CPU与外设数据传送方式的浅谈

浅谈“CPU与外设之间数据传送方式”课堂教学

赵　俭

(信息工程大学电子技术学院四系，河南郑州450004)

摘　要　“微型计算机原理及应用”是我院电子信息类专业学员必修的专业基础课，是学员学习和掌握计算机硬件基础知识、汇编语言程序设计以及常用接口技术的入门课程，“CPU与外设之间的数据传送方式”是其中的I/O接口技术的重要内容。论文从课程教学对象的分析着手，依据教学目标对教材的使用、教学目标、教学方法的使用和课堂教学实施步骤进行详细分析，并进行教学反思，以利于后续课程的教学。

关键词　微型计算机原理及应用;课程教学;数据传送的控制方式;教学反思

“微型计算机原理及应用”是电子信息类专业学员必修的专业基础课，它在信息研究与安全、装备工程、信息电子工程等方面得到了广泛应用，是学员学习和掌握计算机硬件基础知识、汇编语言程序设计以及常用接口技术的入门课程，“CPU与外设之间的数据传送方式”是其中的I/O接口技术的重要内容。历届学员普遍反映该课程知识面广、内容多而碎、应用性强、难度大，导致不少学员觉得课程枯燥无味，学习兴趣不高。针对该教学现状，课堂教学的实施需要从课程教学对象的分析着手，对教材的使用、教学目标、教学方法的使用和课堂教学实施步骤进行详细分析，授课后还需要进行教学反思，查缺补漏，以利于下一次课程教学更好地实施。

一、教学对象和教材分析

“微型计算机原理及应用”课程一般开设在三年级上学期。学员经过两年的基础合训已经具备较为扎实的学科基础。来到专业学院后，通过学院组织的专业介绍和聆听较多的相关专业讲座，大部分学员对本专业课程的学习兴趣浓厚、学习愿望强烈，并逐渐有意识地自觉进行专业素养的培养和锻炼，另外，青年学员的思维活跃、可塑性强，容易接受新的知识。

由于“微型计算机原理及应用”是理论和实践相结合，硬件和软件相结合的一门专业基础课，其教学内容对初学者来说知识点多、难度大，而学员对知识的掌握程度存在个体差异，需要实施分类指导。随着课程学习的深入，接受能力较好的学员学习兴趣会更加浓厚，学习劲头高涨，可以给这类学员提供一些计算机技术最新发展动态的相关资料，介绍一些相关网站和论坛，让这些学有余力的学员自主地紧跟技术发展前沿，探索更多的未知空间;个别学员由于接受能力和努力程度的差异可能不太适应课堂教学节奏，自信心受到影响，学习兴趣不如以前，对这些学员要进行鼓励引导，强调对课程基本概念、基本理论的掌握。另外，通过布置作业和上机实践操作题进行任务驱动，调动学员自主学习的积极性，上机实践一方面提高学员实际动手能力，另一方面可加深对基本理论的理解，在实践中掌握一般原理和方法。

课程教学使用的教材是机械工业出版社于2006年5月出版的《计算机硬件技术基础》第一版，该教材是高等院校计算机基础教育改革推荐教材，由我院多年从事计算机硬件教学和计算机应用科研开发工作的教员编写，完全满足我院非计算机专业电子信息类专业学习的需要，是课程教学的根本依据。教材着眼学员在计算机知识与能力方面应达到的水平定位，从计算机应用的需求出发，以当前主流微机系统为例，系统介绍计算机的基本组成、工作原理和应用开发技术。

CPU与外设之间数据传送方式是教材中的第六章输入/输出接口的第二次课。输入输出接口作为计算机系统的重要部件之一是计算机与外设打交道的桥梁和纽带，而数据传送的控制方式是本章的重点和难点，它是以前一次课I/O接口的基本概念和端口的编址方式为基础，是微型计算机接口技术的重要内容，也是学员参加工作后可能接触和使用较多的部分。在教学中，一方面通过教材大量实例的讲解让学员掌握着几种数据传输的控制方式的特点、电路结构和应用场合，另一方面将自己在参加的科研项目工程开发过程中遇到的相关问题提给学员，让学员自主思考提出解决方案，加强其独立分析解决实际问题和创新能力的培养。

二、教学目标和教学方法

根据信息工程大学“微型计算机原理及应用”课程标准，通过本课程的学习，使学员从理论和实践上掌握现代微型计算机的基本组成、工作原理及典型接口技术，建立微机系统的整体概念，具有运用现代微机技术进行软、硬件开发初步能力，为今后利用微机解决本专业工作中的问题打下良好基础。

CPU与外设之间数据传送的控制方式的学习重点是掌握程序查询和中断控制两种控制方式。具体教学目标包括:(1)知识目标:要求学员了解讨论数据传送控制方式的必要性，熟练掌握数据传送的控制方式，重点是程序查询和中断控制两种控制方式;(2)能力目标:通过对不同数据传送控制方式的特点、应用场合的对比分析，培养学员进行分析比较和归纳总结的能力，使其能在学习中探究规律，举一反三，融会贯通，为终身学习打下良好的基础;(3)情感目标:培养学员刻苦认真的学习态度和严谨细致的工作作风，利用所学知识解决实际问题后带来成功的喜悦，使学员保持高涨的学习兴趣继续后续课程的学习。

以提高教学效果达成教学目标为导向，采用的主要教学方法有“讲授法”、“讨论法”、“举例法”、“提问法”、“演示法”、“训练和实践法”等，同时运用多媒体教学手段(如动画等)演示数据传送的控制过程。课堂教学中通过对各种不同数据传送控制方式的介绍，让学员去思考比较，并得出每种控制方式的特点。教学中，在学员为主体的教学思想指导下，鼓励学员大胆想象、勇于探索，培养他们发明创造的素质，注重对学员学习方法的引导，介绍有效的学习策略，培养学员自主学习的能力。如:建议学员养成预习、听课和复习巩固的良好学习习惯，在利用好教材的同时充分利用互联网资源搜集本课相关资料，了解学科前沿、拓展学员视野。

三、教学步骤

根据对教材、教学对象及教学目标的分析，在教学中应强调学员的主体作用，通过一连串任务和问题的设置，结合日常生活中的实际经验，诱导学员的思维，启发学员去动脑思考，自主探索，引导学员主动的思考问题和总结知识，激发其学习兴趣，让学员在老师的启发下分析和解决问题，具体实施步骤如下:

(一)复习及导入

带领学员一起回顾上次课的主要内容——I/O接口的基本概念，重点指出微机与外设间进行信息交互，需要通过接口电路来完成，接口技术研究的主要内容即包括CPU与外设之间的数据传送方式，从而引出本次课的内容。(www.xing528.com)

(二)分析讨论该问题的必要性

提出问题，组织讨论为什么在上一章学习内存储器时其和CPU进行数据传送时并没有讨论数据传送的控制方式，根据学员的讨论结果进行归纳总结和补充，让学员认识到在I/O接口中讨论数据传送控制方式的重要性和必要性。

(三) CPU与外设之间的数据传送方式

以学员们实际生活中的图书馆借书为演示实例进行类比分别介绍无条件传送、查询传送、中断传送等数据传送的控制方式。

假设图书馆开放时间已知、书源充足，读者需要直接去图书馆就可以借到想要的书;无条件传送即是相当于该借书方案，介绍其实现方法、接口电路和特点分析，指出其适用条件和实际不可靠的本质，举例讲解。

为保障数据传送的可靠性，提问学员有什么解决方案?还是利用图书馆借书的例子引导:好比去图书馆借书之前通过网上系统查询要借的是否处于可借状态，只有可借了再去现场借书，从而保证每次都能借到想要的书，这就类似于查询方式的数据传送，并举例学习，强化理解。

讲授完这两种数据传送的方式后，通过总结和比较会发现这两种数据传送方式中CPU“全身心”地为单台外设服务，在外设准备数据的过程中，CPU总是处于等待状态(CPU与外设串行工作)。当系统中外设数量较多时，使得系统的其他外设得不到及时地服务，CPU利用率和系统效率较低，因此一般适于系统中外设数量不多、传送响应速度要求不太高的应用。

下一个问题接踵而至:当系统中外设数量较多，且各外设的传送响应速度要求较高时，采取何种措施?问题的核心在于如何提高CPU利用率。还是使用前面图书馆借书的例子，图书管理员了解读者的借书需求，在书库没有图书时，读者可以做其他工作，无需询问欲借图书信息，当图书可借时，管理员给该读者消息，让其放下手头工作来图书馆把书借走，这样就大大提高了读者的工作效率。与此类似在计算机中这就是中断的数据传输方式，讲授中断传送的方法、接口电路及控制过程，给出中断传送所涉及的问题留给学员们思考，具体内容将在下一章中断技术中详细讲解。

(四)总结巩固，布置作业

通过这三种数据传送的控制方式我们发现:这些方式都是在程序控制下的以CPU为中心的数据传送方式，其特点是: CPU通过执行指令完成数据传送; CPU亲自参与数据传送的全过程，I/O数据—CPU—存储器，数据传送效率较低;适于外设数据传送速率不太高，传送数据量不太大的应用。本节课的内容讲授完毕，但问题还未结束:对于高速的I/O有批量数据与存储器传送的情况，有没有更高效的数据传送控制方式?作为问题留给学员，指出这是下节课将要讨论的内容，同时布置作业，通过作业驱动让学员课下进一步掌握本节课内容。

四、教学反思

本次课综合使用了“讲授法”、“讨论法”、“举例法”、“提问法”、“演示法”、“训练和实践法”等多种教学方法，借助多媒体和板书等教学手段，以讨论、设问回答等多种多样的活动形式展开教学。课堂教学中，以图书馆借书这一实际生活中的例子为引线，类比演示不同的数据传送控制方式，利于学员对这些方式的直观理解;对每一种数据传送方式的讲解时首先给出其定义、传送方法，再通过举例法进行该方式的应用实训。教学实践表明教学效果良好，但也存在一些问题，如在组织讨论数据传送的控制方式必要性分析时个别学员参与积极性不高、互动性不强等问题，后续课程教学中通过加强学习方法的指导、调动学员参与讨论的积极性，真正做到教员的教学主导和学员学习主体作用的和谐统一，达到提高课堂教学效果的目的。

参考文献

［1］王宁宁.《微型计算机原理及应用》课程标准.河南:信息工程大学，2007.

［2］王亚林.“微机原理”课程教学手段的探索.教育评论，2002(2).

［3］龚绍文.大学青年教师教学入门——大学施教学初步.北京:北京理工大学出版社，2006.

［4］何克抗，郑永柏等.教学系统设计.北京:北京师范大学出版社，2007.