劉麗娟 寇科

摘 ?要：為探索出適用于一流本科課程教學(xué)的實踐方式，文章針對“微機(jī)原理”實驗課程，提出基于Visual Studio Code的實驗教學(xué)模式。新模式彌補了傳統(tǒng)實驗教學(xué)的不足，能有效增強(qiáng)學(xué)生編寫代碼的興趣，滿足個性化需求，提高編程效率，提升教學(xué)質(zhì)量。文章從實驗項目安排、編程軟件安裝和實驗操作等方面多角度介紹新模式對實驗教學(xué)的支撐作用，為軟件編程方面的實驗教學(xué)工作提供新思路，進(jìn)一步推進(jìn)先進(jìn)信息技術(shù)與實驗教學(xué)的深度融合。

關(guān)鍵詞：“微機(jī)原理”實驗教學(xué);Visual Studio Code;匯編語言程序設(shè)計

中圖分類號：TP368.1;G434 文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A 文章編號：2096-4706（2021）06-0096-05

Study on Experimental Teaching Mode Based on Visual Studio Code

—Take “Principle of Microcomputer” Experimental Teaching as an Example

LIU Lijuan，KOU Ke

（School of Mechanical and Precision Instrument Engineering，Xian University of Technology，Xian ?710048，China）

Abstract：In order to explore a practical mode suitable for the first-class undergraduate courses teaching，an experimental teaching mode based on Visual Studio Code is proposed for “Principle of Microcomputer” experiment course. The new mode makes up for the shortcomings of traditional experimental teaching. It can effectively enhance studentsinterest in code writing，meet studentss personalized needs，increase programming efficiency and improve teaching quality. The paper illustrates the supporting effect of the new model on experimental teaching from several aspects of experimental project arrangement，programming software installation and experimental operation in many angles. Furthermore，it provides new ideas for the experimental teaching in software programming，and will promote the deep integration of advanced information technology and experimental teaching further more.

Keywords：“Principle of Microcomputer” experimental teaching;Visual Studio Code;assembly language programming

0 ?引 ?言

2019年教育部在《關(guān)于一流本科課程建設(shè)的實施意見》中指出一流本科課程建設(shè)的基本原則之一是“突出創(chuàng)新性。教學(xué)內(nèi)容體現(xiàn)前沿性與時代性，及時將學(xué)術(shù)研究、科技發(fā)展前沿成果引入課程。教學(xué)方法體現(xiàn)先進(jìn)性與互動性，大力推進(jìn)現(xiàn)代信息技術(shù)與教學(xué)深度融合，積極引導(dǎo)學(xué)生進(jìn)行探究式與個性化學(xué)習(xí)”[1]。在一流本科課程建設(shè)的推動下，“微機(jī)原理”實驗課程作為儀器類專業(yè)必修專業(yè)基礎(chǔ)課的實踐環(huán)節(jié)，有必要改善以前的教學(xué)方法，融入時代科技發(fā)展前沿成果，創(chuàng)新實驗教學(xué)模式。

“微機(jī)原理”是介紹微型計算機(jī)的工作原理、系統(tǒng)組成及匯編語言程序的基本設(shè)計方法的課程。該課程旨在使學(xué)生獲得微型計算機(jī)硬件組成及工作原理方面的基礎(chǔ)知識和匯編語言程序設(shè)計的基本方法技能，為學(xué)習(xí)后續(xù)課程和以后跟蹤計算機(jī)技術(shù)的新發(fā)展，進(jìn)一步學(xué)習(xí)和應(yīng)用相關(guān)方面的新知識、新技術(shù)打下必要基礎(chǔ)。“微機(jī)原理”實驗課是該課程重要的教學(xué)環(huán)節(jié)，其目的是配合理論教學(xué)，幫助學(xué)生進(jìn)一步理解與掌握所學(xué)知識，提高學(xué)生對微型計算機(jī)的操作能力和匯編語言編程及程序調(diào)試的能力[2]。

1 ?現(xiàn)有“微機(jī)原理”實驗教學(xué)分析

1.1 ?實驗項目安排

“微機(jī)原理”實驗課程教學(xué)目標(biāo)是讓學(xué)生掌握8086計算機(jī)的尋址方式及整個指令系統(tǒng)，掌握匯編語言程序設(shè)計的基本方法，培養(yǎng)學(xué)生理論聯(lián)系實際以及實踐動手能力。從“微機(jī)原理”實驗課程相關(guān)文獻(xiàn)中統(tǒng)計得出，幾乎所有論文實驗操作環(huán)節(jié)中匯編語言程序編寫都借助DOSBox工具，使用MASM軟件，程序調(diào)試使用基于DOS系統(tǒng)的Debug調(diào)試工具，本校測控技術(shù)與儀器專業(yè)在該門實驗課程中使用的軟件也如此，接下來詳細(xì)介紹。

根據(jù)最新的實驗大綱，實驗項目設(shè)置為3個內(nèi)容共8個學(xué)時，具體實驗安排如表1所示。實驗一為動態(tài)調(diào)試程序Debug的使用，實驗二為Debug熟悉指令調(diào)試程序段，實驗三為匯編語言程序設(shè)計，其中實驗一、實驗二為驗證性實驗，實驗三為綜合設(shè)計性實驗。實驗一、實驗二使用Debug調(diào)試工具，實驗一為實驗二的基礎(chǔ)，逐條執(zhí)行每條匯編指令，可以看到每條指令的執(zhí)行結(jié)果和存儲器單元的變化，以及對各個標(biāo)志寄存器的影響，學(xué)生因此清楚了解指令下的執(zhí)行步驟和作用。實驗一、實驗二的目的是讓學(xué)生學(xué)會使用Debug調(diào)試工具執(zhí)行程序段，熟練掌握Debug提供的19條調(diào)試命令，依靠這些命令的運行來查看存儲單元的變化[3]。實驗三為匯編語言程序設(shè)計，實驗操作步驟如圖1所示，使用模擬DOSBox工具進(jìn)行匯編語言程序編寫實驗，通過MASM軟件在DOS窗口中運行和調(diào)試匯編語言程序。首先利用EDIT.COM建立以.ASM為擴(kuò)展名的源程序文件，然后利用MASM.EXE調(diào)用匯編程序，生成以.OBJ為擴(kuò)展名的目標(biāo)程序文件，接下來利用LINK.EXE調(diào)用連接程序，產(chǎn)生擴(kuò)展名為.EXE的執(zhí)行文件，運行程序，軟件會跳轉(zhuǎn)至DOS環(huán)境，最后使用Debug指令調(diào)試程序。

1.2 ?實驗所用軟件介紹

1.2.1 ?軟件安裝及環(huán)境設(shè)置

目前大部分計算機(jī)CPU為64位，因為MASM軟件的不完善，進(jìn)行編程實驗時會遇到問題，這時候需要使用DOS模擬器工具來模擬生成DOS窗口，在這個模擬窗口中運行和調(diào)試匯編程序[4]。DOS系統(tǒng)模擬器DOSBox工具的安裝和配置步驟為：

（1）安裝模擬DOSBox工具，可以按照默認(rèn)路徑安裝，安裝成功后會在桌面上自動生成DOSBox快捷圖標(biāo)。

（2）設(shè)置DOSBox的虛擬運行磁盤。打開DOSBox工具，在活動窗口中輸入Z：＼>mount F D：＼命令，將F盤設(shè)置為DOSBox工具的虛擬運行磁盤，然后輸入Z：＼>F：命令，進(jìn)入F盤。

（3）在D盤中預(yù)先存放MASM軟件，確保asm編輯文件、link連接文件和Debug調(diào)試文件已放置在MASM軟件文件中。

設(shè)置好后就可以按照正常的操作步驟進(jìn)行程序的編寫，運行和調(diào)試工作。

1.2.2 ?實驗操作

由圖1可以看出，匯編語言程序的建立及處理過程分以下幾步完成：首先用匯編程序產(chǎn)生匯編語言的源程序（屬性為ASM源文件），再把源文件轉(zhuǎn)換成二進(jìn)制代碼表示的目標(biāo)文件（OBJ文件），.OBJ文件雖然已經(jīng)是二進(jìn)制文件，但它不能直接上機(jī)運行，必須經(jīng)過連接程序（UNK）把目標(biāo)文件與庫文件或其他目標(biāo)文件連接在一起形成可執(zhí)行文件（EXE文件）。

由此得出，實驗操作過程復(fù)雜，學(xué)生不便于操作。從近幾年學(xué)生實驗的情況總結(jié)出實驗操作中出現(xiàn)的問題有：

（1）Debug命令較多，學(xué)生需要長時間記憶練習(xí)才能掌握，忽略了實驗的最終目的。

（2）兼容性存在問題，程序運行過程中經(jīng)常出現(xiàn)卡死的情況。

（3）修改程序不方便，無法定點修改。

（4）程序編寫沒有具體的錯誤提示。

（5）可配置性差，字體、外觀吸引力弱。

（6）修改寄存器和內(nèi)存單元值的步驟煩瑣。

2 ?VS Code實驗教學(xué)介紹

針對上述問題，為了構(gòu)建一種適用于一流本科課程的教學(xué)模式，在“微機(jī)原理”實驗課程中融入先進(jìn)的軟件技術(shù)，改善實驗方法，創(chuàng)新教學(xué)方式，尋求到一種安裝簡單、易于操作、學(xué)生興趣濃厚的編程環(huán)境，提出了基于Visual Studio Code（簡稱：VS Code）的“微機(jī)原理”實驗教學(xué)方式。

2.1 ?VS Code軟件優(yōu)勢

VS Code具有豐富的插件安裝功能和可擴(kuò)展的生態(tài)系統(tǒng)，該軟件的主要優(yōu)勢有三點：

（1）具有多個語言相關(guān)類插件，支持多種語言編寫，已經(jīng)支持了38種語言或文件：F#、Python、Java、PHP、HTML、Visual Basic、C++、C#、MASM/TASM等[5，6]。

（2）開源免費，安裝、設(shè)置簡單，界面美觀，自帶豐富多樣的主題，主界面的顯示風(fēng)格可以根據(jù)個人喜好進(jìn)行個性化設(shè)置。

（3）支持各種文件格式，使用代碼提示類插件的智能提示功能、強(qiáng)大的調(diào)試功能、各種方便的快捷鍵使實驗操作簡單易行，能有效訓(xùn)練計算思維，增強(qiáng)編寫代碼的樂趣。

2.2 ?實驗設(shè)計與實例操作

2.2.1 ?實驗設(shè)計

由于實驗編程環(huán)境的改變，實驗操作中不需要掌握Debug動態(tài)調(diào)試程序相關(guān)的多個指令，所以刪除原來第一個實驗，實驗總數(shù)變?yōu)閮蓚€，實驗項目設(shè)置如表2所示，具體實驗內(nèi)容如圖2所示，圖中實驗一為匯編語言程序段調(diào)試，該實驗要求學(xué)生掌握8086/8088的8種尋址方式，了解狀態(tài)標(biāo)志與控制標(biāo)志的特點，熟練掌握8086/8088指令系統(tǒng)的基本操作，熟悉匯編語言上機(jī)環(huán)境、基本操作以及匯編語言源程序結(jié)構(gòu)。實驗二為匯編語言程序設(shè)計，該實驗要求學(xué)生掌握8086/8088匯編語言程序設(shè)計和調(diào)試方法，學(xué)習(xí)及掌握匯編語言源程序的基本框架和要求，明確程序中各段的功能和相互之間的關(guān)系。該實驗設(shè)計了9部分實驗內(nèi)容，分別為：1、清零程序。2、拆字程序。3、拼字程序。4、數(shù)據(jù)區(qū)移動。5、數(shù)據(jù)排序。6、找零個數(shù)。7、二進(jìn)制轉(zhuǎn)換成BCD碼。8、二進(jìn)制轉(zhuǎn)換成ASCII碼。9、32位二進(jìn)制乘法。其中內(nèi)容1作為上課講解時教師給學(xué)生演示用的程序，內(nèi)容2、3、4、5、6為學(xué)生實驗中必做部分，內(nèi)容7、8、9為擴(kuò)展部分，主要面向?qū)W有余力的學(xué)生，供課后討論完成。

2.2.2 ?實例操作

以實驗中一個內(nèi)容為例介紹匯編程序調(diào)試步驟，操作步驟如圖3所示。

具體的操作步驟為：

（1）打開VS Code軟件。

（2）在菜單欄中點擊新建.asm文件（新建之前需確保已經(jīng)安裝了MASM/TASM插件）。

（3）點擊菜單欄中保存圖標(biāo)，輸入文件名格式“名稱.asm”（例如：程序1.asm），選定合適的位置，點擊保存。

（4）程序編寫與調(diào)試過程：

1）按照正確的匯編程序編寫格式（如果沒有堆棧段和數(shù)據(jù)段可以不寫，但是必須有代碼段），程序如圖4所示。

2）在程序框中右擊鼠標(biāo)，點擊“運行當(dāng)前程序”，如圖5所示。出現(xiàn)兩個警告，修改程序，重新運行。（VS Code程序在直接尋址中，必須加段地址，不然會出現(xiàn)警告。由題目分析可知兩個警告處的段地址都為6000H），12行指令改為：MOV AX， [6000H：0000H];13行指令改為：MOV AL， [6000H：0000H]。

3）沒有錯誤和警告之后，右擊主程序框，點擊“調(diào)試當(dāng)前程序”（使用VS Code軟件，點擊調(diào)試程序之后會將輸出結(jié)果顯示在內(nèi)置的終端窗口中），跳轉(zhuǎn)至DOSBox軟件進(jìn)行程序的調(diào)試與結(jié)果的顯示，如圖6所示。

4）在調(diào)試程序之前，需要根據(jù)題目要求修改對應(yīng)地址中存放的值，右擊右下角內(nèi)存區(qū)域，選擇“Goto…”，如圖7所示。

題目已知（60000H）=12H，（60001H）=34H，（60002H）=56H，（60003H）=78H，（70000H）=0ABH，（70001H）=0CDH，（70002H）=0EFH，（70003H）=0DH。

5）輸入對應(yīng)的物理地址，然后修改內(nèi)存地址中的值，修改成功之后的值如圖8所示（注意如果內(nèi)存地址中的值為AB，應(yīng)該輸入0ABH）。

6）在DOSBox環(huán)境下，按鍵盤F8單步運行程序，也可以將光標(biāo)放置到對應(yīng)程序位置，然后點擊菜單欄中RUN中的“Go to cursor”，如圖9所示，可以觀察光標(biāo)運行位置每個寄存器、狀態(tài)標(biāo)志位和內(nèi)存地址值的變化。

由上述實例操作可以看出，在VS Code環(huán)境中進(jìn)行實驗，程序編寫過程中用波浪線可以標(biāo)記出語法錯誤，程序運行之后有具體的錯誤/警告提示，修改寄存器和內(nèi)存地址值方便，可以實時觀察到寄存器、狀態(tài)標(biāo)志、內(nèi)存地址值的變化，實驗效果得到明顯提升。

3 ?結(jié) ?論

文章從“微機(jī)原理”實驗課程的項目安排、編程軟件安裝、環(huán)境配置、編程界面、實驗操作等多方位比較了傳統(tǒng)和基于VS Code的新型教學(xué)模式，得出基于VS Code的實驗教學(xué)中軟件安裝設(shè)置簡單、編程界面美觀、實驗安排合理、操作便捷等結(jié)論，能有效增強(qiáng)學(xué)生編寫代碼的興趣，訓(xùn)練微機(jī)編程思維，提高編程效率，改善教學(xué)效果，提升教學(xué)質(zhì)量，可以將這種方法推廣到其他編程設(shè)計類課程中。

參考文獻(xiàn)：

[1] 中華人民共和國教育部.教育部關(guān)于一流本科課程建設(shè)的實施意見 [EB/OL].（2019-10-30）.http：//www.moe.gov.cn/srcsite/A08/s7056/201910/t20191031_406269.html.

[2] 劉麗娟，寇科，張祖漪.“微機(jī)接口技術(shù)”課程線上實驗教學(xué)模式構(gòu)建與應(yīng)用 [J].現(xiàn)代信息科技，2020，4（24）：178-181.

[3] 李紅剛，殷立新，李紅彪.“匯編語言程序設(shè)計”教學(xué)方法研討 [J].無線互聯(lián)科技，2018，15（23）：73-74.

[4] 梁偉.匯編語言程序上機(jī)調(diào)試運行方法 [J].信息記錄材料，2018，19（7）：226-228.

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[6] 陳常念，孔維廣，曹劍文，等.基于Visual Studio Code的C語言程序設(shè)計實踐教學(xué)探索 [J].計算機(jī)教育，2020（5）：43-47.

作者簡介：劉麗娟（1989—），女，漢族，陜西渭南人，助理工程師，碩士，研究方向：微機(jī)原理、嵌入式等實驗教學(xué);寇科（1988—），男，漢族，陜西榆林人，講師，博士，研究方向：激光自混合干涉測量、微機(jī)原理及接口技術(shù)本科教學(xué)。