集的数据分别存放在内存的不同数据段区域。为数据的管理提供了方便，也提高了效率。

通过对实际应用工程的编程实践，学生感受到现代科技的力量和作用及其价值，自己动手设计编程，获得成果，兴趣大增。编程应用能力和应用水平显然得到了很大提高。

参考文献：

[1]李继灿.新编16/32位微型计算机原理及应用（第二版）[M].北京：清华大学出版社，2001

[2]沈美明，温冬婵.IBM-PC 汇编语言程序设计（第二版）[M].北京：清华大学出版社，2001.

[3]李晖，张世彤.如何在计算机教学中培养学生的编程能力[J]. 辽宁教育行政学院学报，2008（12）.

作者简介：郑克忠（1951-），男，副教授，服务单位：广东科技学院。