Emu8086 在《微機(jī)原理與接口技術(shù)》中的應(yīng)用

Emu8086在《微機(jī)原理與接口技術(shù)》中的應(yīng)用摘要：《微機(jī)原理與接口技術(shù)》作為計(jì)算機(jī)專業(yè)及其相關(guān)專業(yè)的一門基礎(chǔ)課，其重要性是不言而喻的，若在該門課程的教學(xué)中能靈活運(yùn)用EMU8086仿真軟件進(jìn)行演示及實(shí)驗(yàn)教學(xué)，則能讓學(xué)生直觀地理解的工作原理和工作過(guò)程，提高學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣，較好地解決了微機(jī)原理課程教學(xué)中存在的難題。針對(duì)微機(jī)原理教學(xué)中存在的問(wèn)題，提出了用EMU8086仿真軟件來(lái)解決的辦法，并通過(guò)實(shí)例說(shuō)明了該軟件在匯編程序設(shè)計(jì)和接口技術(shù)方面的應(yīng)用。關(guān)鍵詞：微機(jī)原理EMU8086教學(xué)實(shí)驗(yàn)Debug正文：《微機(jī)原理與接口技術(shù)》課程是目前高校計(jì)算機(jī)專業(yè)及其相關(guān)專業(yè)學(xué)生必修的一門專業(yè)基礎(chǔ)課，是學(xué)生學(xué)習(xí)后續(xù)課程、畢業(yè)設(shè)計(jì)和今后工作的重要技術(shù)基礎(chǔ)。該課程的任務(wù)是以美國(guó)Intel公司生產(chǎn)的16位CPU8086為主線，介紹微型計(jì)算機(jī)的硬件結(jié)構(gòu)、工作原理、匯編語(yǔ)言程序設(shè)計(jì)方法及微型計(jì)算機(jī)的接口技術(shù)。由于該門課程對(duì)實(shí)踐動(dòng)手能力要求高，涉及的信息量大、知識(shí)點(diǎn)多、教學(xué)內(nèi)容較抽象，學(xué)生普遍反映該門課很難學(xué)。微型計(jì)算機(jī)從誕生至今已有30余年，其應(yīng)用已涉及各個(gè)領(lǐng)域。與此同時(shí)，微機(jī)原理與接口技術(shù)也得到了飛速發(fā)展。微型計(jì)算機(jī)是當(dāng)今發(fā)展速度最快、應(yīng)用最為普及的計(jì)算機(jī)類型。顯然，掌握微機(jī)原理與接口技術(shù)是對(duì)計(jì)算機(jī)及自動(dòng)控制等專業(yè)人才的基本要求。本書以培養(yǎng)學(xué)生應(yīng)用能力為主線，理論與實(shí)際相結(jié)合。它可以細(xì)分為PC服務(wù)器、NT工作站、臺(tái)式計(jì)算機(jī)、膝上型計(jì)算機(jī)、筆記本型計(jì)算機(jī)、掌上型計(jì)算機(jī)、可穿戴式計(jì)算機(jī)以及問(wèn)世不久的平板電腦等多種類型。習(xí)慣上人們將尺寸小于臺(tái)式機(jī)的微型計(jì)算機(jī)統(tǒng)稱為便攜式計(jì)算機(jī)。微型計(jì)算機(jī)原理與接口技術(shù)主要是介紹以Intel8086/8088為CPU的16位機(jī)的結(jié)構(gòu)、組成原理、指令系統(tǒng)，編程方法和接口技術(shù)等，以8086/8088CPU為基本出發(fā)點(diǎn)，詳盡地論述有關(guān)微處理器及其指令系統(tǒng)的概念和程序設(shè)計(jì)方法，介紹構(gòu)成微型計(jì)算機(jī)的存儲(chǔ)器、各類可編程接口芯片、總線等各項(xiàng)技術(shù)。掌握先進(jìn)微處理器芯片結(jié)構(gòu)、微型計(jì)算機(jī)實(shí)現(xiàn)技術(shù)、計(jì)算機(jī)主板構(gòu)成、各種接口技術(shù)原理及其應(yīng)用編程方法；掌握匯編語(yǔ)言程序的編寫方法，尤其掌握接口訪問(wèn)的方法。了解微機(jī)技術(shù)新的發(fā)展趨勢(shì)，系統(tǒng)科學(xué)地獲得分析問(wèn)題和解決問(wèn)題的訓(xùn)練；提高分析和設(shè)計(jì)接口的能力。不僅要學(xué)習(xí)微機(jī)各種接口電路的原理與作用，熟悉PC系列機(jī)接口電路，而且還要掌握常用接口的設(shè)計(jì)與分析方法，學(xué)會(huì)使用匯編語(yǔ)言和C語(yǔ)言對(duì)接口進(jìn)行編程，并具有一定的動(dòng)手實(shí)驗(yàn)?zāi)芰徒涌趹?yīng)用程序的編寫能力，為微機(jī)的深入學(xué)習(xí)與實(shí)踐打下良好基礎(chǔ)。在微機(jī)中，最基礎(chǔ)的語(yǔ)言是匯編語(yǔ)言。匯編語(yǔ)言是一個(gè)最基礎(chǔ)最古老的計(jì)算機(jī)語(yǔ)言，匯它是一種利用指令助記符、符號(hào)地址、標(biāo)號(hào)來(lái)編寫的計(jì)算機(jī)語(yǔ)言。是機(jī)器語(yǔ)言的符號(hào)表示，是面向機(jī)器的語(yǔ)言，是較低級(jí)的語(yǔ)言。利用匯編語(yǔ)言編寫的程序稱為源程序，需要通過(guò)匯編程序翻譯成二進(jìn)制代碼的目標(biāo)程序，再經(jīng)過(guò)與庫(kù)文件的連接，最后得到可執(zhí)行文件程序，才能在機(jī)器上直接運(yùn)行。語(yǔ)言總是越基礎(chǔ)越重要，在重大的編程項(xiàng)目中應(yīng)用最廣泛。就我的個(gè)人理解，匯編是對(duì)寄存的地址以及數(shù)據(jù)單元進(jìn)行最直接的修改。而在某些時(shí)候，這種方法是最有效，最可靠的。然而，事物總有兩面性，有優(yōu)點(diǎn)自然缺點(diǎn)也不少。其中，最重要的一點(diǎn)就是，匯編語(yǔ)言很復(fù)雜，對(duì)某個(gè)數(shù)據(jù)進(jìn)行修改時(shí)，本來(lái)很簡(jiǎn)單的一個(gè)操作會(huì)用比較煩瑣的語(yǔ)句來(lái)解決，而這些語(yǔ)言本身在執(zhí)行和操作的過(guò)程中，占有大量的時(shí)間和成本。在一些講求效率的場(chǎng)合，并不可取。匯編語(yǔ)言對(duì)學(xué)習(xí)其他計(jì)算機(jī)起到一個(gè)比較、對(duì)照、參考的促進(jìn)作用。學(xué)習(xí)事物總是從最簡(jiǎn)單基礎(chǔ)的開始。那么學(xué)習(xí)高級(jí)語(yǔ)言也當(dāng)然應(yīng)當(dāng)從匯編開始。學(xué)習(xí)匯編語(yǔ)言實(shí)際上是培養(yǎng)了學(xué)習(xí)計(jì)算機(jī)語(yǔ)言的能力和素養(yǎng)。另外，學(xué)習(xí)匯編語(yǔ)言對(duì)學(xué)習(xí)其他語(yǔ)言很有促進(jìn)作用。有很多人認(rèn)為匯編語(yǔ)言的應(yīng)用范圍很小，由此忽視它的重要性。其實(shí)匯編語(yǔ)言對(duì)每一個(gè)希望學(xué)習(xí)計(jì)算機(jī)科學(xué)與技術(shù)的人來(lái)說(shuō)都是非常重要的，是不能不學(xué)習(xí)的語(yǔ)言。匯編語(yǔ)言是計(jì)算機(jī)能夠提供給用戶使用的最快而又最有效的語(yǔ)言，也是能夠利用計(jì)算機(jī)所有硬件特性并能夠直接控制硬件的唯一語(yǔ)言。課程中匯編語(yǔ)言程序設(shè)計(jì)和接口技術(shù)是我們學(xué)生學(xué)習(xí)的兩大難點(diǎn)。因?yàn)閰R編程序設(shè)計(jì)涉及到匯編指令系統(tǒng)中相應(yīng)指令的使用，而8086/8088CPU的指令系統(tǒng)共包含92種基本指令，對(duì)指令系統(tǒng)的學(xué)習(xí)即是對(duì)這92種基本指令的功能和用法的介紹，這很容易讓我們感到枯燥乏味，提不起學(xué)習(xí)興趣。并且匯編程序運(yùn)行的傳統(tǒng)方法界面不直觀，無(wú)論是教師演示或是我們實(shí)驗(yàn)使用起來(lái)都感到不方便。接口技術(shù)涉及到對(duì)可編程接口芯片的訪問(wèn)，這部分內(nèi)容較抽象，我們學(xué)習(xí)起來(lái)感覺到很難理解。結(jié)果老師的推薦實(shí)踐，發(fā)現(xiàn)用EMU8086這款仿真軟件可較好地解決上述問(wèn)題。EMU8086是DigitalRiver公司推出的16位CPU8086的仿真軟件，它將匯編語(yǔ)言程序設(shè)計(jì)和虛擬接口技術(shù)有機(jī)地結(jié)合起來(lái)，其內(nèi)部集成了匯編程序編譯器、連接器、參考例程、學(xué)習(xí)指南，并提供了交通燈、機(jī)器人、步進(jìn)電機(jī)等七個(gè)虛擬外設(shè)，是學(xué)習(xí)Intel8086微處理器的理想工具。Emu8086-MicroprocessorEmulator結(jié)合了一個(gè)先進(jìn)的原始編輯器、組譯器、反組譯器、具除錯(cuò)功能的軟件模擬工具（虛擬PC），還有一個(gè)循序漸進(jìn)的指導(dǎo)工具。這對(duì)剛開始學(xué)組合語(yǔ)言的人會(huì)是一個(gè)很有用的工具。它會(huì)在模擬器中一步一步的編譯程序碼并執(zhí)行，視覺化的工作環(huán)境讓它更容易使用。你可以在程序執(zhí)行當(dāng)中檢視暫存器、旗標(biāo)以及記憶體。模擬器會(huì)在虛擬PC中執(zhí)行程序，這可以隔絕你的程序，避免它去存取實(shí)際硬體，像硬碟、記憶體，而在虛擬機(jī)器上執(zhí)行組合程序，這可以讓除錯(cuò)變得更加容易。這個(gè)軟件完全相容於Intel的下一代處理器，包括了PentiumII、Pentium4，而相信Pentium5也會(huì)繼續(xù)支援8086的。這種現(xiàn)象讓8086程序碼的可攜性相當(dāng)高，它可以同時(shí)在老機(jī)器以及現(xiàn)代的電腦是執(zhí)行，8086的另一個(gè)優(yōu)勢(shì)是它的指令比較小且相當(dāng)容易學(xué)習(xí)。EMU8086的工作界面為純WINDOWS，界面友好化和由菜單欄、快捷按鈕欄和用戶工作區(qū)構(gòu)成，它能模擬真實(shí)微處理器工作的每一步驟，通過(guò)單步調(diào)試顯示指令執(zhí)行后CPU內(nèi)部寄存器、存儲(chǔ)器、堆棧、變量和標(biāo)志寄存器的當(dāng)前值，操作簡(jiǎn)單直觀，通過(guò)它學(xué)生可以很快掌握匯編程序設(shè)計(jì)和接口技術(shù)等知識(shí)。CPU與外設(shè)間的信息交換是通過(guò)接口來(lái)實(shí)現(xiàn)的，EMU8086內(nèi)置用Java，VisualBasic等編程語(yǔ)言編寫的虛擬外設(shè)，CPU對(duì)它們的訪問(wèn)可通過(guò)端口地址來(lái)進(jìn)行。要完成匯編語(yǔ)言實(shí)驗(yàn)，可利用EMU8086中集成的編輯器、匯編器、連接器和跟蹤執(zhí)行器等模塊來(lái)實(shí)現(xiàn)。新建一個(gè)匯編語(yǔ)言源程序時(shí)，EMU8086自動(dòng)給出了匯編語(yǔ)言的基本框架，在框架的基礎(chǔ)上，只用寫出匯編語(yǔ)言的核心語(yǔ)句，之后點(diǎn)擊相應(yīng)按鈕，系統(tǒng)完成編譯、連接，無(wú)錯(cuò)誤后即自動(dòng)進(jìn)入到指令跟蹤運(yùn)行界面。該平臺(tái)具有單步和連續(xù)運(yùn)行方式，連續(xù)運(yùn)行每條指令的執(zhí)行間隔從0～400ms可調(diào)節(jié)。通過(guò)此界面還可以觀察CPU內(nèi)部寄存器的值，觀察指令機(jī)器碼和對(duì)應(yīng)的反匯編指令。跟蹤執(zhí)行器還可以顯示算術(shù)邏輯單元（ALU）的二進(jìn)制數(shù)值和CPU內(nèi)部標(biāo)志寄存器（FLAGS）的值，用來(lái)供學(xué)習(xí)者全面理解CPU的工作機(jī)理和監(jiān)視內(nèi)部運(yùn)行狀態(tài)。EMU8086用于匯編程序設(shè)計(jì)的典型實(shí)例：用匯編程序?qū)崿F(xiàn)將表達(dá)式5＋10－1的結(jié)果14用二進(jìn)制形式（00001110）在屏幕上顯示出來(lái)。分析：本程序通過(guò)8086CPU內(nèi)的寄存器及加法指令A(yù)DD、減法指令SUB可方便地實(shí)現(xiàn)表達(dá)式的計(jì)算，再通過(guò)調(diào)用21H中斷將結(jié)果對(duì)應(yīng)的二進(jìn)制數(shù)的每一位顯示出來(lái)。利用EMU8086仿真軟件可通過(guò)模擬的方式快速地進(jìn)行編譯、調(diào)試及運(yùn)行，實(shí)現(xiàn)表達(dá)式結(jié)果的顯示。操作過(guò)程如下：（1）打開EMU8086，在用戶工作區(qū)輸入源程序。CODESEGMENTASSUMECS：CODESTART：MOVAL，5MOVBL，10ADDBL，ALSUBBL，1MOVCX，8PRINT：MOVAH，2MOVDL，'0'TESTBL，10000000BJZZEROMOVDL，'1'ZERO：INT21HSHLBL，1LOOPPRINTMOVDL，'B'INT21HMOVAH，0INT16HCODEENDSENDSTART（2）將輸入的源程序存盤，然后點(diǎn)擊Emulate按鈕，EMU8086自動(dòng)完成對(duì)源程序的編譯、連接，若有錯(cuò)則給出錯(cuò)誤信息。正確連接后，自動(dòng)進(jìn)入到指令的調(diào)試界面。（3）在該窗口單擊SingleStep按鈕可方便地觀察到指令單步執(zhí)行后CPU內(nèi)部所有通用寄存、段寄存器、標(biāo)志寄存器和算術(shù)邏輯單元ALU中的值和數(shù)據(jù)的傳遞，還可看到匯編后生成的機(jī)器碼及每條指令在內(nèi)存中所占存儲(chǔ)單元的物理地址，非常形象直觀地展示了CPU工作的狀態(tài)變化和工作原理。用戶也可以單擊Run按鈕運(yùn)行該匯編程序。從微機(jī)應(yīng)用系統(tǒng)的應(yīng)用環(huán)境和特點(diǎn)來(lái)看，微機(jī)系統(tǒng)如何與千變?nèi)f化的外部設(shè)備、外部世界相連，如何與它們交換信息，是微機(jī)系統(tǒng)應(yīng)用中的關(guān)鍵所在，培養(yǎng)一定的微機(jī)應(yīng)用系統(tǒng)的分析能力和初步設(shè)計(jì)能力才是最終目的。雖然，在短短的幾個(gè)月的學(xué)習(xí)課程中，沒有將課程學(xué)得非常透徹，但對(duì)其中的內(nèi)容還是有很大的了解。微機(jī)原理將會(huì)對(duì)以后的專業(yè)課學(xué)習(xí)發(fā)揮重大的作用。在以后的學(xué)習(xí)生活和工作中將會(huì)得到更廣泛的應(yīng)用。另外，通過(guò)這門課的學(xué)習(xí)，我懂得了，讀書不能死讀，不能整天學(xué)習(xí)這八股文，我們應(yīng)該，通過(guò)學(xué)習(xí)基本知識(shí)，找出有用的價(jià)值所在。然后，更進(jìn)一步的學(xué)習(xí)，這樣將學(xué)得更有效且更實(shí)用。希望以后能夠找到正確的學(xué)習(xí)方法不斷的學(xué)習(xí)，能夠更好的應(yīng)用到今后的社會(huì)實(shí)踐中去?？偨Y(jié)：微機(jī)的最基礎(chǔ)語(yǔ)言——計(jì)算機(jī)語(yǔ)言的一個(gè)最基礎(chǔ)最古老的匯編語(yǔ)言。俗話說(shuō)的好，越基礎(chǔ)的東西越重要，因此它在重大的編程項(xiàng)目中應(yīng)用的最為廣泛。就我個(gè)人的理解，匯編是對(duì)寄存的地址，以及數(shù)據(jù)單元進(jìn)行最直接的修改。而在某些時(shí)候，這種方法是的最有效，也是最可靠的。不過(guò)它有兩面性，有優(yōu)點(diǎn)，也有缺點(diǎn)，最重要的一點(diǎn)就是它本身較為復(fù)雜：對(duì)某個(gè)數(shù)據(jù)進(jìn)行修改時(shí)，本來(lái)很簡(jiǎn)單一個(gè)操作會(huì)用比較煩瑣的語(yǔ)句來(lái)解決，而這些語(yǔ)句本身在執(zhí)行和操作的過(guò)程中，占用大量的時(shí)間和成本。因此，在一些講求效率的場(chǎng)合，這種語(yǔ)言并不可取，所以可以適當(dāng)對(duì)它進(jìn)行取舍。掌握匯編語(yǔ)言對(duì)以后其他語(yǔ)言的學(xué)習(xí)有極大的幫助和促進(jìn)作用。通過(guò)該課程的學(xué)習(xí)，基本上對(duì)微型計(jì)算機(jī)原理與接口技術(shù)有了一定的了解，對(duì)整個(gè)內(nèi)容感覺還是比較晦澀難懂。但是對(duì)于其學(xué)習(xí)方法還是有一定的掌握。動(dòng)態(tài)調(diào)試程序Debug，實(shí)際上是DOS中的一個(gè)外部命令，功能強(qiáng)大。通過(guò)Debug提供的命令，可以監(jiān)視和控制被調(diào)試程序的運(yùn)行過(guò)程；可以裝入、顯示和修改文件；可對(duì)磁盤直接進(jìn)行物理讀寫或邏輯讀寫。但是對(duì)于初學(xué)者來(lái)說(shuō)，Debug難以掌握和理解，缺乏友好的互動(dòng)界面。EMU8086的工作界面則很簡(jiǎn)潔，它能模擬真實(shí)微處理器工作的每一步驟，通過(guò)單步調(diào)試顯示指令執(zhí)行后CPU內(nèi)部寄存器、存儲(chǔ)器、堆棧、變量和標(biāo)志寄存器的當(dāng)前值，操作簡(jiǎn)單直觀，通過(guò)它我們可以很快掌握匯編程序設(shè)計(jì)和接口技術(shù)等知識(shí)。在實(shí)驗(yàn)過(guò)程中也是我們學(xué)習(xí)到了很多知識(shí)，很多課堂上不是很了解的知識(shí)也得到了清晰地理解。與實(shí)驗(yàn)室里的星研比較，EMU8086有著很大的優(yōu)勢(shì)，在編譯、運(yùn)行的步驟上尤為簡(jiǎn)單。因此實(shí)驗(yàn)過(guò)程中，我們一直用的是EMU8086來(lái)編寫實(shí)驗(yàn)代碼，然后進(jìn)行相應(yīng)的分析，很少用到星研。致謝：丁老師引我走進(jìn)了微機(jī)原理與接口