從16位到32位匯編語(yǔ)言編程的教學(xué)體會(huì)

摘要：結(jié)合《微機(jī)原理及應(yīng)用》課程的教學(xué)實(shí)踐，闡述了以16位指令系統(tǒng)作為基礎(chǔ)的理由，簡(jiǎn)述了快速處理32位指令系統(tǒng)的方法，介紹了在宏匯編MASM 6. X IDE環(huán)境下調(diào)試16位和32位匯編程序的安排，最后，講述了編寫Win32匯編程序的要點(diǎn)、Win32匯編程序集成開(kāi)發(fā)環(huán)境下的使用方法。

關(guān)鍵詞：匯編語(yǔ)言；指令系統(tǒng)；宏匯編；Win32

中圖分類號(hào)：G642 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：1009-3044（2014）07-1473-03

在《微機(jī)原理及應(yīng)用》課程中，微處理器中的指令系統(tǒng)以及匯編語(yǔ)言編程是很重要的內(nèi)容，它是微機(jī)系統(tǒng)的主要組成部分之一。隨著計(jì)算機(jī)技術(shù)的不斷發(fā)展，微型計(jì)算機(jī)由16位微處理器早已過(guò)度到了32位微處理器，當(dāng)前，《微機(jī)原理及應(yīng)用》課程的內(nèi)容應(yīng)該以32位微機(jī)為主，而32位微處理器是基于16位微處理器的基礎(chǔ)之上產(chǎn)生與發(fā)展的，它兼容了16位微處理器8086的指令集，因此，在闡述32位微處理器指令系統(tǒng)時(shí)，必然涉及到16位的指令，相應(yīng)的匯編語(yǔ)言編程也在發(fā)展，教學(xué)過(guò)程中如何優(yōu)化處理16位與32位指令系統(tǒng)及相應(yīng)的匯編語(yǔ)言編程，使學(xué)生能夠快速地學(xué)習(xí)與接受32位機(jī)的工作原理，提高教學(xué)效果，它是《微機(jī)原理及應(yīng)用》課程教學(xué)中的一個(gè)難點(diǎn)，是一個(gè)值得探討的問(wèn)題。

1 《微機(jī)原理及應(yīng)用》課程中的指令集

32位微處理器指令系統(tǒng)包括基本指令集、浮點(diǎn)指令集、保護(hù)方式指令集以及擴(kuò)展指令集等。根據(jù)浮點(diǎn)運(yùn)算部件和浮點(diǎn)運(yùn)算格式，用浮點(diǎn)指令編寫浮點(diǎn)運(yùn)算程序；保護(hù)方式指令集通常由系統(tǒng)程序員使用，編寫操作系統(tǒng)程序，保護(hù)方式一般是由操作系統(tǒng)通過(guò)執(zhí)行初始化程序來(lái)設(shè)置的；CPU擴(kuò)展指令集指的是CPU增加的多媒體或者是3D處理指令，這些擴(kuò)展指令可以提高CPU處理多媒體和3D圖形的能力。一般在計(jì)算機(jī)課程教學(xué)中涉及的指令系統(tǒng)主要是基本指令集，因此，該文所討論的指令系統(tǒng)是指微處理器的基本指令以及應(yīng)用基本指令進(jìn)行的匯編語(yǔ)言編程。

2 教學(xué)中以16位指令系統(tǒng)作為基礎(chǔ)

微處理器的發(fā)展過(guò)程經(jīng)歷了從經(jīng)典的16位微處理器8086到80286、80386、80486、Pentium、多核等系列微處理器的演變和應(yīng)用。在教學(xué)中，首先還是要以8086 CPU為基礎(chǔ)組織教學(xué)，介紹16位CPU的結(jié)構(gòu)及16位的指令系統(tǒng)，理由如下：

第一，8086 CPU的內(nèi)部結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，有利于學(xué)生學(xué)習(xí)與建立微處理器的概念。

8086微處理器的內(nèi)部主要包括執(zhí)行單元EU和總線接口單元BIU，它具有中央處理器（CPU）的經(jīng)典結(jié)構(gòu)，使學(xué)生容易建立微處理器的概念?？偩€接口部件BIU是8086 CPU與外部存儲(chǔ)器和I/O端口的接口，它提供了16位雙向數(shù)據(jù)總線和20位地址總線，負(fù)責(zé)CPU與存儲(chǔ)器及I/O端口之間的數(shù)據(jù)傳送操作。執(zhí)行部件EU從BIU中的指令隊(duì)列獲取指令，對(duì)指令進(jìn)行譯碼分析并執(zhí)行，執(zhí)行指令所需要的操作數(shù)和運(yùn)算結(jié)果都是通過(guò)總線接口部件與指定的內(nèi)存單元或外設(shè)端口進(jìn)行傳送的。

在一般教材中，高檔微處理器的結(jié)構(gòu)則側(cè)重于其他復(fù)雜功能塊的分析，不易為初學(xué)者接受。

第二，8086 CPU內(nèi)部各組寄存器結(jié)構(gòu)清晰，通過(guò)DEBUG調(diào)試程序或MASM匯編程序，很容易驗(yàn)證，而且，學(xué)生理解8086 CPU內(nèi)部寄存器組后，很容易理解32位微處理器內(nèi)部擴(kuò)充后的寄存器組。

8086 CPU內(nèi)部分為：8個(gè)16位通用寄存器，每個(gè)寄存器還有它們各自的專用場(chǎng)合；4個(gè)段寄存器都有各自所代表的內(nèi)存段；16位的指令指針I(yè)P用來(lái)存放將要執(zhí)行的下一條指令在當(dāng)前代碼段中的偏移地址，它與代碼段寄存器CS聯(lián)用，以確定下一條指令的物理地址； 16位的標(biāo)志寄存器（FLAGS）只定義了9位，分為兩類，一類用于反映部分指令（例算術(shù)運(yùn)算及邏輯運(yùn)算指令）執(zhí)行結(jié)果的狀態(tài)，常用作后續(xù)條件轉(zhuǎn)移指令的轉(zhuǎn)移控制條件，另一類為控制標(biāo)志，用來(lái)控制CPU的操作。

如果學(xué)生從理論與實(shí)踐上，理解與認(rèn)同了8086 CPU內(nèi)部的寄存器后，一方面對(duì)微處理器的工作原理有了較系統(tǒng)的認(rèn)識(shí)，另一方面，對(duì)于下一步學(xué)習(xí)32位微處理器，奠定了堅(jiān)實(shí)的基礎(chǔ)。

3 教學(xué)中快速處理32位指令系統(tǒng)

由于學(xué)生從理論與實(shí)踐（上機(jī)）兩方面，已經(jīng)掌握了16位機(jī)的指令系統(tǒng)，如何快速處理32位指令系統(tǒng)，首先，要簡(jiǎn)單介紹32位CPU內(nèi)部寄存器的編程結(jié)構(gòu)，比如，通用寄存器擴(kuò)充到了32位，增加了兩個(gè)段寄存器（FS、GS）等。然后，著重介紹32位機(jī)的尋址方式，32位機(jī)與16位機(jī)尋址方式絕大部分是相同的，主要是32位機(jī)尋址內(nèi)存方式多，而且靈活，因此，要重點(diǎn)介紹32位機(jī)尋址內(nèi)存的幾種方式。

4 在宏匯編MASM 6.X IDE環(huán)境下調(diào)試程序

MASM 6.X是一個(gè)IDE環(huán)境（集成開(kāi)發(fā)環(huán)境），它將匯編語(yǔ)言源程序的編輯、匯編、執(zhí)行、調(diào)試合為一體，呈現(xiàn)在程序員面前的是一個(gè)窗口，使用非常方便。MASM 6.X將匯編程序和調(diào)試程序（DEBUG）集成到一起，使程序的開(kāi)發(fā)和調(diào)試結(jié)合的更緊密。MASM 6.X最具特色的是能夠匯編簡(jiǎn)化段模式的匯編語(yǔ)言源程序，可用于簡(jiǎn)化段程序的設(shè)計(jì)及匯編16、32位指令的程序，還提供了類似于高級(jí)語(yǔ)言的IF/ELSE分支結(jié)構(gòu)、WHILE和REPEAT/UNTIL循環(huán)結(jié)構(gòu)，使編寫匯編語(yǔ)言程序和編寫高級(jí)語(yǔ)言程序一樣方便?，F(xiàn)在最新的匯編程序MASM32支持32位段操作，可以構(gòu)造出窗口程序，功能已接近于高級(jí)語(yǔ)言程序。

16位匯編語(yǔ)言編程以完整段格式編寫，32位匯編語(yǔ)言編程以簡(jiǎn)化段格式編寫，程序不在于多，但具有典型性。由于《微機(jī)原理及應(yīng)用》課程總學(xué)時(shí)數(shù)不可能完全滿足教學(xué)的需求，所以，在上機(jī)學(xué)時(shí)的分配上，MASM 6.x IDE環(huán)境的熟悉與16位匯編語(yǔ)言上機(jī)4學(xué)時(shí)，32位匯編語(yǔ)言上機(jī)6學(xué)時(shí)。

5 在Win32匯編語(yǔ)言集成開(kāi)發(fā)環(huán)境下調(diào)試程序

Win32匯編語(yǔ)言程序是構(gòu)筑在Win32 API基礎(chǔ)上的。在Win32 API中，包括了大量的函數(shù)、結(jié)構(gòu)和消息等，它不僅為應(yīng)用程序所調(diào)用，也是Windows自身的一部分，Windows自身的運(yùn)行也調(diào)用這些API函數(shù)。

Win32環(huán)境中的API編程接口實(shí)際上代替了DOS中的軟中斷，和DOS的結(jié)構(gòu)相比，Win32的系統(tǒng)功能模塊放在Windows的動(dòng)態(tài)鏈接庫(kù)（DLL）中，DLL是一種Windows的可執(zhí)行文件，采用的是和.exe文件同樣的PE格式，在PE格式文件頭的導(dǎo)出表中，以字符串形式指出了這個(gè)DLL能提供的函數(shù)列表。應(yīng)用程序使用字符串類型的函數(shù)名來(lái)指定要調(diào)用的函數(shù)。應(yīng)用程序在使用的時(shí)候由Windows自動(dòng)裝入DLL程序，并調(diào)用相應(yīng)的函數(shù)。

5.1 Win32匯編語(yǔ)言程序集成開(kāi)發(fā)環(huán)境的使用

Win32匯編語(yǔ)言程序集成開(kāi)發(fā)環(huán)境下的使用并不復(fù)雜，大致過(guò)程如下：

1）啟動(dòng)Win32匯編語(yǔ)言程序集成開(kāi)發(fā)環(huán)境；

2）匯編語(yǔ)言編程的第一步是建立一個(gè)新文件，所以在菜單中選擇“File”→“New”建立一個(gè)新文件；

3）第二步是進(jìn)行文件的編輯，編輯包括程序輸入、插入、刪除、修改和保存，最后生成文件的后綴是.asm。

4）匯編語(yǔ)言編程的第三步是匯編和連接源程序，生成可執(zhí)行文件。所以在菜單中選擇“Project”→“Build All”來(lái)完成此工作；

5）在匯編和連接無(wú)錯(cuò)誤的情況下，會(huì)自動(dòng)生成可執(zhí)行程序，在菜單中選擇“Project”→“Run Program”，執(zhí)行程序得到結(jié)果。

5.2 Win32匯編語(yǔ)言程序的理論教學(xué)與上機(jī)

Win32匯編語(yǔ)言程序的編寫，是一個(gè)重要的問(wèn)題，建議講解4學(xué)時(shí)。主要講解內(nèi)容：

1）針對(duì)簡(jiǎn)單的Win32匯編語(yǔ)言源程序，講述有關(guān)模式的定義、頭文件和庫(kù)文件的加載、程序段的定義、Win32匯編源程序注釋和換行的規(guī)定；

2）關(guān)于API的說(shuō)明與調(diào)用API；

3）Win32匯編語(yǔ)言程序設(shè)計(jì)方法和實(shí)例。

Win32匯編語(yǔ)言程序的實(shí)踐教學(xué)，教師提供2學(xué)時(shí)的上機(jī)范例，包括機(jī)房講解Win32匯編語(yǔ)言程序集成開(kāi)發(fā)環(huán)境。學(xué)生自己編程，上機(jī)2～4學(xué)時(shí)，共計(jì)6學(xué)時(shí)左右。

6 結(jié)束語(yǔ)

匯編語(yǔ)言程序設(shè)計(jì)在計(jì)算機(jī)專業(yè)是一門獨(dú)立的課程，在《微機(jī)原理及應(yīng)用》課程中講解匯編語(yǔ)言程序設(shè)計(jì)，由于其內(nèi)容非常豐富、涉及知識(shí)面寬、難度大，教學(xué)組織困難，學(xué)生難學(xué)。我們將《微機(jī)原理及應(yīng)用》課程作為精品課程進(jìn)行建設(shè)，通過(guò)不斷地學(xué)習(xí)、教學(xué)實(shí)踐以及編寫教材，總結(jié)出了自己的認(rèn)識(shí)與體會(huì)，教學(xué)效果較好。

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