Лабораторная работа № 3. ИЗУЧЕНИЕ ОДНОКРИСТАЛЬНЫХ МИКРОПРОЦЕССОРОВ НА ПРИМЕРЕ МИКРОПРОЦЕССОРА КР1810

ИЗУЧЕНИЕ ОДНОКРИСТАЛЬНЫХ МИКРОПРОЦЕССОРОВ
НА ПРИМЕРЕ МИКРОПРОЦЕССОРА КР1810

Цель работы:

Изучить организацию 16-ти разрядного микропроцессора КР1810ВМ86. Ознакомится с его системой и форматом команд, способами адресации. Научится организовывать вычислительный процесс, используя возможности микропроцессора.

1. Теоретическая часть

1.1. Общие сведения о МПКР1810.

Структура МП КР1810

На рис. 3.1 показана схема МП, которое состоит из двух автономных частей: устройство сопряжения с шиной (УСШ), организующее опережающую выборку команд из памяти и формирующее очередь выбранных байт последовательности команд, и операционное устройство, извлекающее команды из очереди и реализующее предписанные командами операции в 16-разрядном АЛУ.

Рис.3.1. Структурная схема МП КР1810

В состав УСШ входят 6-байтная очередь команд, счетчик команд, четыре сегментных регистра и сумматор. В состав операционного устройства (ОУ) входят блок регистров общего назначения (в том числе два регистра-указателя и два индексных регистра), арифметико-логическое устройство (АЛУ) и регистр признаков F. Устройство управления МП осуществляет управление УСШ, ОУ и, кроме того, периферийным оборудованием системы, обеспечивая обмен данными с использованием механизмов квитирования, прерывания и прямого доступа к памяти.

Устройство сопряжение с шиной

Устройство сопряжения с шиной обеспечивает формирование 20-разрядного физического адреса памяти, выборку команд и операндов из памяти, организацию очередности команд и запоминание результатов выполнения команд в памяти В состав УС входят шесть 8-разрядных регистров очереди команд (РОК), четыре 16-разрядных сегментных регистра (CS, DS, SS, ES), 16-разрядный регистр адреса команд (1P), 16-разрядный регистр обмена (РО) и 16-разрядный сумматор адреса (СМА), управление шиной (УШ).

Устройство сопряжения готово выполнить цикл выборки слова из памяти всякий раз, когда в очереди освобождаются по меньшей мере 2 байта.

Шина адреса в этом микропроцессоре имеет 20 разрядов и с ее помощью можно адресовать пространство 1 Мб (2²⁰байт - 1Мб). Но, так как, число разрядов регистров процессора меньше числа разрядов ША, то с помощью одного регистра нельзя полностью задать адрес физической ячейки памяти. В этом случае пользуются так называемой «сегментацией», которая подразумевает использование двух регистров: в первом регистре находится адрес начала сегмента, во втором - внутрисегментное смещение.

Сегмент - область памяти, максимальный размер которой 64 Кб (2¹⁶- 65536 байт - 64 Кб). Начальный адрес сегмента должен находиться по адресу, номер которого кратен 16₁₀ (т.е. если этот адрес представить в виде шестнадцатеричного числа, то в младшем разряде этого числа будет 0). Внутрисегментное смещение - расстояние от начала сегмента до нужной нам ячейки памяти.

Операционное устройство

При создании данного МП разработчики стремились сохранить программную совместимость с 8-разрядным МП (К580), и это оказало влияние на нерегулярность структуры ОУ и специализацию многих внутренних регисторов. Хотя прямой программной совместимости не достигнуто, но все регистры МП К580 имеют аналоги в блоке РОН МП К1810, и в результате этого программы МП К580 легко трансформировать для выполнения в этом 16-разрядном МП.

В состав блока РОН входят четыре 16-разрядных регистра АХ, ВХ, СХ и DX, допускающих независимую адресацию старших (Н) и младших (L) половин. Такая организация адресации регистров позволяет прямо обрабатывать как байты, так и двухбайтные слова.

Все регистры блока РОН на общих основаниях участвуют в выполнении арифметических и логических операций, представляя операнды и фиксируя результат выполнения операции. Наряду с этим в системе команд МП имеется множество команд, которые специализируют некоторые РОН:

регистр АХ выполняет функции аккумулятора; с ним связаны операции умножения, деления, преобразования и десятичной коррекции. Он участвует во всех операциях В В в качестве или источника или приемника информации. Регистр AL соответствует аккумулятору МП К580, а регистр АН является его расширением;

регистр ВХ используется как источник базового адреса и в некоторой степени соответствует регистровой паре HL микропроцессора К580;

регистр СХ используется в качестве счетчика в командах сдвигов и зацикливания, а также при операциях с цепочками байт;

регистр DX неявным образом адресуется в командах умножения и деления и, кроме того, содержит адрес порта ВВ при косвенно-регистровой адресации.

Четыре 16-разрядных указательных и индексных регистра (SP, ВР, SI, DI) предназначены для хранения внутрисегментных смещений, обеспечивая косвенную адресацию и динамичные вычисления исполнительных адресов. Эти же регистры могут участвовать в выполнении арифметических и логических операций над двухбайтными словами.

Указательные регистры SP (стека) и ВР (базы) предназначены для упрощения доступа к данным в текущем сегменте стека, но не в сегменте данных. Если сегмент специально не определен, то смещения SP и ВР по умолчанию относятся к текущему сегменту стека.

Индексные регистры SI (источника) и DI (приемника) содержат смещения, которые по умолчанию относятся к текущему сегменту данных. Эти четыре регистра специализируются в некоторых командах, что находит отражение в их названиях и аббревиатурах.

Формат 16-разрядного регистра признаков F показан на рис. 3.2. Его младший байт FL полностью соответствует регистру признаков МП К580: CF — перенос, PF — чет/нечет (в байте), AF — межтетрадный перенос (в байте), ZF — нуль, SF — знак.

Кроме перечисленных признаков, которые фиксируют особенности результата последней арифметической или логической операции в МП К1810, имеет место признак переполнения OF.

Рис. 3.2. Формат регистра признаков

В дополнение к этому в регистре признаков F фиксируются некоторые признаки, предназначенные для управления вычислительным процессом в МП:

признак направления DF определяет направление сканирования массива данных в операциях с цепочками (при DF==0 выполняется инкрементирование, а при DF=1 де-криментирование содержимого регистра-указателя массива);

признак прерывания IF используется в механизме маскирования прерываний (при IF=1 прерывания разрешены, т.е. МП воспринимает запросы на прерывание);

признак прослеживания TF, будучи установленным в единичное состояние, переводит МП в режим исполнения программы по командам (пошаговый режим), что необходимо при отладке программ.

Стек- область памяти для временного хранения данных. Регистр SS указывает сегмент, a регистр SP - наибольшее допустимое смещение в сегменте стека Здесь используется косвенная адресация с помощью указателя SP; при записи элемента в стек (а это всегда слово, т.е. 16 бит) происходит автоматическое уменьшение SP на 2, а при извлечении - увеличение на 2. Адрес последнего включенного элемента в стек называется вершиной.

Стек используется для хранения состояния процессора (в него заносят содержимое всех его программно-доступных регистров), а также для передачи параметров в процедуры.

Микропроцессор Intel 8086 имеет возможность реагировать на внешние события посредством вызова одной из набора программ обслуживания. Событие, вызывающее переход на такую программу, называется прерыванием. Возможна обработка двух классов прерываний: внешних и внутренних. Внешние прерывания инициируются аппаратным сигналом на выводах микропроцессора INT, поступающим от периферийных устройств, а внутренние прерывания возникают при выполнении программ.

Независимо от типа прерывания, возникающие при этом действия одинаковы:

· завершается текущая команда, если ею не является команда НLТ или WAIT;

· определяется тип прерывания N;

· текущее состояние регистра признаков (PSW), CS и IP включается в стек;

· биты условий сбрасываются;

· передается управление по вектору N;

· выполняются процедуры прерывания;

· извлекается из стека IP, CS, PSW.

Способы адресации

Для микропроцессора Intel 8086 режимы адресации делятся на два класса: для данных и для переходов.

Непосредственная, при котором операнд длиной 8 или 16 бит является частью команды.

Прямая, при котором 16-битовый исполнительный адрес (ИА) операнда является частью команды.

Регистровая, при котором операнд может находиться в одном из регистров: АХ, АН, AL, ВХ, ВН, BL, СХ, СН, CL, DX, DH, DL, ВР, SP. SI, DI.

Регистрово-косвенная, при котором ИА операнда находится в одном из указанных регистров: [ВХ], [ВР], [SI], [DI]. В зависимости от используемых регистров, эта адресация называется базовая и индексная.

Регистровая относительная, при котором ИА операнда вычисляется как сумма 8- или 16-битового смещения и содержимого базового ([ВХ],[ВР]) или индексного ([SI], [DI]) регистра.

Базово - индексная, при котором ИА определяемся как сумма содержимого базового ([ВХ], [ВР]) и индексного ([SI],.[DI]) регистров.

Относительная базово-индексная (комбинированная), при котором ИА равен сумме адреса, который вычисляется в базовом индексном режиме, и 8-или 16-битового смещения.

Примеры ассемблерных мнемоник для различных режимов адресации приведены ниже (команда MOV AX, OPR пересылает OPR в регистр АХ, где OPR - операнд):

MOV АХ, 55 ; Непосредственный

MOV AX, VAR ; Прямой

MOV АХ, ВХ ; Регистровый

MOV АХ, [ВХ] ; Регистровый косвенный

MOV АХ, [ВХ-10] ; Регистровый относительный

MOV AX, [BP+Dl] ; Базовый индексный

MOV AX, [BP+SI+4] ; Относительный базовый индексный

При выполнении программ микропроцессор реализует такую последовательность действий:

1. Выбирает команду по адресу, содержащемуся в регистре IP.

2. Загружает команду в программно-недоступный регистр и дешифрирует ее с одновременным увеличением содержимого регистра IP для адресации следующей команды.

При необходимости изменить последовательность выполнения команд программист использует команды передачи управления. Для таких команд (условные и безусловные переходы, вызовы процедур) существуют четыре режима адресации переходов.

Внутрисегментный прямой переход, при котором адрес команды в сегменте кода определяется как сумма содержимого регистра IP и 8' или 16-битового смещения. В командах условных переходов допускается использовать только 8-битовое смещение.

Внутрисегментный косвенный переход используется только в командах безусловного перехода, при этом содержимое регистра IP заменяется 16-битовым значением выбранного регистра или ячейки, указывается в любом из режимов адресации данных, кроме непосредственного.

Межсегментный прямой переход, при котором содержимое регистров IP и С заменяется двумя словами, располагающимися непосредственно в команде.

Межсегментный косвенный переход, при котором содержимое регистров IP и С заменяется двумя последовательно расположенными в памяти словами. Эти слова могут быть указаны в любом режиме адресации данных, кроме непосредственного и регистрового.

Примеры ассемблерных мнемоник для различных режимов адресации переходов:

JMP LAB ; внутрисегментный прямой переход

JMP [ВХ] ; внутрисегментный косвенный переход

JMP FAR PTR LAB ; межсегментный прямой переход

JMP DWORD |BX] ; межсегментный косвенный переход

Как было указано выше, микропроцессор КР1810ВМ86 генерирует 20-разрядный физический адрес, состоящий из 16-разрядного адреса сегмента и 16-разрядного смещения. При этом используются следующие правила адресации:

· выборка команд происходит только по адресу, заданному регистрами IP и CS;

· регистр SP применяется только как смещение по отношению к регистру SS;

· если регистр ВХ является базовым, то по умолчанию операнд находится в сегменте данных и для вычисления физического адреса используется регистр DS;

· если регистр ВР является базовым, то по умолчанию операнд находится в сегменте стека и для вычисления физического адреса используется регистр SS;

· если используются оба регистра - базовый и индексный, то операнд находится в сегменте, на который указывает базовый регистр;

· если используется только индексный регистр, то операнд находится в сегменте данных, на который указывает регистр DS.

Поиск по сайту: