朱颯爽　王成　陳娟

摘要：從微機(jī)原理課程特點(diǎn)及教學(xué)現(xiàn)狀出發(fā)，分析傳統(tǒng)教學(xué)方式的弊端。探討了EMU8086在微機(jī)原理課程線上線下混合式教學(xué)模式中的應(yīng)用，以8086的數(shù)據(jù)尋址方式的教學(xué)為例，介紹了EMU8086仿真軟件的特點(diǎn)和功能，分析了8086數(shù)據(jù)尋址方式在該課程中的重要性。通過實(shí)際案例介紹如何使用 EMU8086 進(jìn)行8086數(shù)據(jù)尋址方式的教學(xué)。實(shí)踐表明，在混合式教學(xué)模式下，通過使用 EMU8086輔助教學(xué)，學(xué)生可以更直觀地理解8086處理器的工作原理和數(shù)據(jù)尋址方式，能夠有效提高學(xué)生對(duì)微機(jī)原理的理解和實(shí)際操作能力。

關(guān)鍵詞：EMU8086；微機(jī)原理；教學(xué)應(yīng)用；8086數(shù)據(jù)尋址方式

中圖分類號(hào)：TP3 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A

文章編號(hào)：1009-3044（2024）13-0174-03 開放科學(xué)（資源服務(wù)）標(biāo)識(shí)碼（OSID） ：

0 引言

微機(jī)原理是工科院校電子及自動(dòng)化類相關(guān)專業(yè)的核心課程，具有理論性強(qiáng)、概念抽象、知識(shí)點(diǎn)多等特點(diǎn)。內(nèi)容一般涉及微處理器的內(nèi)部結(jié)構(gòu)、指令系統(tǒng)、存儲(chǔ)器和輸入輸出系統(tǒng)等方面，是一門高度綜合性的課程。不僅能夠培養(yǎng)學(xué)生的微機(jī)應(yīng)用及軟、硬件設(shè)計(jì)應(yīng)用能力，同時(shí)也是學(xué)生后續(xù)進(jìn)行編程設(shè)計(jì)與軟硬件開發(fā)的基礎(chǔ)。因此，這門課程教學(xué)質(zhì)量的好壞直接關(guān)系到學(xué)生的專業(yè)素質(zhì)與技能。在實(shí)際教學(xué)中，學(xué)生普遍反映課程難度大，概念抽象，難以理解。而傳統(tǒng)教學(xué)方法往往注重理論知識(shí)的傳授，以教師為中心的單向傳授，學(xué)生缺乏主動(dòng)參與和互動(dòng)的機(jī)會(huì)，會(huì)導(dǎo)致學(xué)生的學(xué)習(xí)積極性不高，對(duì)課程內(nèi)容缺乏興趣。

為提高微機(jī)原理課程教學(xué)效果，目前筆者所在學(xué)校微機(jī)原理課程在采用線上線下混合式教學(xué)模式的同時(shí)，通過改進(jìn)教學(xué)方法、豐富教學(xué)形式、融入信息化工具等多種方式提升課程教學(xué)效果。針對(duì)微機(jī)原理課程的特點(diǎn)，在教學(xué)過程中，以混合式教學(xué)模式為載體，針對(duì)不同章節(jié)的知識(shí)要點(diǎn)，有效借助EMU8086和PROTEUS仿真工具，采用演示法、練習(xí)法、實(shí)驗(yàn)法、任務(wù)驅(qū)動(dòng)法等教學(xué)方法，合理進(jìn)行教學(xué)設(shè)計(jì)，可以極大提高教學(xué)效果。本文以8086數(shù)據(jù)尋址方式教學(xué)為例，借助EMU8086仿真工具，通過“課前線上預(yù)習(xí)+課中線下講授演示+課后實(shí)操”的形式組織教學(xué)，既能激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣，又能讓學(xué)生對(duì)寄存器、存儲(chǔ)器、指令系統(tǒng)等產(chǎn)生感性認(rèn)識(shí)，還能提高學(xué)生的動(dòng)手實(shí)踐能力，加深對(duì)微機(jī)原理知識(shí)的理解和掌握[1-2]。

1 EMU8086 仿真軟件簡介

EMU8086是一個(gè)8086微處理器的模擬器，它可以在PC上模擬8086微處理器的運(yùn)行環(huán)境。其提供了直觀的用戶界面，用戶可以通過圖形化的方式查看和編輯8086微處理器的寄存器、內(nèi)存、堆棧等信息。支持8086匯編語言的編譯，用戶可以在軟件中編寫、編譯和運(yùn)行8086匯編代碼。強(qiáng)大的調(diào)試功能，包括單步執(zhí)行、斷點(diǎn)設(shè)置、寄存器查看、內(nèi)存查看等，方便用戶調(diào)試和排除程序中的錯(cuò)誤[3-4]。功能強(qiáng)大、易于使用，可以為用戶提供方便快捷的開發(fā)和調(diào)試環(huán)境，適合8086微處理器的學(xué)習(xí)、開發(fā)和測試工作。

2 8086數(shù)據(jù)尋址方式在微機(jī)原理課程中的重要性

8086數(shù)據(jù)尋址方式一般是繼微機(jī)基礎(chǔ)知識(shí)和內(nèi)部結(jié)構(gòu)知識(shí)的后續(xù)內(nèi)容，是微機(jī)原理課程由淺入深的關(guān)鍵節(jié)點(diǎn)，起著承上啟下的重要作用[5]。8086是X86 架構(gòu)的先驅(qū)，其尋址方式是計(jì)算機(jī)底層操作的基礎(chǔ)，是8086匯編語言編程的核心概念。通過學(xué)習(xí)8086數(shù)據(jù)尋址方式，學(xué)生可以深入了解計(jì)算機(jī)如何通過地址訪問內(nèi)存中的數(shù)據(jù)，以及如何進(jìn)行地址計(jì)算和偏移量的處理。對(duì)于編寫高效的8086匯編代碼以及理解程序的執(zhí)行過程非常重要[6]，了解不同的尋址方式可以幫助學(xué)生選擇合適的方式來訪問和操作數(shù)據(jù)，提高程序的性能和效率。掌握8086尋址方式能為學(xué)生提供一個(gè)堅(jiān)實(shí)的基礎(chǔ)，有助于理解更高級(jí)的計(jì)算機(jī)體系結(jié)構(gòu)和操作系統(tǒng)的概念。

3 EMU8086在8086數(shù)據(jù)尋址方式教學(xué)中的應(yīng)用

8086數(shù)據(jù)尋址方式是微機(jī)原理中的重要概念，它涉及內(nèi)存訪問和指令執(zhí)行的整個(gè)過程。8086 微處理器一般分三大類共7種數(shù)據(jù)尋址方式：立即尋址、寄存器尋址、存儲(chǔ)器尋址，其中存儲(chǔ)器尋址又分為5種，直接尋址、寄存器間接尋址、寄存器相對(duì)尋址、基址加變址尋址和相對(duì)基址變址尋址[7]。

EMU8086仿真器可以很好地模擬8086微處理器的運(yùn)行過程，通過它學(xué)生可以更加直觀地了解數(shù)據(jù)尋址的過程和相關(guān)指令的執(zhí)行。在實(shí)際教學(xué)中，課前筆者通過學(xué)習(xí)通線上發(fā)布學(xué)習(xí)任務(wù)，包括學(xué)生課前觀看線上短視頻了解知識(shí)點(diǎn)內(nèi)容、發(fā)布討論主題、完成預(yù)習(xí)基礎(chǔ)題目、安裝EMU8086仿真器并初步熟悉該軟件的使用方法。因8086數(shù)據(jù)尋址方式分類較多，易于混淆，在教學(xué)過程中，一定要根據(jù)學(xué)生的接收能力，由淺入深，由易到難，循序漸進(jìn)引導(dǎo)學(xué)生。筆者在教學(xué)中一般以最簡單最直觀的方式入手，降低學(xué)生對(duì)難點(diǎn)的恐懼，提高學(xué)生學(xué)習(xí)的信心和興趣。課中以立即尋址、寄存器尋址、直接尋址這三種尋址方式為例，介紹EMU8086課中的具體教學(xué)應(yīng)用。

3.1 應(yīng)用于立即尋址方式教學(xué)

立即尋址方式中，操作數(shù)包含在指令中，它作為指令的一部分，跟在操作碼后存放在代碼段。在理論教學(xué)中，一般以MOV指令為例，除立即數(shù)外還會(huì)涉及8086的內(nèi)部寄存器，單純的理論介紹，過于抽象，學(xué)生很難理解。這時(shí)借助EMU8086 通過運(yùn)行相應(yīng)的指令，可以直觀看到寄存器的變化。例如，指令“MOVAX， 1234H”這里的源操作數(shù)SRC為立即數(shù)，源操作數(shù)的尋址方式即為立即尋址方式，完成的操作是把立即數(shù)1234H送寄存器AX中[8]。執(zhí)行前，AX寄存器的內(nèi)容是0000H，執(zhí)行后變?yōu)?234H，且可直觀看到高位12H放在AH中，低位34H放在了AL中，這樣學(xué)生不僅了解了立即尋址的方式，還通過觀察了解了16位立即數(shù)在寄存器中的具體存放方式，對(duì)了解CPU的內(nèi)部結(jié)構(gòu)以及工作原理都有幫助。對(duì)比指令運(yùn)行前后寄存器的變化，如圖1所示。

3.2 應(yīng)用于寄存器尋址方式

在寄存器尋址方式下，指令的操作數(shù)為CPU的內(nèi)部寄存器，可以是數(shù)據(jù)寄存器（8位或16位），也可以是地址指針、變址寄存器或段寄存器。這一尋址方式寄存器的內(nèi)容即是操作數(shù)本身。剛接觸時(shí)學(xué)生經(jīng)常會(huì)和后續(xù)學(xué)到的寄存器間接尋址混淆，如果只是單純的理論講授，學(xué)生很難分清兩者的區(qū)別，但是借助EMU8086結(jié)合實(shí)際的指令，學(xué)生通過觀察指令執(zhí)行前后存儲(chǔ)器或寄存器的變化，能夠很好地理解寄存器尋址。例如，以下幾行指令：

MOV AX，1234H

MOV BX，5678H

MOV BX，AX

這三行指令中，前兩行源操作數(shù)正好用到前面剛學(xué)習(xí)的立即尋址方式，通過EMU8086單步執(zhí)行觀察指令運(yùn)行情況，進(jìn)一步鞏固所學(xué)內(nèi)容。第三行指令中源操作數(shù)和目的操作數(shù)均為寄存器尋址方式。執(zhí)行前，AX、BX中內(nèi)容均為0000H；執(zhí)行最后一行指令后，AX的內(nèi)容賦給BX，均為1234H，前一行指令賦給BX 的內(nèi)容被覆蓋，賦值后AX的值不變，如圖2所示。

3.3 應(yīng)用于直接尋址方式教學(xué)

存儲(chǔ)器尋址是指操作數(shù)就在存儲(chǔ)器的數(shù)據(jù)區(qū)中，當(dāng)CPU需要訪問某一存儲(chǔ)單元時(shí)，先確定段地址，根據(jù)指令中的偏移量（也成有效地址EA） 形成物理地址，才能進(jìn)行讀或?qū)懖僮?。存?chǔ)器尋址方式比較明顯的特點(diǎn)是指令中一般有“[]”。相對(duì)于立即尋址和寄存器尋址方式而言，因其形式多樣，學(xué)生學(xué)起來會(huì)更有難度。對(duì)于五種存儲(chǔ)器尋址方式，最好從直接尋址方式著手，由易到難，層層遞進(jìn)，加上EMU8086的生動(dòng)演示，學(xué)生更容易理解接受，也更能激起學(xué)生學(xué)習(xí)的興趣。直接尋址是存儲(chǔ)器尋址的一種，“[]”內(nèi)直接用常數(shù)給出偏移地址，數(shù)據(jù)的段地址默認(rèn)為數(shù)據(jù)段。因本節(jié)學(xué)習(xí)時(shí)，還未開始學(xué)習(xí)指令，盡量用最簡單的指令說明教學(xué)意圖。例如，指令：MOV AX，[0016H]，指令完成的操作是把DS：0016H和DS：0017H兩個(gè)內(nèi)存單元中的內(nèi)容分別送AL和AH中，執(zhí)行后，AX的內(nèi)容為F490H。執(zhí)行前后寄存器及存儲(chǔ)器內(nèi)容變化如圖3 所示。

課中選擇立即尋址、寄存器尋址及直接尋址方式進(jìn)行介紹，正好分屬8086數(shù)據(jù)尋址方式的三類。通過課前線上預(yù)習(xí)及EMU8086仿真軟件認(rèn)識(shí)，課中借助EMU8086以通用傳送類指令MOV為載體，由易到難，分別對(duì)立即尋址、寄存器尋址和直接尋址方式進(jìn)行單步運(yùn)行演示，觀察寄存器、存儲(chǔ)器的變化，通過指令運(yùn)行前后的對(duì)比，可以使學(xué)生對(duì)尋址方式有直觀的了解和認(rèn)識(shí)。課中的演示教學(xué)法由淺入深，層層遞進(jìn)，對(duì)比教學(xué)很容易使學(xué)生掌握基本三類尋址方式。但是，存儲(chǔ)器尋址方式相對(duì)于其他尋址方式而言更靈活，更復(fù)雜，更易混淆，是學(xué)生學(xué)習(xí)的重點(diǎn)和難點(diǎn)。因此課上教學(xué)只是“師傅領(lǐng)進(jìn)門”，而后續(xù)對(duì)4種存儲(chǔ)器尋址方式的掌握就是“修行靠個(gè)人”了。那么怎么確保學(xué)生可以“修成正果”呢？這個(gè)“修”的過程才是真正培養(yǎng)學(xué)生舉一反三、自主學(xué)習(xí)以及動(dòng)手能力的關(guān)鍵。對(duì)于存儲(chǔ)器尋址方式的寄存器間接尋址、寄存器相對(duì)尋址、基址加變址尋址和相對(duì)基址變址尋址4種方式的學(xué)習(xí)，可以采用任務(wù)驅(qū)動(dòng)法，通過發(fā)布學(xué)習(xí)任務(wù)，驅(qū)動(dòng)學(xué)生自主學(xué)習(xí)和解決實(shí)際問題。例如，分別采用直接尋址、寄存器間接尋址、基址加變址及相對(duì)基址變址的尋址方式，如何實(shí)現(xiàn)將DS：2000H存儲(chǔ)單元的內(nèi)容1234H 發(fā)送到DS：3000H 存儲(chǔ)單元中。以任務(wù)為驅(qū)動(dòng)，借助學(xué)習(xí)通進(jìn)行線上討論，線下通過教師引導(dǎo)、學(xué)生實(shí)操、課中匯報(bào)的形式，激發(fā)學(xué)生學(xué)習(xí)興趣，促進(jìn)學(xué)生自主學(xué)習(xí)，提高課堂教學(xué)效果，進(jìn)而培養(yǎng)學(xué)生的創(chuàng)造性思維能力和實(shí)踐應(yīng)用能力。

4 結(jié)束語

為提高微機(jī)原理的教學(xué)效果，從課程內(nèi)容及特點(diǎn)出發(fā)，在混合式教學(xué)模式下，結(jié)合EMU8086的特點(diǎn)，以尋址方式教學(xué)為例，詳細(xì)介紹了EMU8086在8086 數(shù)據(jù)尋址方式教學(xué)中的應(yīng)用。實(shí)踐表明，EMU8086在微機(jī)原理數(shù)據(jù)尋址方式教學(xué)中效果明顯，能夠幫助學(xué)生更好地理解和掌握相關(guān)的原理和概念。

在微機(jī)原理教學(xué)過程中，尋址方式只是入門，后續(xù)匯編相關(guān)指令以及接口應(yīng)用教學(xué)中可以充分利用EMU8086等信息化工具，結(jié)合實(shí)際教學(xué)內(nèi)容，不斷學(xué)習(xí)、潛心研究，使感性認(rèn)識(shí)和理性認(rèn)識(shí)相統(tǒng)一，使理論和實(shí)踐相結(jié)合，激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣，培養(yǎng)學(xué)生的創(chuàng)新精神和實(shí)踐能力 [9]。

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【通聯(lián)編輯：朱寶貴】

基金項(xiàng)目：鄭州西亞斯學(xué)院校級(jí)教改項(xiàng)目《微機(jī)原理與應(yīng)用》 線上線下混合一流課程建設(shè)研究與實(shí)踐（項(xiàng)目編號(hào)2023JGYB16） ，2024年度河南省高等學(xué)校重點(diǎn)科研項(xiàng)目（項(xiàng)目編號(hào)：24B510016）