基于EMU8086的微机系统的辅助学习方法

第16卷　第4期2006年12月
天　津　工　程　师　范　学　院　学　报
JO URNAL O F T I ANJ I N UN I VERS I TY O F TECHNOLO G Y AND ED UCAT I O N
Vol .16　No .4
Dec .2006
基于E M U 8086的微机系统的辅助学习方法3
谷兆麟
(天津工程师范学院计算机系,天津300222)
摘　要:描述了E MU8086的机理和基本功能,介绍了通过E MU8086学习汇编语言和微机接口技术的方法,对典型的虚拟接口实验及其操作方法进行了说明,归纳讨论了E MU8086在使用过程中可能遇到的一些问题。

关键词:E MU8086;辅助学习方法;微机系统
中图分类号:TP368.1 文献标识码:A 文章编号:167321018(2006)0420026202
A ssisted study m ethod to m i crocom puter system ba sed on E M U 8086
G U Zhao 2lin
(Depart m ent of Computer Science,Tianjin University of Technol ogy and Educati on,Tianjin 300222,China )
Abstract :E MU8086′s p rinci p le and basic functions are introduced .A ssistant methods to study assemble lan 2guage and m icrocomputer interface techniques by using E MU8086are p resented .Some typ ical virtual interface experi ments and their methods are also introduced .Finally,shortcom ings are listed and p r oblem s in using E MU8086are listed and discussed .
Key words :E MU8086;assisted study method;m icr ocomputer system
《汇编语言程序设计》和《微机原理与接口技术》
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”[1]
是一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[2]
,因此,认知难点知识的第一步是通过基于视觉的实验。

在此介绍一款基于16位CP U 8086的仿真软件E MU8086,该软件将汇编语言程序设计和虚拟接口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口技术等知识。

学习和使用本软件需要有一定的16位CP U 8086
汇编语言知识和微机接口技术的基础知识,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　E M U 8086介绍
1.1　E M U 8086的功能
以I ntel 8086/8088为CP U 的16位微型计算机系
统I B M PC /XT 是目前最有代表性的主流机型[3]
,因此学习8086有关知识非常具有代表性。

E MU8086是基于8086CP U 的仿真软件,有着与8086十分相近的功能。

E MU8086是交互式学习汇编语言(A sse mbly Lan 2guage )、计算机结构(Computer A rchitecture )和逆向工程(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、参考资料、例程、学习指南和虚拟硬件等。

E MU8086是学习I ntel 8086微处理器的理想工具,它模拟真实微处理器的每一步骤,并显示内部寄存器、存储器、堆栈、变量和标志寄存器,而且
3 收稿日期:2006-03-31. 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　E M U8086的安装及运行
E MU8086的安装过程与其他W indows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　E M U8086的应用
2.1　E M U8086的汇编语言程序设计
首先在用户工作区中编写一个源程序,点击Emu2 late按钮,E MU8086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,自动进入到指令调试界面,此状态称为8086M icr op r o2 cess or Emulat or(简称E mulat or),如图1所示。

E mula2 t or提供了单步执行指令方式,每一步可方便地观察CP U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0～400m s可调节。

图1　E M U8086的指令调试界面
通过Emulat or快捷按钮可弹出小窗口显示ALU (算术逻辑单元)中的二进制数、所有通用寄存器、段寄存器、F LAGS(标志)寄存器和ST ACK(堆栈)区的值,供学习者全面理解CP U的工作原理并监视CP U 工作状态。

E MU8086VER4.03版本中提供了88个软件和硬件例程供使用者学习和参考,通过这些典型的例程,能学习到汇编语言软件和微机接口技术等方面的知识。

另外,E MU8086的用户指南中提供了全面而详细的软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　E M U8086的虚拟接口
E MU8086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口实验。

包括LCD(液晶显示器)、交通灯、机器人、打印机、步进电机、简单I/O接口、温度加热控制系统和LE D(数码管)等8个虚拟外设,每个虚拟外设相当于一个接口电路,每个外设分配有一个或多个固定端口地址,通过这些端口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中交通灯(Traffic L ights)具有端口地址04H,则其输出指令为OUT04H,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。

图2　E M U8086的部分虚拟外设
2.3　E M U8086的高级功能扩展
E MU8086能够生成纯二进制代码文件(3.bin)和基于软磁盘的小型操作系统,这种bin文件类似于com文件,但它的大小不受内存段界限的限制。

除了直接利用E MU8086提供的虚拟外设,还可以通过JAVA、C语言、.NET、BASI C语言或汇编语言[4]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　E M U8086的实用工具
E MU8086集成了计算器、数据转换器、ASC II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一个数同时按照二进制数、十进制数、十六进制数、八进制数、有符号
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件正好解决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:①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。

②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。

③可以更好地吸引学生注意力。

④可将图片、投影片、影片整合在一起。

⑤可以让学生体会在大量数据下,算法执行效率的差异。

⑥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,将数据可视化技术应用于教学中,这一工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。

参考文献:
[1]　DERSHE M H L,McF ALL R L,UTI N.Ani m ati on of Java
L inked L ists[J].AC M SI GCSE Bulletin,2002,34(1):
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[2]　刘　勘,周晓峥,周洞汝.数据可视化的研究与发展
[J].计算机工程,2002,28(8):1.
[3]　李晓梅,黄朝晖.科学计算可视化导论[M].北京:国防
科技大学出版社,1996.
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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,对初学者很有帮助。

3　使用E M U8086注意事项
E MU8086是一款基于W indo ws操作系统的仿真软件,同其他仿真软件一样,不可能与真实的微机和外设接口完全一样。

在使用过程中有些需要注意的问题:
(1)E MU8086与真实的CP U8086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执行一项任务耗时1m s,准确时间就是1 m s。

而在E MU8086中,执行同样任务可能要耗时数百甚至上千毫秒,原因在于E MU8086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
E MU8086对个别伪指令不能很好地支持,如对ORG、SEG[5]伪指令不能通过编译;对部分指令反汇编欠准确,如将指令LE A 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)Emulat or中显示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。

参考文献:
[1]　贺乐凡.现代教育原理[M].北京:科学出版社,1996.
[2]　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.
[3]　戴梅鄂.微型计算机原理及接口技术[M].北京:清华大
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htt p:∥www.e /dr/e mu8086_asse mbler_s olu2
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[5]　王正智.8086/8088宏汇编语言程序设计教程[M].北京:
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