Система команд микропроцессора Кр580ИК80А

Архитектура микропроцессора

Тема 1

Микропроцессор (МП) по своим функциям эквивалентен процессору ЭВМ. Это программно-управляемое устройство, осуществляющее процесс обработки информации и управление им, построенное на одной большой интегральной схеме (БИС). В настоящее время в мире выпускается более ста типов микропроцессоров. Такое разнообразие МП определяется различным сочетанием их характеристик, однако, любой из них предназначен для выполнения последовательных команд, предусмотренных программой. Большое распространение получил микропроцессорный комплект БИС серии КР580, предназначенный для создания широкого класса средств вычислительной техники и обработки информации. На основе комплекта строятся микроЭВМ контрольно-измерительных систем, микроЭВМ для управления технологическими процессами, контроллеры периферийных устройств, бытовых приборов и игровых автоматов. МПК КР580 выполнен по n-МОП технологии и напряжения логических уровней согласуется с ИС ТТЛ. Кроме того, МП КР580 имеет архитектуру, по которой разрабатываются более современные и производительные микропроцессоры. Под архитектурой МП понимают его логическую организацию, определяемую возможностями микропроцессора по аппаратной или программной реализации функций, необходимых для осуществления процесса обработки информации.

Структурная схема микропроцессора приведена на рис. 1.1. В состав БИС входят: 8-разрядное арифметико-логическое устройство (ALU)', регистр признаков (RS), фиксирующий признаки, вырабатываемые ALU в процессе выполнения команд; аккумулятор (А)', регистр аккумулятора (RGa), регистр временного хранения операндов (RGb)-, десятичный корректор (DAA), выполняющий перевод информации из двоичной в двоично-десятичную форму; регистр команд (IR), предназначенный для хранения первого байта команды, содержащего код операции; дешифратор команд (DCU), блок регистров для приема, выдачи и хранения информации в процессе выполнения программ, содержащий программный счетчик (PC), указатель стека (SP), регистр адреса (PGA), шесть регистров общего назначения (В, С, D, Е, Н, L) и вспомогательные регистры (Wn Z); схема управления и синхронизации (CU), формирующая последовательность управляющих сигналов для работы ALU и блока регистров; 16-разрядный буферный регистр адреса (ВА)-, 8-разрядный буферный регистр данных (BD), двунаправленный мультиплексор (MU X) для обме
на операндами и результатами операций между ALU и блоком регистров по внутренней шине данных.

Рис. 1.1.

Программный счетчик предназначен для хранения текущего адреса команды, автоматически увеличивающегося в процессе выполнения команды на 1, 2 или 3 в зависимости от формата выполняемой команды.

Указатель стека содержит адрес вершины стека, а сам стек может использовать любую зону оперативного запоминающего устройства (ОЗУ) объемом до 64К байт или специальное ЗУ, адресуемое сигналом STACK. Содержимое указателя стека уменьшается на 2, когда данные загружаются в стек, и увеличивается на 2, когда данные извлекаются из стека.

Микропроцессор имеет 16-разрядный трехстабильный канал адреса А(15-0), 8-разрядный двунаправленный трехстабильный канал данных D (7-0), четыре входных и шесть выходных выводов управления. МП обеспечивает адресацию внешней памяти объемом до 64К байт, а также адресацию 256 устройств ввода и 256 устройств вывода.

Назначения входных, выходных и управляющих сигналов МП приведены при описании выводов микросхемы в табл. 1.1.

Таблица 1.1. Описание выводов микросхемы

Система команд микропроцессора Кр580ИК80А

Информация в микропроцессоре представлена в виде 8-разрядных (однобайтовых) кодов (рис. 1.2). Для идентификации отдельных разрядов в байте они нумеруются от DO до D7 и считаются расположенными справа налево. При этом нулевой бит DO соответствует младшему разряду, а D7 - старшему разряду. Однобайтовый код может рассматриваться либо как положительное целое число с диапазоном значений от 0 до 255, либо как целое число со знаком в дополнительном коде с диапазоном значений от -128 до + 127. Для целых чисел можно использовать двухбайтное и многобайтное представления.

Рис. 1.2.

Форматы команд (рис. 1.2, а – в) могут быть одно-, двух- или трехбайтными. Многобайтная команда должна размещаться в последовательно расположенных ячейках памяти, а в первом байте команды B1 всегда указывается код операции (КОП).

Для управления процессом выполнения программы используется слово-состояние программы (рис. 1.2, г). Старший байт слова-состояния представляет содержимое аккумулятора, а младший - флаги условий регистра признаков, определяемые по результатам выполнения арифметических и логических операций.

Каждый флаг устанавливается при определенных условиях:

флаг знака S, если знаковый бит результата операции равен 1, иначе сбрасывается;

флаг нуля Z, если результат операции равен 0, в противном случае сбрасывается;

флаг дополнительного переноса АС при наличии переноса из третьего разряда, иначе сбрасывается;

флаг четности Р, если результат содержит четное число единиц, иначе сбрасывается;

флаг переноса СY при наличии переноса (при сложении) или заема (при вычитании) из старшего разряда результата, иначе сбрасывается.

В микропроцессоре применяются пять способов адресации данных:

прямая - адрес М ячейки памяти, где расположен операнд, указывается во втором (младшая часть адреса) и в третьем (старшая часть адреса) байтах команды;

регистровая - в команде задается адрес оперативного регистра или пары регистров, где находится, соответственно, 8- или 16-битовый операнд;

регистровая косвенная - адрес М ячейки памяти, где расположен операнд, определяется содержимым парного регистра, явно или неявно указанного в команде; при этом старший байт адреса находится в первом регистре пары, а младший - во втором;

непосредственная - операнд содержится в команде: для двухбайтовых команд - во втором байте, для трехбайтовых - во втором (младшая часть операнда) и в третьем (старшая часть операнда) байтах команды;

стековая - адрес ячейки памяти, содержащей операнд, находится в указателе стека.

Специфический способ адресации памяти используется в однобайтовой команде RST, применяемой при обработке прерывания для вызова одной из восьми подпрограмм обслуживания прерываний. Команды RST различаются по номеру N, задаваемому в трехбайтовом поле кода команды. В результате выполнения команды RSTN управление передается по адресу, определяемому восьмикратным увеличением N.

По функциональному признаку команды микропроцессора делятся на пять групп: команды передачи данных из регистра в регистр или память и из памяти в регистр; арифметические команды (сложения, вычитания, инкремента и декремента), логические команды: (И, ИЛИ, исключающее ИЛИ, сравнение, сдвиг, инвертирование), команды передачи управления и обработки подпрограмм; команды ввода/вывода и управления состоянием процессора.

Система команд МП содержит 78 команд, включающих 111 операций, она описана во второй главе.