基于EMU8086 的微機原理教學實踐探索

朱颯爽　王成　陳娟

摘要：從微機原理課程特點及教學現狀出發，分析傳統教學方式的弊端。探討了EMU8086在微機原理課程線上線下混合式教學模式中的應用，以8086的數據尋址方式的教學為例，介紹了EMU8086仿真軟件的特點和功能，分析了8086數據尋址方式在該課程中的重要性。通過實際案例介紹如何使用 EMU8086 進行8086數據尋址方式的教學。實踐表明，在混合式教學模式下，通過使用 EMU8086輔助教學，學生可以更直觀地理解8086處理器的工作原理和數據尋址方式，能夠有效提高學生對微機原理的理解和實際操作能力。

關鍵詞：EMU8086；微機原理；教學應用；8086數據尋址方式

中圖分類號：TP3 文獻標識碼：A

文章編號：1009-3044（2024）13-0174-03 開放科學（資源服務）標識碼（OSID） ：

0 引言

微機原理是工科院校電子及自動化類相關專業的核心課程，具有理論性強、概念抽象、知識點多等特點。內容一般涉及微處理器的內部結構、指令系統、存儲器和輸入輸出系統等方面，是一門高度綜合性的課程。不僅能夠培養學生的微機應用及軟、硬件設計應用能力，同時也是學生后續進行編程設計與軟硬件開發的基礎。因此，這門課程教學質量的好壞直接關系到學生的專業素質與技能。在實際教學中，學生普遍反映課程難度大，概念抽象，難以理解。而傳統教學方法往往注重理論知識的傳授，以教師為中心的單向傳授，學生缺乏主動參與和互動的機會，會導致學生的學習積極性不高，對課程內容缺乏興趣。

為提高微機原理課程教學效果，目前筆者所在學校微機原理課程在采用線上線下混合式教學模式的同時，通過改進教學方法、豐富教學形式、融入信息化工具等多種方式提升課程教學效果。針對微機原理課程的特點，在教學過程中，以混合式教學模式為載體，針對不同章節的知識要點，有效借助EMU8086和PROTEUS仿真工具，采用演示法、練習法、實驗法、任務驅動法等教學方法，合理進行教學設計，可以極大提高教學效果。本文以8086數據尋址方式教學為例，借助EMU8086仿真工具，通過“課前線上預習+課中線下講授演示+課后實操”的形式組織教學，既能激發學生的學習興趣，又能讓學生對寄存器、存儲器、指令系統等產生感性認識，還能提高學生的動手實踐能力，加深對微機原理知識的理解和掌握[1-2]。

1 EMU8086 仿真軟件簡介

EMU8086是一個8086微處理器的模擬器，它可以在PC上模擬8086微處理器的運行環境。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、編譯和運行8086匯編代碼。強大的調試功能，包括單步執行、斷點設置、寄存器查看、內存查看等，方便用戶調試和排除程序中的錯誤[3-4]。功能強大、易于使用，可以為用戶提供方便快捷的開發和調試環境，適合8086微處理器的學習、開發和測試工作。

2 8086數據尋址方式在微機原理課程中的重要性

8086數據尋址方式一般是繼微機基礎知識和內部結構知識的后續內容，是微機原理課程由淺入深的關鍵節點，起著承上啟下的重要作用[5]。8086是X86 架構的先驅，其尋址方式是計算機底層操作的基礎，是8086匯編語言編程的核心概念。通過學習8086數據尋址方式，學生可以深入了解計算機如何通過地址訪問內存中的數據，以及如何進行地址計算和偏移量的處理。對于編寫高效的8086匯編代碼以及理解程序的執行過程非常重要[6]，了解不同的尋址方式可以幫助學生選擇合適的方式來訪問和操作數據，提高程序的性能和效率。掌握8086尋址方式能為學生提供一個堅實的基礎，有助于理解更高級的計算機體系結構和操作系統的概念。

3 EMU8086在8086數據尋址方式教學中的應用

8086數據尋址方式是微機原理中的重要概念，它涉及內存訪問和指令執行的整個過程。8086 微處理器一般分三大類共7種數據尋址方式：立即尋址、寄存器尋址、存儲器尋址，其中存儲器尋址又分為5種，直接尋址、寄存器間接尋址、寄存器相對尋址、基址加變址尋址和相對基址變址尋址[7]。

EMU8086仿真器可以很好地模擬8086微處理器的運行過程，通過它學生可以更加直觀地了解數據尋址的過程和相關指令的執行。在實際教學中，課前筆者通過學習通線上發布學習任務，包括學生課前觀看線上短視頻了解知識點內容、發布討論主題、完成預習基礎題目、安裝EMU8086仿真器并初步熟悉該軟件的使用方法。因8086數據尋址方式分類較多，易于混淆，在教學過程中，一定要根據學生的接收能力，由淺入深，由易到難，循序漸進引導學生。筆者在教學中一般以最簡單最直觀的方式入手，降低學生對難點的恐懼，提高學生學習的信心和興趣。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課中的具體教學應用。

3.1 應用于立即尋址方式教學

立即尋址方式中，操作數包含在指令中，它作為指令的一部分，跟在操作碼后存放在代碼段。在理論教學中，一般以MOV指令為例，除立即數外還會涉及8086的內部寄存器，單純的理論介紹，過于抽象，學生很難理解。這時借助EMU8086 通過運行相應的指令，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SRC為立即數，源操作數的尋址方式即為立即尋址方式，完成的操作是把立即數1234H送寄存器AX中[8]。執行前，AX寄存器的內容是0000H，執行后變為1234H，且可直觀看到高位12H放在AH中，低位34H放在了AL中，這樣學生不僅了解了立即尋址的方式，還通過觀察了解了16位立即數在寄存器中的具體存放方式，對了解CPU的內部結構以及工作原理都有幫助。對比指令運行前后寄存器的變化，如圖1所示。

3.2 應用于寄存器尋址方式

在寄存器尋址方式下，指令的操作數為CPU的內部寄存器，可以是數據寄存器（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容即是操作數本身。剛接觸時學生經常會和后續學到的寄存器間接尋址混淆，如果只是單純的理論講授，學生很難分清兩者的區別，但是借助EMU8086結合實際的指令，學生通過觀察指令執行前后存儲器或寄存器的變化，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，前兩行源操作數正好用到前面剛學習的立即尋址方式，通過EMU8086單步執行觀察指令運行情況，進一步鞏固所學內容。第三行指令中源操作數和目的操作數均為寄存器尋址方式。執行前，AX、BX中內容均為0000H；執行最后一行指令后，AX的內容賦給BX，均為1234H，前一行指令賦給BX 的內容被覆蓋，賦值后AX的值不變，如圖2所示。

3.3 應用于直接尋址方式教學

存儲器尋址是指操作數就在存儲器的數據區中，當CPU需要訪問某一存儲單元時，先確定段地址，根據指令中的偏移量（也成有效地址EA） 形成物理地址，才能進行讀或寫操作。存儲器尋址方式比較明顯的特點是指令中一般有“[]”。相對于立即尋址和寄存器尋址方式而言，因其形式多樣，學生學起來會更有難度。對于五種存儲器尋址方式，最好從直接尋址方式著手，由易到難，層層遞進，加上EMU8086的生動演示，學生更容易理解接受，也更能激起學生學習的興趣。直接尋址是存儲器尋址的一種，“[]”內直接用常數給出偏移地址，數據的段地址默認為數據段。因本節學習時，還未開始學習指令，盡量用最簡單的指令說明教學意圖。例如，指令：MOV AX，[0016H]，指令完成的操作是把DS：0016H和DS：0017H兩個內存單元中的內容分別送AL和AH中，執行后，AX的內容為F490H。執行前后寄存器及存儲器內容變化如圖3 所示。

課中選擇立即尋址、寄存器尋址及直接尋址方式進行介紹，正好分屬8086數據尋址方式的三類。通過課前線上預習及EMU8086仿真軟件認識，課中借助EMU8086以通用傳送類指令MOV為載體，由易到難，分別對立即尋址、寄存器尋址和直接尋址方式進行單步運行演示，觀察寄存器、存儲器的變化，通過指令運行前后的對比，可以使學生對尋址方式有直觀的了解和認識。課中的演示教學法由淺入深，層層遞進，對比教學很容易使學生掌握基本三類尋址方式。但是，存儲器尋址方式相對于其他尋址方式而言更靈活，更復雜，更易混淆，是學生學習的重點和難點。因此課上教學只是“師傅領進門”，而后續對4種存儲器尋址方式的掌握就是“修行靠個人”了。那么怎么確保學生可以“修成正果”呢？這個“修”的過程才是真正培養學生舉一反三、自主學習以及動手能力的關鍵。對于存儲器尋址方式的寄存器間接尋址、寄存器相對尋址、基址加變址尋址和相對基址變址尋址4種方式的學習，可以采用任務驅動法，通過發布學習任務，驅動學生自主學習和解決實際問題。例如，分別采用直接尋址、寄存器間接尋址、基址加變址及相對基址變址的尋址方式，如何實現將DS：2000H存儲單元的內容1234H 發送到DS：3000H 存儲單元中。以任務為驅動，借助學習通進行線上討論，線下通過教師引導、學生實操、課中匯報的形式，激發學生學習興趣，促進學生自主學習，提高課堂教學效果，進而培養學生的創造性思維能力和實踐應用能力。

4 結束語

為提高微機原理的教學效果，從課程內容及特點出發，在混合式教學模式下，結合EMU8086的特點，以尋址方式教學為例，詳細介紹了EMU8086在8086 數據尋址方式教學中的應用。實踐表明，EMU8086在微機原理數據尋址方式教學中效果明顯，能夠幫助學生更好地理解和掌握相關的原理和概念。

在微機原理教學過程中，尋址方式只是入門，后續匯編相關指令以及接口應用教學中可以充分利用EMU8086等信息化工具，結合實際教學內容，不斷學習、潛心研究，使感性認識和理性認識相統一，使理論和實踐相結合，激發學生的學習興趣，培養學生的創新精神和實踐能力 [9]。

參考文獻：

[1] 程和生，程和俠，程和斌. 基于仿真軟件的微機原理與接口技術課程教學研究[J]. 現代信息科技，2023，7（20）：185-189.

[2] 王青. Emu8086和Proteus在微機原理教學中的研究與應用[J]. 電腦知識與技術，2021，17（35）：251-253.

[3] 程蘭，馬春燕，閻高偉. 仿真軟件在微機原理與接口技術教學及實驗中的應用和探討[J]. 計算機教育，2021（9）：181-185.

[4] 羅珈. EMU8086軟件在微機原理及接口技術數字中的應用[J]. 數字技術與應用，2017（4）：85.

[5] 林新.“微機原理” 教學方法研究實例[J]. 電氣電子教學學報，2021，43（5）：94-97.

[6] 趙蒼榮，辛元芳，郭來功. 微機原理課程教學改革與研究[J].電腦知識與技術，2021，17（10）：181-183.

[7] 吳寧，閆相國. 微型計算機原理與接口技術[M]. 5版. 北京：清華大學出版社，2022.

[8] 趙全利. 微型計算機原理及應用[M]. 北京：人民郵電出版社，2022.

[9] 時偉. EMU8086在微機及接口技術教學中的應用[J]. 電子世界，2019（2）：77-78.

【通聯編輯：朱寶貴】

基金項目：鄭州西亞斯學院校級教改項目《微機原理與應用》 線上線下混合一流課程建設研究與實踐（項目編號2023JGYB16） ，2024年度河南省高等學校重點科研項目（項目編號：24B510016）