微機原理與匯編語言的可視化教學

　　摘 要：微機原理與匯編語言是電子信息、通信技術和計算機專業學生的專業基礎課。文章針對目前該課程教學現狀和存在的問題，提出改變傳統教學方法、采用可視化的教學模式、降低教師教學難度、提高學生的興趣等教學手段，使學習過程變得輕松，實現寓教于樂的目的。
　　關鍵詞：微機原理；匯編語言；可視化教學
　　
　　微機原理與匯編語言課程是計算機專業的主干核心課程，也是一門綜合性、實踐性極強的課程[1]。但由于匯編語言是面向機器的語言，是機器語言的符號化，語句不直觀、結構化程度低，程序調試困難，與高級語言的教學相比難以講解，所以學生在學習過程中普遍感到難度較大[2]。如何從事該門課的教學，使學生通過學習，深入掌握微機原理和基本知識，利用匯編語言編程，培養解決實際問題的能力，對于教師授課來講有一定難度。如何更好地將該門課程知識傳授給學生是每位教師都在探索的問題。結合自己近幾年的教學實踐，為激發學生的學習熱情，提高匯編語言的教學質量，降低學習門檻，我們提出幾點可視化的教學的手段，該教學方法在教學過程中效果良好。
　　1 微機原理知識的可視化動態演示
　　匯編語言是微機原理課程的一門工具性語言，課程中有很多交叉結合的知識點[3]。如果在微機原理部分沒有弄明白內部結構和工作原理，大量的指令就無法正確運用，熟練靈活運用匯編程序編程就更難。微機原理部分概念和專有名詞多、工作單元不易建模，內容抽象，學生不易理解和接受。目前的教學通常采用比較傳統的教學方法，教師是在教室用粉筆在黑板上講授，內容較枯燥且受板書的限制，難以激發學生
　　
　　興趣，教學效率低下，而對于初學的學生來說，入門較難，學起來比較吃力。為了達到良好的教學效果，利用多媒體進行可視化教學，把聲音、動畫、圖形、文字等媒體有機地組合在一起，將難懂難理解的內容以動畫的形式展示出來，調動學生學習積極性，把注意力集中到重點部分。通過逼真的動畫顯示，使學生從視覺上和感官上真實地感受到微型計算機的內部構造。如在講授尋址方式的時候，可以通過動畫的形式將尋址的過程以及各個寄存器的相關變化情況表現出來，這樣將枯燥的理論內容可視化，提高學生的感官認識。學生學習起來一目了然，并可以輕松理解幾種尋址方式的區別。另外，我們還可以利用動畫模擬存儲單元物理地址的形成過程以及各邏輯段的分配過程，使學生更好地理解對存儲器的訪問等其他內容。
　　2 匯編語言的可視化調試環境利用
　　匯編語言面向機器的硬件，相對比較抽象、指令偽指令較多、語法難記、調試困難、程序的可讀性差，在上機調試程序時又由于不能直接看到程序的運行結果，實踐教學中學生很難掌握匯編語言的應用。另外，在傳統的教學中，常用匯編語言教學調試工具DEBUG和MASM軟件都是在DOS下用指令運行的，而學生對DOS操作系統不熟悉，不能理解，也跟不上教學步驟，教師的教學難度極大，實驗的成
　　
　　基金項目：上海市教委上海海洋大學重點課程建設項目(A2600-10-0053，A2600-10-0052)；上海市高校本科教育高地建設項目(B8515-10-0001)。
　　作者簡介：孔祥洪，女，高級實驗師，研究方向為物理應用及控制技術。
　　
　　功率很低。作者在教學中利用啟東的DVCC-8086的微機原理實驗系統MASM for windows軟件進行書寫程序，該軟件是一個結合了先進可視化編輯器、編譯器，反編譯器，具有排錯功能的軟件模擬工具，通過這樣的可視化程序調試環境進行書寫程序時，可有效提高學生的編程能力和上機調試技能，有利于加深學生對匯編語言的程序的理解，降低調試難度。圖1是啟東8086匯編語言的可視化調試環境，它具有高級語言，集成環境語言所具有的可視化集成環境的下拉菜單，圖標化的快捷按鈕、熱鍵、快捷命令等特點，如文件編輯菜單有文件、編輯、查找、選項、編譯菜單；實驗指南菜單有編輯窗口的快捷菜單，可使用鼠標右鍵來激活；調試部分有動態調試菜單、窗口菜單；
　　
　　窗口部分有編輯窗口、反匯編窗口、數據窗口、寄存器窗口；工具欄有編輯工具欄、調試工具欄、實驗指南工具欄等等。而調試工具欄還具備聯接、編譯、調試、單步、運行、斷點等功能。再如，菜單可用ALT/ALT+字母來激活，用熱鍵或字母來選擇所有輸入地址數據值等。
　　8086匯編語言可視化的調試環境在進行程序調試時可以直接看到命令的執行過程，得到程序運行結果，這有利于學生掌握匯編語言的程序設計方法，培養實際動手能力，激發學習匯編語言的興趣，同時，也可以降低教學難度，使學生在短時間內真正理解和掌握教學重點和難點。
　　
　　
　　3 可視化寄存器窗口、代碼數據窗口、反編譯器的利用
　　匯編語言是機器語言的符號化，通過它可以充分理解指令在計算機中的執行過程，能夠最直接最有效地操作機器硬件系統，編寫在時間和空間兩方面都是最有效的程序[4]。但編寫及調試匯編程序時相對高級語言程序要困難、復雜得多，如果利用可視化寄存器窗口、代碼地址數據窗口等調試環境，就可以幫助學生加強對低級語言編譯過程中時空高效性的理解。使學生能從物理存儲結構和系統物理地址結構兩方面建立起計算機系統的完整性、可控性的概念。8088匯編語言的可視化調試環境中可視化寄存器窗口如圖2所示，可視化代碼地址數據窗口如圖3所示。
　　
　　在學習寄存器和存儲器的組織結構時，學生對很多概念只有一個很抽象、模糊的認識，這時，我們可以通過8088教學軟件打開“窗口”菜單的“代碼數據窗口”和“寄存器窗口”，查看寄存器的狀態；教師在講授存儲器和尋址方式的知識時，利用可視化“代碼數據窗口”查看內存單元，讓學生可以動態了解內存單元的地址與內容，將抽象的內容具體化；在講授指令的運用時，可以針對每一條指令，利用可視化窗口進行指令的具體操作，讓學生從可視化窗口中觀察寄存器、內存單元地址和標志寄存器的變化情況。另外，教師還可運用“代碼數據窗口”來查看程序的運行結果，當程序運行結果不正確時，通過“單步”調試和設置“斷點”等按鈕，隨時觀察寄存器和內存單元的內容，確定程序的錯誤之處，還可以利用“反匯編窗口”和“斷點”設置進行反匯編。圖4是觀察寄存器和內存單元的中程序的指針地址與內容，確定程序的錯誤之處。
　　
　　圖4 可視化反匯編窗口
　　4 結語
　　作為專業基礎課程，微機原理和匯編語言是學好后續專業課程的關鍵，是任何其他高級語言都不能完全取代的。教師應該合理安排教學內容，靈活運用多種教學方法和現代教學手段，充分調動學生的學習積極性和主動性，提高教學的實際效果和質量。通過對微機原理與匯編語言可視化教學改革，學生對該課程產生了更濃厚的學習興趣，取得了較顯著的教學成果，但是也還存在一些不完善的地方，這需要我們在以后的教學實踐中不斷改善。
　　
　　參考文獻：
　　[1] 馬浩. 淺談微機原理與匯編語言教學改革[J]. 科技創