一、引言
《微機(jī)原理》是電氣信息類(lèi)的專(zhuān)業(yè)基礎(chǔ)課,，通過(guò)學(xué)習(xí)該課程,，建立起微型計(jì)算機(jī)系統(tǒng)的基本概念和結(jié)構(gòu)；了解微處理器指令集和指令系統(tǒng)的概念,、功能及機(jī)內(nèi)編碼格式,，熟悉計(jì)算機(jī)系統(tǒng)內(nèi)部指令的執(zhí)行過(guò)程；掌握程序的基本概念和利用指令構(gòu)成程序的方法,，利用匯編語(yǔ)言助記符設(shè)計(jì)匯編語(yǔ)言程序的基本方法；掌握微型計(jì)算機(jī)接口的基本概念和接口的硬件設(shè)計(jì)方法,。程序的執(zhí)行過(guò)程一定要建立起存儲(chǔ)程序的工作原理的概念,、指令及程序在機(jī)器內(nèi)部的表示方法。實(shí)驗(yàn)是對(duì)理論知識(shí)的運(yùn)用和檢驗(yàn)理論知識(shí)是否扎實(shí)，根據(jù)微機(jī)原理實(shí)驗(yàn)教學(xué)現(xiàn)狀和存在的不足,，探討了提高微機(jī)原理實(shí)驗(yàn)教學(xué)的教學(xué)方法和實(shí)驗(yàn)內(nèi)容設(shè)計(jì),。通過(guò)DEBUG來(lái)觀察寄存器,、存儲(chǔ)器、標(biāo)志位中的數(shù)據(jù)現(xiàn)狀和修改后的變化,，也可以觀察地址的變化和地址單元的數(shù)據(jù)變化,。程序的運(yùn)行過(guò)程可以通過(guò)操作數(shù)的數(shù)據(jù)變化讓學(xué)生理解尋址方式實(shí)現(xiàn)的過(guò)程和指令運(yùn)行產(chǎn)生的作用。系統(tǒng)集成是利用所學(xué)的理論知識(shí)和已有技術(shù),，模塊化的設(shè)計(jì)電路系統(tǒng),。以系統(tǒng)集成能力培養(yǎng)學(xué)生，學(xué)生可以根據(jù)需求將各子模塊組成一個(gè)完整的電路系統(tǒng),，使整體性能更佳,。
二、教學(xué)現(xiàn)狀與不足
很多院?！段C(jī)原理》重理論教學(xué),，輕實(shí)驗(yàn)教學(xué)；理論學(xué)時(shí)長(zhǎng),，實(shí)驗(yàn)學(xué)時(shí)較短,。理論課堂上的相關(guān)知識(shí)不能及時(shí)安排實(shí)驗(yàn)進(jìn)行驗(yàn)證和應(yīng)用，出現(xiàn)了學(xué)生覺(jué)得理論抽象復(fù)雜,、學(xué)習(xí)興趣低,、實(shí)驗(yàn)環(huán)節(jié)薄弱的現(xiàn)象。學(xué)生在實(shí)驗(yàn)課上根據(jù)實(shí)驗(yàn)指導(dǎo)書(shū)按部就班,，只做驗(yàn)證性實(shí)驗(yàn),，做設(shè)計(jì)性實(shí)驗(yàn)時(shí)無(wú)從下手。在這種教學(xué)情況下,，教師需要探討多種可提高微機(jī)原理實(shí)驗(yàn)教學(xué)效果的方法,。
三、實(shí)驗(yàn)教學(xué)方法和實(shí)驗(yàn)內(nèi)容的改進(jìn)
1.DEBUG的使用,。微機(jī)原理的工作原理包括指令集機(jī)內(nèi)表示,、指令及程序的機(jī)內(nèi)執(zhí)行過(guò)程、存儲(chǔ)程序原理,、存儲(chǔ)器及其管理,、接口技術(shù)。掌握匯編語(yǔ)言程序的概念,、設(shè)計(jì)與調(diào)試方法,，從而建立起面向計(jì)算機(jī)的程序設(shè)計(jì)方法，這是今后面向?qū)ο蟮某绦蛟O(shè)計(jì)方法的基礎(chǔ),。通過(guò)DEBUG來(lái)觀察程序的運(yùn)行過(guò)程,，觀察寄存器、存儲(chǔ)器,、標(biāo)志位中數(shù)據(jù)現(xiàn)狀和修改后的變化,，用操作數(shù)的數(shù)據(jù)變化使學(xué)生理解尋址方式實(shí)現(xiàn)的過(guò)程和指令運(yùn)行后產(chǎn)生的作用,。
（1）DEBUG觀察寄存器和存儲(chǔ)器。微型計(jì)算機(jī)的寄存器有通用寄存器,、變址寄存器,、指針寄存器、段寄存器和標(biāo)志寄存器[3],。DEBUG觀察寄存器,、標(biāo)志位和存儲(chǔ)器的數(shù)據(jù)現(xiàn)狀與修改后的變化。①觀察寄存器和存儲(chǔ)器的數(shù)據(jù),。觀察微型計(jì)算機(jī)的寄存器,、標(biāo)志位和存儲(chǔ)器的數(shù)據(jù)，打開(kāi)系統(tǒng)盤(pán)C,，啟動(dòng)DEBUG.EXE,，顯示連接符“-”后可輸入各種DEBUG命令。常用的DEBUG命令有A,、D,、E、G,、P,、R、T,、U等,，輸入DEBUG命令后回車(chē)，可觀察寄存器,、標(biāo)志位和存儲(chǔ)器的數(shù)據(jù),。②修改寄存器和存儲(chǔ)器的數(shù)據(jù)。修改寄存器和存儲(chǔ)器的數(shù)據(jù)可以直接使用DEBUG命令修改數(shù)據(jù),，也可以通過(guò)執(zhí)行指令進(jìn)行修改數(shù)據(jù),。執(zhí)行指令修改寄存器和存儲(chǔ)器的數(shù)據(jù)時(shí)，需要編寫(xiě)匯編源程序,，例如,，給出一個(gè)匯編源程序
TEST.ASM。
DATA SEGMENT
SHU DB 00H,01H,02H,03H,04H,05H,06H,07H,
08H,09H,0AH,0BH,0CH,0DH,0EH,0FH
DATA ENDS
CODE SEGMENT
ASSUME CS:CODE,DS:DATA
START:MOV AX,DATA
MOV DS,AX
MOV BX,5;立即尋址
ADD BX,BX;寄存器尋址
MOV SI,[0001];直接尋址
MOV AX,[BX];寄存器間接尋址
MOV AX,[BX+4];寄存器相對(duì)尋址
MOV AX,[BX+SI];基址加變址尋址
MOV AX,[BX+SI+4];相對(duì)的基址和變址尋址
CODE ENDS
END START

圖1 指令修改寄存器和存儲(chǔ)器的數(shù)據(jù)
在MS-DOS下對(duì)匯編源程序TEST.ASM進(jìn)行編譯和鏈接,，無(wú)語(yǔ)法錯(cuò)誤和結(jié)構(gòu)錯(cuò)誤后得到可執(zhí)行文件TEST.EXE,，DEBUG調(diào)試可執(zhí)行文件TEST.EXE。指令修改寄存器和存儲(chǔ)器的數(shù)據(jù)如圖1所示,。由圖1觀察寄存器、標(biāo)志位,、存儲(chǔ)器的現(xiàn)狀和修改后的數(shù)據(jù),，使學(xué)生對(duì)微型計(jì)算機(jī)的寄存器,、標(biāo)志位、存儲(chǔ)器,、數(shù)據(jù),、地址有深入的認(rèn)識(shí)，由抽象思維轉(zhuǎn)變成看得見(jiàn),、有結(jié)果的實(shí)際操作,。
（2）DEBUG觀察尋址方式。通過(guò)DEBUG觀察操作數(shù)的尋址方式,，使用DEBUG調(diào)試TEST.EXE,，執(zhí)行指令后，由圖1可觀察操作數(shù)存放的位置和各種操作數(shù)尋址方式的實(shí)現(xiàn)過(guò)程,。立即尋址是操作數(shù)包含在指令字節(jié)中,，CPU在指令隊(duì)列中直接取得立即數(shù)，指令執(zhí)行速度快,。寄存器尋址是操作數(shù)在指令中CPU內(nèi)部寄存器中,，可以減少指令碼的長(zhǎng)度，執(zhí)行速度較快,。存儲(chǔ)器尋址是操作數(shù)在內(nèi)存的數(shù)據(jù)區(qū),，指令給出操作數(shù)在內(nèi)存中的地址信息，CPU可求出存放操作數(shù)的有效地址,，執(zhí)行速度慢,。由圖1可知AX、BX,、SI,、IP值的變化過(guò)程，根據(jù)AX,、BX,、SI、IP的數(shù)據(jù)變化,，可以理解操作數(shù)存放的位置和各種操作數(shù)的尋址方式,。
（3）DEBUG觀察指令系統(tǒng)的作用。微型計(jì)算機(jī)的指令系統(tǒng)功能強(qiáng)大,，由圖1可知,，不同的指令實(shí)現(xiàn)不同的功能，通過(guò)DEBUG觀察源操作數(shù)和目的操作數(shù)在操作前后的數(shù)據(jù)變化來(lái)理解指令運(yùn)行后產(chǎn)生的作用,。
2.實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目由淺入深,，分層次教學(xué)。學(xué)生對(duì)知識(shí)的接受能力和應(yīng)用能力不同，根據(jù)學(xué)生的差異進(jìn)行不同程度的引導(dǎo)學(xué)習(xí),。接受知識(shí)能力弱的學(xué)生,，指導(dǎo)學(xué)生完成驗(yàn)證性實(shí)驗(yàn)，得到實(shí)驗(yàn)結(jié)果以及實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象才能通過(guò)實(shí)驗(yàn)課程,；接受知識(shí)能力和應(yīng)用能力強(qiáng)的學(xué)生,，選做設(shè)計(jì)性實(shí)驗(yàn)，在已有的驗(yàn)證性實(shí)驗(yàn)的基礎(chǔ)上,，給出實(shí)驗(yàn)條件和實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象,，在未給出電路圖和操作步驟的情況下，讓學(xué)生自主設(shè)計(jì)電路,、編程,，得到實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象，同時(shí)可以引導(dǎo)學(xué)生通過(guò)多種方法得到同一個(gè)實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象,，讓學(xué)生明白為什么要這樣做,，教師的教學(xué)方法由“教”到“導(dǎo)”。
3.實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目設(shè)計(jì),。實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目的設(shè)計(jì)以系統(tǒng)集成能力培養(yǎng)學(xué)生為中心,，學(xué)生根據(jù)需求將各子模塊連接成一個(gè)整體性能高的電路系統(tǒng)。實(shí)驗(yàn)指導(dǎo)書(shū)的實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目?jī)?nèi)容注重循序漸進(jìn),，由驗(yàn)證性到設(shè)計(jì)性實(shí)驗(yàn),。綜合性實(shí)驗(yàn)主要是對(duì)CPU與接口電路的應(yīng)用，設(shè)計(jì)性實(shí)驗(yàn)是綜合性實(shí)驗(yàn)的創(chuàng)新應(yīng)用,，是學(xué)生掌握微型計(jì)算機(jī)體系結(jié)構(gòu)的表現(xiàn),，熟悉微處理器、存儲(chǔ)器,、輸入/輸出接口電路,、系統(tǒng)總線(xiàn)之間的相互聯(lián)系。理論課上介紹了8255,、8259,、8237、8253等接口芯片的接口技術(shù)應(yīng)用[5],。實(shí)驗(yàn)與教學(xué)是緊密聯(lián)系在一起的,，實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目?jī)?nèi)容圍繞講解的接口技術(shù)進(jìn)行設(shè)計(jì)。以完成一個(gè)簡(jiǎn)易寵物定時(shí)喂食器的設(shè)計(jì)為例,，具有的功能如下：通過(guò)鍵盤(pán)輸入定時(shí)時(shí)間,；數(shù)碼管顯示時(shí)間；定時(shí)時(shí)間到時(shí),，電子發(fā)聲器發(fā)出響聲,；喂食器控制步進(jìn)電機(jī)打開(kāi)寵物食物儲(chǔ)存器閥門(mén),，讓食物下落到容器給寵物進(jìn)食。此電路系統(tǒng)看似復(fù)雜,，如果將此電路系統(tǒng)分解成若干個(gè)基礎(chǔ)實(shí)驗(yàn)完成,，那么就顯得相對(duì)簡(jiǎn)單了。將所有的基礎(chǔ)性實(shí)驗(yàn)進(jìn)行整合,，終完成相對(duì)復(fù)雜的寵物定時(shí)喂食器設(shè)計(jì)，具體實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目設(shè)計(jì)如下：①數(shù)碼轉(zhuǎn)換程序?qū)嶒?yàn)設(shè)計(jì),。實(shí)驗(yàn)的目的在于讓學(xué)生掌握程序的設(shè)計(jì)方法以及DEBUG軟件的使用方法,。通過(guò)實(shí)驗(yàn)，學(xué)生可以掌握程序設(shè)計(jì)的編譯環(huán)境的使用,，編譯,、鏈接和執(zhí)行的操作方法，能力強(qiáng)的學(xué)生還能進(jìn)行分支程序結(jié)構(gòu),、循環(huán)程序結(jié)構(gòu)以及子程序結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì),。②鍵盤(pán)掃描及數(shù)碼管顯示程序設(shè)計(jì)。該實(shí)驗(yàn)?zāi)康脑谟谧寣W(xué)生掌握使用8255芯片完成矩陣式鍵盤(pán)掃描以及數(shù)碼管顯示,。個(gè)實(shí)驗(yàn)的學(xué)習(xí)內(nèi)容可在第二個(gè)實(shí)驗(yàn)中的數(shù)碼管顯示部分程序得到應(yīng)用,。這樣既學(xué)習(xí)了新的知識(shí)，又復(fù)習(xí)了已學(xué)的知識(shí),，更重要的是學(xué)生之前學(xué)到的知識(shí)得到了應(yīng)用,，增加了學(xué)生對(duì)實(shí)驗(yàn)的興趣。③系統(tǒng)設(shè)計(jì),。該實(shí)驗(yàn)是在第二實(shí)驗(yàn)中得到進(jìn)一步的完善,，增加了8254定時(shí)器的使用。使用矩陣鍵盤(pán)輸入一個(gè)時(shí)間,，啟動(dòng)后以秒為單位顯示,。④電子發(fā)聲器的設(shè)計(jì)。該實(shí)驗(yàn)是在定時(shí)器的實(shí)驗(yàn)上得到進(jìn)一步的應(yīng)用,，使用定時(shí)器產(chǎn)生不同頻率的方波信號(hào),，將方波信號(hào)送給蜂鳴器，蜂鳴器則發(fā)出有旋律的聲音,。⑤步進(jìn)電機(jī)程序?qū)嶒?yàn)設(shè)計(jì),。實(shí)驗(yàn)中學(xué)生可利用8255芯片的I/O口，控制步進(jìn)電機(jī)的運(yùn)動(dòng)時(shí)序,，從而控制步進(jìn)電機(jī)的運(yùn)動(dòng)方向和運(yùn)動(dòng)角度,。⑥寵物定時(shí)喂食器綜合實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)。該實(shí)驗(yàn)是對(duì)前幾次實(shí)驗(yàn)的一個(gè)整合,，鍛煉學(xué)生將使用模塊整合成系統(tǒng)的能力,。整個(gè)實(shí)驗(yàn)過(guò)程的設(shè)計(jì)采用由易到難,、由基礎(chǔ)到專(zhuān)業(yè)、由模塊到系統(tǒng)的思想,。每次實(shí)驗(yàn)都能完成一個(gè)小“作品”,，實(shí)驗(yàn)的結(jié)果可以激發(fā)學(xué)生對(duì)實(shí)驗(yàn)的興趣。
4.實(shí)驗(yàn)考核方式改革,。傳統(tǒng)的實(shí)驗(yàn)考察方式,，如通過(guò)簽名考查學(xué)生的出勤率和實(shí)驗(yàn)完成報(bào)告，終給出實(shí)驗(yàn)成績(jī),，使學(xué)生的實(shí)驗(yàn)課程都會(huì)通過(guò),，這些做法缺乏刺激學(xué)生積極實(shí)驗(yàn)的動(dòng)力，因此需要對(duì)傳統(tǒng)的實(shí)驗(yàn)考核方式進(jìn)行改進(jìn),，應(yīng)當(dāng)注重實(shí)驗(yàn)操作過(guò)程,，而不是片面的通過(guò)實(shí)驗(yàn)報(bào)告來(lái)評(píng)定學(xué)生的實(shí)驗(yàn)成績(jī)。實(shí)驗(yàn)報(bào)告數(shù)據(jù)存在抄襲的現(xiàn)象,，實(shí)驗(yàn)課堂上學(xué)生的動(dòng)手操作能力是的,，根據(jù)實(shí)驗(yàn)操作過(guò)程和實(shí)驗(yàn)結(jié)果及現(xiàn)象來(lái)給學(xué)生評(píng)分，做到實(shí)驗(yàn)成績(jī)公平,、公正,，令學(xué)生信服。
四,、總結(jié)
通過(guò)4年的實(shí)驗(yàn)教學(xué)實(shí)踐,，對(duì)比傳統(tǒng)盲目實(shí)驗(yàn)只看實(shí)驗(yàn)結(jié)果及現(xiàn)象的教學(xué)方法，學(xué)生使用DEBUG查看寄存器,、存儲(chǔ)器,、標(biāo)志位的數(shù)據(jù)變化，觀察操作數(shù)尋址方式實(shí)現(xiàn)的過(guò)程和指令運(yùn)行后所產(chǎn)生的作用,，使學(xué)生對(duì)微機(jī)原理產(chǎn)生學(xué)習(xí)興趣,，掌握了微機(jī)原理的實(shí)質(zhì)、尋址方式和指令的作用,。對(duì)比傳統(tǒng)的“依葫蘆畫(huà)瓢”的實(shí)驗(yàn)指導(dǎo)書(shū)教法,，以系統(tǒng)集成能力的方法培養(yǎng)學(xué)生，充分調(diào)動(dòng)學(xué)生的積極性,，提高學(xué)生的動(dòng)手能力,，使學(xué)生學(xué)會(huì)自主設(shè)計(jì)程序、調(diào)試程序,、發(fā)現(xiàn)問(wèn)題和解決問(wèn)題,。改進(jìn)的教學(xué)方法滿(mǎn)足了不同學(xué)生的需求，激發(fā)了大部分學(xué)生的自主創(chuàng)新能力,，實(shí)驗(yàn)教學(xué)效果良好,。