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1、天 津 工 程 师 范 学 院 学 报 JOURNAL OF TIANJIN UNIVERSITY OF TECHNOLOGY AND EDUCATDN Vol 1 6 No 4 Dec 2006 基于 EMU8086的微机系统的辅助学习方法 * 谷兆麟 (天津工程师范学院计算机系，天津 300222) 摘要：描述了 EMU8086的机理和基本功能，介绍了通过 EMU8086学习汇编语言和微机接技术的方法，对典型 的虚拟接实验及其操作方法进行了说明，归纳讨论了 IMU8086在使用过程中可能遇到的些问题。 关键词： EMU8086(辅 助学习方法；微机系统 中图分类号： TP36S1 文献标识
2、码 ： A 文章编号 ： 167： M018(2006)0 002 02 Assisted studvmefliod tom icrocanputer svstan based onEMU8086 GU Zhaa lin (Departnent ofCanputer Science Tianjm University of Techno bgy and Education Tianjin 300222 Cnma) Abstract BMU8O80 sprincpfe and basic fiinctions aie introduced Assistantmetficxis to study
3、assemble lanr guage and m icrocanputer inter&ce techniques by using EMU8086 are presented Sane typical virtual interfece experments and tieirmeflicxis are also introduced Fina% shortcanings aie listed and problems in using EMU8086 aie listed and discussed Keywords EMU808 assisted study me m icrocanp
4、uter system 汇编语言程序设计和微机原理与接技木 是计算机科学技术专业的学生必修的两门专业课。传 统的教学方法是通过一定的理论教学课时加上有限课 时的实验课进行的，现有的许多实验设备只能做验证 性实验，学生普遍反映掌握这些知识难度较大。实践 证明， “ 从 活动中学 ” 和 “ 从经验中学 ” 即 “ 做中学 ” m 是种非常高效的现代教育理论。教育心理学认为， 认知是指个体通过感觉、知觉、表象、想像、记忆、思维 等形式，把握客观事物的性质和规律的认识活动，而视 觉是最重要的感觉 21，因此，认知难点知识的第一歩 是通过基于视觉的实验。在此介绍一款基于 16位 CPU 8086的仿真
5、软件 HVIU8086该软件将汇编语言程 序设计和虚拟接技术有机地结合起来，界面友好，并 具有多个典型的虚拟外设，提供了 一 种基于做实验的 辅助学习方法，弥补了实验设备和实验课时不足的缺 点，使学习者能 从做虚拟实验过程中掌握汇编语言和 接技术等知识。 学习和使用本软件需要有一定的 16位 CPU 8086 汇编语言知识和微机接技术的基础知识，某些高级 功能还需要使用者具备一定的 VB、 VC等高级语言编 程能力。 1 IMU8086介绍 1. 1 EMU8086 的功能 以 Intel 8086/8088为 CPU的 16位微型计算机系 统 HVI PC汉 T是目前最有代表性的主流机型 1
6、因此 学习 8086有关知识非常具有代表性。 HVIU8086是基 于 8086 CPU的仿真软件，有着与 8086十分相近的功 能。 EMU8086是交互式学习汇编语言 （ Assanb坎 Lan： guage)、 计算机结构 （ CcmputerArchitecture)和逆向 程 （ Reverse Engineering)的完整仿真体系。其内部集 成了汇编程序汇编器、连接器、參考资料、例程、学习指 南和虚拟硬件等。 HVIU8086是学习 Intel 8086微处理 器的理想工具，它模拟真实微处理器的每步骤，并显 示内部寄存器、存储器、堆栈、变量和标志寄存器，而且 * 收稿日期： 20
7、06 -03 -31. 作者简介：谷兆麟 （ 1968 ),男，讲师，硕士 . 其中任何一个数值都可通过鼠标双击来改变。同时它 还虚拟了微机显示器、直流步进电机、交通红绿灯、 LED等外设。 1. 2 EMU8086的安装及运行 HVIU8086的安装过程与其他 W indovs软件相似， 安装时有向导提示，其工作界面风格与 VB、 VC类似。 用户界面具有菜单栏、快捷按钮栏和用户工作区。用 户工作区用于编写汇编源程序，通过菜单选项或快捷 按钮命令可对源程序进行一系列操作。 2 IMU8086的应用 2 1 EMU8086的汇编语言程序设计 首先在用户工作区中編写一个源程序，点击 Ernij
8、late按钮， HVIU8086自动完成对源程序的编译、连接， 如果有错误，会交互式提供出错信息。正确连接后，自 件中断资料和所有指令的格式、使用方法以及指令使 用的例子。 2 2 EMU8086的虚拟接 IMU8086提供了几个典型的虚拟外设，可用汇编 指令控制这些虚拟外设完成游戏及接实验。包括 LCD(液晶显示器）、交通灯、机器人、打印机、步进电 机、简单 IJO接、温度加热控制系统和 LED(数码 管）等 8个虚拟外设，每个虚拟外设相当于个接 电路，每个外设分配有个或多个固定端地址，通过 这些端地址即可访问该地址对应的虚拟外设。 虚拟外设的访问方法与真实外设的访问方法一 样，例如图 2中
9、交通灯 （ Traffic Lights)具有端地址 04H,则其输出指令为 OUT 04H, AX对交通灯中红、 绿、黄三色等的控制变为对 AX中二进制位的操作，运 行程序时还可观察到交通灯的切换效果，与实际交通 灯效果非常相似。 动进入到指令调试界面，此状态称为 8086 Micropi cessor Emu la tor(简称 Emulator)， 如图 1 戶 斤不。 Ehmla： tor提供了单步执行指令方式，每步可方便地观察 CPU内部寄存器值和状态，还可观察机器码及其反汇 编指令和指令的地址，同时也提供了连续运行方式，连 续运行每条指令的执行间隔从 0400ms可调节。 Fe M
10、ath Debug Vteve VMualDevkiw Virtual Ce Hdp I I I 】 Load I Reload j 越 CS #856 _ Usw Sawn I Actual Souc* j ALU J Stoct | FIAGS I j 图 1 EMU8086的指令调试界面 通过 Emulator快捷按钮可弹出小窗显示 AIIJ (算木逻辑单元）中的进制数、所有通用寄存器、段 寄存器 、FLAGS (标志）寄存器和 STACK (堆桟 ） 区的 值，供学习者全面理解 CPU的工作原理并监视 CPU 工作状态。 HVIU8086 VER4 03版本中提供了 88个软件和硬 件
11、例程供使用者学习和參考，通过这些典型的例程，能 学习到汇编语言软件和微机接技术等方面的知识。 另外，HVIU8086的用户指南中提供了全面而详细的软 图 2 EMU8086的部分虚拟外设 2 3 IMU8086的高级功能扩展 HVTU8086能够生成纯进制代码文件 （ *. bin) 和基于软磁盘的小型操作系统，这种 bin文件类似于 ccm文件，但它的大小不受内存段界限的限制。 除了直接利用 :EMU8086提供的虚拟外设，还可以 通过 RVA、 C语言、 .NET、 BASE语言或汇编语言 w 设计出特定功能的虚拟外设，以达到扩展虚拟外设的 目的。 2 4 IMU8086的实用工具 HVI
12、U8086集成了计算器、数据转换器、 ASCII表等 工具，使用者可以很方便地使用这些工具找到所需的 数据及转换形式，其数制转换器能够将个数同时按 照进制数、十进制数、十六进制数、八进制数、有符号 (下转第 30页） 贺乐凡 .现代教育原理 Ml.北京：科学出版社， 1996 桑青松，潘有文 .策略型学习者认知心理结构及其运行 机制 J.心理科学， 2006 29(4): 1004 1006 戴梅鄂 .微型计算机原理及接技术 Ml.北京：清华大 学出版社， 20IB 8086 M icropiocessor Emulator EB DL. 2006-09-08. http： /v www. e
13、mu8086 ccm /dr /emu8086_assembJer_ sonir tions feq htnl 王正智 .8086 /8088宏汇编语言程序设计教程 M.北京 : 电子业出版社， 2005 确，如将指令 LEA BX 200编译再反汇编后成了 MOV BX 200因此在使用过程中要避免 ORG、 SEG和 LEA这三条指令。 (3) Emulator中显不的内存地址是物理地址，但 用户编程使用的均为逻辑地址，初学者很难将二者对 应起来，因此将内存地址改为逻辑地址更为合理。 參考文献： (上接第 27页） 数、无符号数的形式显示出来，可直观地观察出它们之 间的对应关系，对初学者很
14、有帮助。 3使用 IMU8086注意事项 HVIU8086是款基于 Windovs操作系统的仿真 软件，同其他仿真软件一祥，不可能与真实的微机和外 设接完全一祥。在使用过程中有些需要注意的 问题： (1) HVIU8086与真实的 CPU 8086时序不一样， 它的运行速度比较慢，理解这一点对初学者非常重要， 真实 8086执行项任务耗时 1 ms准确时间就是 1 ms而在 HVIU8086中，执行同样任务可能要耗时数 百甚至上千毫秒，原因在于 HVIU8086仿真 8086时需 要耗费大量时间用于仿真计算。 (2) 应用伪指令能更好地组织汇编语言程序。但 HVIU8086对个别伪指令不能很好
15、地支持，如对 0RG、 SEG151伪指令不能通过 编译； 对部分指令反汇编欠准 件正好解決了教师教学与教材内容呈现上所遇到的困 境。所以，数据可视化计算机教学的意义在于 ： 可 以激励学生学习，也可以帮助他们将观点储存在长期 记忆中。 利用图标或其他方式展示算法所执行的 过程，可以帮助学生更容易地理解算法。 可以更好 地吸引学生注意力。 可将图片、投影片、影片整合 在一起。 可以让学生体会在大量数据下，算法执行 效率的差异。 学生在课后可利用可视化软件来探 索算法的执行过程。 4 结束语 数据可视化是近年来新兴的计算机热门技术，并 在科学计算可视化和程序界面可视化等方面获得较大 进展。但是，
16、将数据可视化技术应用于教学中，这 作在我国仍处于实验研究阶段。研究开发可视化教学 软件及其教学模式，既可以直接改革计算机课程的教 学方法和手段，提高教学效率和质量，又可以作为软件 工程的可视化程序设计环境的研究原型。多层次的可 视化教学模式符合国情，符合教学改革的方向，这样会 随 着计算机技术的不断发展而完善。 參考文献： 11 DERSHEVI H L McFALL R L UTIN. Anmation of Java Linked Lists Jl， ACM SDCSE Bulletin 2002 34( 1 ): 53 57 21刘勘，周晓峥，周洞汝 .数据可视化的研究与发展 J1.计算机工程， 2002 28(8): 1. 31李晓梅，黄朝晖 .科学计算可视化导论 Ml.北京：国防 科技大学出版社， 19% 34