Бунтов В.Д., Макаров С.Б. Микропроцессорные системы Часть II. Микропроцессоры

Подождите немного. Документ загружается.

Символические описания этих команд следующие:

XCHG: HL↔DE;

XTHL: Н↔М (SP + 1), L↔M (SP).

Команды арифметических и логических операций

Эта группа команд делится на четыре подгруппы. К первой подгруппе

относятся команды, выполняющие арифметические и логические операции

с одним операндом. Первые три из них имеют следующие символические

описания:

СМС:

C →С;

STC:

1→C;

СМА:

→А.

По первой команде логическое значение признака переноса С инвер-

тируется. Во второй команде логическое значение признака переноса уста-

навливается равным 1. Третья команда предполагает инвертирование со-

держимого регистра результата

А. В этой подгруппе отдельно стоит ко-

манда десятичной коррекции

DAA. Команда используется при выполнении

арифметических операций сложения и вычитания над десятичными числа-

ми. Данную подгруппу команд с одним операндом завершают четыре ко-

манды, символические описания которых имеют вид:

lNR R: R+1→R (increment register);

DСR R: R–

1→R (decrement register);

INX YZ: YZ+

1→YZ (increment register pair);

DCX YZ: YZ-

1→YZ (decrement register pair);

Эти команды предусматривают увеличение или уменьшение на еди-

ницу соответствующего 8- или 16-разрядного числа. При выполнении ко-

манд

INR

R, а также DCR

R, могут изменяться логические значения всех

признаков, кроме признака переноса

С.

Следующую подгруппу составляют арифметические и логические

операции с двумя операндами. Символические описания первых четырех

из них имеют вид:

ADD R: A+R→A ( add register);

ADC R: A+R+ C

→A;

SUB R: A–R

→A (subtract register);

SBB R: A–R–C

→A.

Арифметическая операция всегда выполняется над двумя числами,

одно из которых хранится в регистре результата, а второе – в одном из ре-

гистров общего назначения. Результат засылается в регистр результата.

При выполнении команд

ADC R и SBB

R учитывается значение признака

переноса

С.

Символическое описание следующих трех команд рассматриваемой

подгруппы записывается в форме:

ANA R: A /\ R→A;

ORA R: A \/ R

→A;

XPA R: A

⊕ R→A.

Первой из них является команда, предусматривающая выполнение ло-

гической операции И над восемью парами разрядов двух слов. Команда

ORA R предусматривает выполнение логической операции ИЛИ над восе-

мью парами разрядов двух слов. Выполнение над восемью парами разря-

дов двух слов логической операции ИСКЛЮЧАЮЩЕЕ ИЛИ выполняется

по команде

XPA R.

Следующие четыре команды аналогичны командам

ADD R, ADC R,

SUB R, SBB R рассматриваемой подгруппы с тем отличием, что в качестве

второго операнда используется второй байт (

D8) двухбайтовой команды:

ADI D8: A+D8→A;

ACI D

8: A+ D8 + C→A;

SUI D

8: A–D8→A;

SBI D

8: A–D8– С→A.

При выполнении следующих трех команд:

ANI D8: A /\ D8→А;

ORI D

8: A \/ D8→A;

XRl D

8: A⊕D8→A

в качестве второго операнда используется второй байт двухбайтовой ко-

манды.

Следующими двумя командами рассматриваемой подгруппы являют-

ся команды сравнения. Первая из них, имеющая мнемоническое описание

СРI D8, предусматривает сравнение двух чисел, одно из которых хранится

в регистре результата, а второе - представляет собой байт

D8 двухбайтовой

команды. Если в результате выполнения операции оказывается, что числа

равны, то признаку нуля

Z присваивается значение 1. Если же число, хра-

нимое в регистре результата, окажется меньше операнда

D8, то логическое

значение 1 присваивается признаку переноса

С.

Последняя команда

СМР R рассматриваемой подгруппы отличается от

предыдущей тем, что в качестве второго операнда используется содержи-

мое одного из регистров общего назначения.

Следующая подгруппа команд арифметических и логических опера-

ций состоит из одной команды:

DAD YZ: HL+YZ→HL,

предусматривающей выполнение операции сложения над двумя 16-

разрядными (двухбайтовыми) двоичными числами. Смысл этой команды

раскрывается ее символическим описанием. Под

YZ понимается содержи-

мое регистровых пар

В и С, D и E, H и L или регистра SP. В отличие от ко-

манд предыдущей подгруппы, при выполнении которых могут изменяться

логические значения всех признаков, при выполнении данной команды

может изменяться лишь значение признака переноса

С.

Последнюю подгруппу составляют четыре команды сдвига:

RAR (rotate accumulator right through carry);

RRC (rotate right);

RAL (rotate accumulator left

through carry);

RLC (rotate accumulator left).

Эти команды предусматривают выполнение операции сдвига содер-

жимого регистра результатов. Порядок выполнения этих команд иллюст-

рируется на рис. 1.16.

Рис. 1.17 Порядок выполнения операций сдвига

По каждой из этих команд логическое значение данного разряда заме-

няется логическим значением соседнего разряда. При командах RAR и

RRC подобная замена производится слева направо (рис.1.17). Соответст-

вующие операции называются сдвиг вправо. При этом логическое значе-

ние разряда А7 присваивается признаку переноса С.

При выполнении команды RAR разряду А0 регистра присваивается

логическое значение признака переноса С. По команде RRC логическое

значение, которое до выполнения операции имел разряд А7, присваивается

разряду А0. Подобная операция называется циклическим сдвигом. Из

рис. 1.17 видно, что по командам RAL и RLC выполняются операции сдви-

га, аналогичные двум уже рассмотренным, за исключением того, что сдвиг

производится не вправо, а влево. При выполнении операции сдвига значе-

ния всех признаков, кроме признака переноса С, остаются неизменными.

Микропроцессор КР580ВМ80А выполняет две арифметические опе-

рации - операции сложения и вычитания. Эти операции широко использу-

ются при реализации алгоритмов обработки сигналов в реальном масштабе

времени, в частности для вычисления интеграла свертки в цифровых со-

гласованных фильтрах, применяемых в демодуляторах сигналов телеком-

муникационных и спутниковых систем связи.

Команды ввода-вывода

Мнемонические коды и символическое описание таких команд имеют

следующий вид:

IN N: (N)→A

OUT N: A

→(N).

Символом N обозначается номер порта или программируемого пери-

ферийного адаптера. Число, хранящееся в регистре порта, символически

обозначается в виде: (

N).

Особенность этих команд и, соответственно, особенность процессора

КР580ВМ80А заключается в том, что по одной команде может быть введе-

но или выведено только одно слово. Следовательно, при вводе или выводе

группы слов, например, при обмене данными с магнитными дисками, со-

ответствующая команда ввода или вывода должна быть повторена столько

раз, сколько слов (байт) содержит группа. Перед каждым повторением

операции ввода или вывода необходимо соответствующим образом изме-

нить содержимое регистра результата

А. При вводе группы слов передачи

содержимого регистра

А в запоминающее устройство команды должны

выполняться несколько раз подряд. Следовательно, необходимо обеспе-

чить формирование адресов ячеек памяти запоминающего устройства. На-

пример, начальный адрес ячейки для каждой команды нужно увеличивать

на единицу.

Таким образом, операция ввода-вывода группы слов, ввод или вывод

отдельного байта требует не одну, а несколько последовательно выпол-

няемых команд.

Команды управления

Эта группа команд состоит из трех подгрупп. Первую подгруппу со-

ставляют команды передачи управления. Мнемонический код и символи-

ческое описание первой команды передачи управления имеет вид:

PCHL:

→PC

По команде PCHL в счетчик адресов команд PC передается содержи-

мое регистровой пары

H и L. Это содержимое служит адресом ячейки па-

мяти запоминающего устройства, из которой будет извлечена новая под-

лежащая выполнению, команда. Эта операция является операцией безус-

ловного перехода по программе.

Вторая команда передачи управления записывается в форме:

JMP ADR: ADR→PC.

Это команда также предусматривает операцию безусловного перехода

по программе. Ее отличие от предыдущей состоит в том, что в счетчик ад-

ресов команд передается содержимое двух байт трехбайтовой команды,

обозначенное как

ADR. После выполнения такой операции следующей вы-

полняемой командой будет команда, код операции которой хранится в

ячейке памяти запоминающего устройства с адресом

ADR.

В состав арифметико-логического устройства микропроцессора

КР580ВМ80А входит регистр признаков (регистр

F), представляющий

собой 8-разрядный регистр, каждый разряд которого имеет определенное

назначение (рис. 1.18).

S Z

7 6 5 4 3 2 1 0

Рис. 1.18 Регистр признаков микропроцессора КР580ВМ80А

В нулевой разряд регистра записывается признак переноса

С, которо-

му присваивается логическое значение 1 в том случае, когда потребность в

операции переноса возникает при сложении (вычитании) старших разрядов

двух 8-разрядных двоичных чисел. Поскольку операции сложения и вычи-

тания выполняются над 8-разрядными двоичными числами, то «единица в

уме», полученная при сложении (вычитании) двух старших цифр записы-

вается в нулевой разряд регистра признаков и учитывается при выполне-

ния следующей операции, либо служит сигналом, указывающим на воз-

никшую ситуацию.

В следующем (на рис. 1.18 справа налево) разряде регистра признаков

постоянно хранится логическая единица. В разряде

Р (parity) хранится

признак четности. Этот признак принимает логическое значение 1, если

число единиц в двоичном слове, хранящемся в регистре результата (реги-

стре

А), четное. При нечетном числе единиц признак четности имеет зна-

чение 0.

В третьем и пятом разрядах регистра признаков постоянно хранятся

логические нули. В четвертом разряде записывается признак

АС, представ-

ляющий собой признак вспомогательного переноса. Этот признак прини-

мает логическое значение 1 в том случае, когда перенос возникает при вы-

полнении сложения (вычитания) над четвертыми разрядами двоичных чи-

сел. Признак

Z (zero), хранящийся в шестом разряде регистра признаков,

принимает логическое значение 1, когда в результате выполнения команды

образуется слово 0000 0000. В этом случае содержимое регистра

А равно

нулю. Признак знака

S (sign) (седьмой разряд) принимает логическое зна-

чение 1, если в результате выполнения команды получается отрицательное

число.

Результат выполнения команды всегда состоит из двух частей: двоич-

ного слова (числа), поступившего в регистр результатов (регистр

А), и

двоичного слова, хранящегося в регистре признаков. Эти два слова полу-

чили название: слово состояния программы

. Содержимое ре-

гистра результатов и регистра признаков достаточно подробно характери-

зует то состояние, к которому привело выполнение последовательности

операций на данный момент времени. Символическое обозначение слова

состояния программы имеет вид

PSW (Programmer state word).

Во вторую подгруппу команд входит восемь команд условного пере-

хода. Эти команды описываются одним мнемоническим кодом и одним

символическим описанием:

J[CON] ADR: ADR→PC (код команды 11CCC 010, в котором биты

CCC являются кодами условий).

При написании команд на место CON подставляется одно из следую-

щих восьми условий:

NZ – ненулевой результат; признак Z = 0 (CCC = 000).

Z – нулевой результат; Z = 1 (CCC = 001).

NC – отсутствие переноса; С = 0 (CCC = 010).

С – перенос; С = 1 (CCC = 011).

РО (parity omen) – число единиц в регистре результата нечетное; Р = 0

(

CCC = 100).

РЕ (parity even) –число единиц в регистре результата четное; Р = 1

(

CCC = 101).

Р (plus) – число неотрицательное; S = 0 (CCC = 110).

М (minus)– число отрицательное; S = 1 (CCC = 111).

Рассмотрим порядок выполнения команды JNZ ADR. Если результат,

хранящийся в регистре результата является ненулевым, то признак

Z равен

нулю. В этом случае последовательность выполнения команд нарушается и

следующей после данной будет исполняться команда, код операции кото-

рой хранится в ячейке памяти с адресом

ADR. Если признак Z имеет значе-

ние логической 1, последовательность выполнения команд не нарушается

и выполняется следующая по порядку команда. Отметим, что команда

JNZ

ADR

имеет трехбайтный формат, поэтому, если код операции команды JNZ

ADR

хранится в ячейке памяти запоминающего устройства с адресом k, то

код операции следующей по порядку команды должен храниться в ячейке

памяти с адресом

k+3. Следовательно, при выполнении команды JNZ ADR,

если

Z = l, микропроцессор автоматически увеличивает содержимое счет-

чика адресов команд на 3.

Для остальных семи команд условного перехода порядок выполнения

команд сохраняется тем же. Следует заметить, что приведенная процедура

выполнения команд иллюстрирует роль регистра признаков. Условный пе-

реход по программе совершается или не совершается в зависимости от то-

го, удовлетворяется или не удовлетворяется определенное условие, ка-

сающееся операндов.

Специальная подгруппа команд имеет своим назначением обращение

к подпрограммам. Первая команда имеет вид:

CALL ADR: PC→M(SP– 1); M(SP– 2); SP– 2→SP; ADR→PC.

Основное действие этой команды состоит в том, что величина ADR запи-

сывается в счетчик

PC адресов команд. При этом имеется в виду, что ADR

является адресом первой команды подпрограммы. Однако, в отличие от

команд безусловного и условного переходов, в данном случае основному

действию предшествует подготовка, состоящая в том, что предыдущее со-

держимое счетчика адресов команд передается в ячейки памяти запоми-

нающего устройства с адресами

SP–1 и SP–2. Тем самым обеспечивается

выход (возврат) из подпрограмм. Любая подпрограмма обязательно закан-

чивается командой безусловного возврата, символическое описание кото-

рой имеет вид:

RET: М (SP); М(SP+1)→PC; SP+2→SP.

Как видно из этого описания, после выполнения подпрограммы в

счетчик адресов команд передается содержимое тех ячеек памяти запоми-

нающего устройства, куда перед началом выполнения подпрограммы было

помещено содержимое счетчика адресов команд. Благодаря этому основ-

ная программа, прерванная обращением к подпрограмме, может продол-

житься с того самого места, на котором она была прервана. Кроме того,

при выполнении команды возврата содержимое указателя стека увеличи-

вается на 2, т.е. восстанавливается его исходное значение.

При выполнении команды

CALL ADR в стек засылается содержимое

счетчика адресов команд, а не слово состояния программы. К моменту на-

чала выполнения подпрограммы в регистр результата и регистр признаков

в общем случае оказываются заполненными. Подпрограмма выполняется

над операндами и первым из них оказывается является слово, хранящееся в

регистре результата. Происходит автоматическая передача данных из про-

граммы в подпрограмму. В то же время можно представить ситуацию, ко-

гда подпрограмма искажает содержимое регистра результатов и регистра

признаков и это сделает невозможным продолжение основной программы.

Слово состояния программы (

PSW) не сохраняется в стеке при выполнении

команды обращения к подпрограмме. Если такое сохранение необходимо,

то перед командой обращения к подпрограмме требуется выполнить ко-

манду

PUSH PSW.

Кроме команд безусловного обращения к подпрограмме и безуслов-

ного возврата существуют их условные разновидности, символические

описания которых имеют вид:

C[CON] ADR: PC→M (SP–1); M{SP– 2); SP– 2→SP; ADR→PC.

R[CON]: M (SP); M(SP+1)

→PC; SP+2→SP.

По своему действию обе эти команды эквивалентны рассмотренной

выше команде обращения к подпрограмме. Различие состоит в том, что

выполняются они при удовлетворении одного из восьми рассмотренных

ранее условий. Наименование условия записывается на место

CON так же,

как это делалось для команд условного перехода.

Следующая разновидность команд обращения к подпрограммам имеет

вид:

RSTX: PC→M(SP–1); M(SP– 2); SP– 2→SP; ADR→SP.

Число ADR зависит от конкретного значения числа X. Эта зависимость

задается табл.1.4. Команда RST предусматривает обращение к подпро-

грамме, первая команда которой хранится в одной из восьми фиксирован-

ных ячеек памяти запоминающего устройства.

Таблица 1.4

Код операции

ADR

Код операции

ADR

RST 0 0000 RST 4 0020

RST 1 0008 RST 5 0028

RST 2 0010 RST 6 0030

RST 3 0018 RST 7 0038

Специальные команды

Эта группа состоит из четырех команд:

E1 – разрешение прерывания;

DI – запрещение прерывания;

HLT – останов;

NОР – холостая операция.

Первые две команды реализуют механизм маскирования прерываний.

По команде останов

HLT прекращается выполнение операций, но сохраня-

ется содержимое всех регистров. Наконец, по команде

NOP операции не

выполняются, но содержимое счетчиков адресов команд увеличивается на

единицу и в следующем цикле выполняется следующая по порядку коман-

да.

Заметим, что несмотря на то, что команды описываются мнемониче-

ской записью кода операций, на самом деле код операции представляет со-

бой двоичное слово, состоящее из восьми двоичных символов.

1.4.2. Языки программирования микропроцессоров

Рассмотрение каждой группы команд дает возможность сформулиро-

вать общие принципы построения языков программирования микропро-

цессоров.

Эти языки имеют свой алфавит. Из символов алфавита (как правило,

букв латинского алфавита) составляются слова, а из слов – фразы. При со-

ставлении фраз пользуются правилами грамматики. Эти правила позволя-

ют осуществлять контроль для выявления ошибок и помогают осущест-

вить перевод на язык более низкого уровня, а именно на язык машинных

команд.

Слова хранятся в ячейках памяти запоминающих устройств, и, соот-

ветственно, адрес ячейки памяти запоминающего устройства представляет

собой имя слова и единственный признак, позволяющий отличать одно

слово от другого. Каждому слову ставится в соответствие идентификатор

(буква, последовательность букв и цифр, начинающаяся с буквы), который

служит постоянным именем данного слова от начала до конца программы.

Специальная программа, называемая транслятором, ставит в соответ-

ствие каждому идентификатору определённый адрес ячейки памяти, т.е.

составляет таблицу соответствий. Эта же программа следит за тем, чтобы

при перемещениях слов из одних ячеек памяти запоминающих устройств в

другие в таблицу соответствий вносились необходимые коррективы.

Языком команд является язык ассемблера. Каждая команда в языке

ассемблера состоит из мнемонического кода операции и идентификатора.

Последний и служит основным отличием команды в языке ассемблера от

команды в машинном языке. Например, если команда пересылки слова из

ячейки памяти в регистр результата записывается на машинном языке, как

LDA ADR, то на языке ассемблера она будет записана в форме LDA FUN1,

где

FUN1 – идентификатор, представляющий собой имя слова, хранящего-

ся в ячейке памяти с адресом

ADR.

Прикладная программа микропроцессорной системы, написанная на

языке ассемблер, содержит три типа высказываний:

• мнемокоды команд микропроцессора, которые транслируются в

коды;

• директивы ассемблера, которые управляют трансляцией;

• комментарии, которые игнорируются в процессе трансляции и

используются для документирования программы. Как правило, каждая

строка программы является законченным высказыванием и имеет структу-

ру: < метка > : < операция > < операнд > ; < комментарий >

• Поле комментария отделяется символом, например, точкой с за-

пятой; поле метки - двоеточием. Различные ассемблеры накладывают раз-

ные ограничения на способ задания символьных имён. Так, например, для

микропроцессора К580ВМ80 символьное имя должно начинаться с буквы

и содержать не более 5 символов.

Пример 2. Рассмотреть реализацию программы временной задержки и

программы сбора и формирования в ОЗУ данных от источника примени-

тельно к микропроцессору К580ВМ80.

Первая программа, реализует временную задержку (табл. 1.5 и

рис. 1.19). Величина задержки определяется числом циклов (информация о

числе циклов

Х заносится в регистр В) и временем выполнения команд

цикла. В каждом цикле число

Х уменьшается на 1 и так продолжается до