Предыдущее обсуждение выявило некоторые детали механизма перехода. Команды перехода модифицируют регистр указателя команды EIP/IP и, возможно, сегментный регистр кода CS. Что именно должно подвергнуться модификации, зависит:
от типа операнда в команде безусловного перехода (ближний или дальний);
от модификатора, который указывается перед адресом перехода в команде перехода и может принимать следующие значения (сам адрес при прямом переходе находится непосредственно в команде, а при косвенном - в регистре или ячейке памяти):
NEAR PTR - прямой переход на метку внутри текущего сегмента кода, при этом модифицируется только регистр EIP/IP (в зависимости от заданного типа сегмента кода use16 или use32) на основе указанного в команде адреса (метки) или выражения, использующего символ извлечения значения счетчика адреса команд ($);
FAR PTR - прямой переход на метку в другом сегменте кода, при этом адрес перехода задается в виде непосредственного операнда или адреса (метки) и состоит из 16-разрядного селектора и 16/32-разрядного смещения, которые загружаются, соответственно, в регистры CS и EIP/IP;
WORD PTR - косвенный переход на метку внутри текущего сегмента кода, при этом модифицируется (значением смещения размером 16 или 32 бита из памяти по указанному в команде адресу или из регистра) только регистр EIP/IP;
DWORD PTR - косвенный переход на метку в другом сегменте кода, при этом модифицируются (значением из памяти - и только из памяти, из регистра нельзя) оба регистра, CS и EIP/IP (первое слово/двойное слово адреса перехода, представляющее собой смещение, загружается в EIP/IP; второе/третье слово - в CS).
Команда безусловного перехода
Синтаксис команды безусловного перехода без сохранения информации о точке
возврата:
jmp [модификатор] адрес_перехода
Здесь адрес_перехода представляет метку или адрес области памяти, в которой находится указатель перехода.
Всего в системе команд процессора есть несколько кодов машинных команд безусловного перехода JMP. Их различия определяются дальностью перехода и способом задания целевого адреса. Дальность перехода определяется местоположением операнда адрес_перехода. Этот адрес может находиться в текущем сегменте кода или в некотором другом сегменте. В первом случае переход называется внутрисегментным, или близким, во втором - межсегментным, или дальним.
Внутрисегментный переход предполагает, что изменяется только содержимое регистра EIP/IP. Можно выделить три варианта внутрисегментного использования команды JMP:
Прямой короткий переход;
Прямой переход;
Косвенный переход.
Прямой короткий внутрисегментный переход применяется, когда расстояние от команды JMP до адреса перехода не превышает -128 или +127 байт. В этом случае транслятор ассемблера формирует машинную команду безусловного перехода длиной всего два байта (размер обычной команды внутрисегментного безусловного перехода составляет три байта). Первый байт в этой команде - код операции, значение которого говорит о том, что процессор должен особым образом трактовать второй байт команды. Значение второго байта вычисляется транслятором как разность между значением смещения команды, следующей за JMP, и значением адреса перехода. При осуществлении прямого короткого перехода нужно иметь в виду следующий важный момент, связанный с местоположением адреса перехода и самой команды JMP. Если адрес перехода расположен до команды JMP, то ассемблер формирует короткую команду безусловного перехода без дополнительных указаний. Если адрес перехода расположен после команды JMP, транслятор не может сам определить, что переход короткий, так как у него еще нет информации об адресе перехода. Для оказания помощи компилятору в формировании команды короткого безусловного перехода в дополнение к ранее упомянутым модификаторам используют модификатор SHORT PTR:
jmp short ptr ml
... ;не более 35-40 команд (127 байт)
Еще вариант:
...;не более 35-40 команд (-128 байт)
Прямой внутрисегментный переход отличается от прямого короткого внутрисегментного перехода тем, что длина машинной команды JMP в этом случае составляет три байта. Увеличение длины связано с тем, что поле адреса перехода в машинной команде JMP расширяется до двух байтов, а это, в свою очередь, позволяет производить переходы в пределах 64 Кбайт относительно следующей за JMP команды:
Расстояние более 128 байт и менее 64 Кбайт
Косвенный внутрисегментный переход подразумевает «косвенность» задания адреса перехода. Это означает, что в команде указывается не сам адрес перехода, а место, где он «лежит». Приведем несколько примеров, в которых двухбайтовый адрес перехода выбирается либо из регистра, либо из области памяти:
jmp bx ;адрес перехода в регистре bх
jmp addr_ml ;адрес перехода в ячейке памяти addrjnl
Еще несколько вариантов косвенного внутрисегментного перехода:
<3>addr dw ml
<10>jmpaddr;адрес перехода в слове памятиaddr+(si)
<12>mov si.2
<13>jmp cycl
В этом примере одна команда JMP (строка 10) может выполнять переходы на разные метки. Выбор конкретной метки перехода определяется содержимым регистра SI. Операнд команды JMP определяет адрес перехода косвенно после вычисления выражения addr+(SI).
<3>addr dw ml
<7> lea si ,addr
<8> jmp near ptr ;адрес перехода в ячейке памяти addr
В данном случае указание модификатора NEAR PTR обязательно, так как, в отличие от предыдущего способа, адрес ячейки памяти addr с адресом перехода транслятору передается неявно (строки 3, 7 и 8), и, не имея информации о метке, он не может определить, какой именно переход осуществляется - внутрисегментный или межсегментный. Межсегментный переход предполагает другой формат машинной команды JM Р. При осуществлении межсегментного перехода кроме регистра EIP/IP
модифицируется также регистр CS. Аналогично внутрисегментному переходу, межсегментный переход поддерживают два варианта команд безусловного перехода:
прямой и косвенный.
Команда прямого межсегментного перехода имеет длину пять байтов, из которых два байта составляют значение смещения и два байта - значение сегментной составляющей адреса:
jmp far ptr m2 ;здесь far обязательно
jmp ml ;здесь far необязательно
Рассматривая этот пример, обратите внимание на модификатор FAR PTR в команде JMP. Его необходимость объясняется все той же логикой работы однопроходного транслятора. Если описание метки (метка ml) встречается в исходном тексте программы раньше, чем соответствующая ей команда перехода, то задание модификатора необязательно, так как транслятор все знает о данной метке и сам формирует нужную пятибайтовую форму команды безусловного перехода. В случае, когда команда перехода встречается до описания соответствующей метки, транслятор не имеет еще никакой информации о метке, и модификатор FAR PTR в команде JMP опускать нельзя, так как транслятор не знает, какую форму команды формировать - трехбайтную или пятибайтную. Без специального указания модификатора транслятор будет формировать трехбайтную команду внутрисегментного перехода.
Команда косвенного межсегментного перехода в качестве операнда имеет адрес области памяти, в которой содержатся смещение и сегментная часть целевого адреса перехода:
addrjnl dd ml ;в поле addr_ml значения смещения
;и адреса сегмента метки ml
Как вариант косвенного межсегментного перехода необходимо отметить косвенный регистровый межсегментный переход. В этом виде перехода адрес перехода указывается косвенно - в регистре. Это очень удобно для программирования динамических переходов, в которых адрес перехода может изменяться на стадии выполнения программы:
addr_ml dd ml ;в поле addr_ml значения смещения
;и адреса сегмента метки ml
jmp dword ptr
Таким образом, модификаторы SHORT PTR, NEAR PTR и WORD PTR применяются для организации внутрисегментных переходов, a FAR PTR и DWORD PTR - межсегментных.
Для полной ясности нужно еще раз подчеркнуть, что если тип сегмента - use32, то в тех местах, где речь шла о регистре IP, можно использовать регистр EIP и, соответственно, размеры полей смещения увеличить до 32 битов.
Арифметические команды рассматривают коды операндов как числовые двоичные или двоично-десятичные коды. Эти команды могут быть разделены на пять основных групп:
Команды операций с фиксированной запятой (сложение, вычитание, умножение, деление);
Команды операций с плавающей запятой (сложение, вычитание, умножение, деление);
Команды очистки;
Команды инкремента и декремента;
Команда сравнения.
Команды операций с фиксированной запятой работают с кодами в регистрах процессора или в памяти как с обычными двоичными кодами. Команда сложения (ADD) вычисляет сумму двух кодов. Команда вычитания (SUB) вычисляет разность двух кодов. Команда умножения (MUL) вычисляет произведение двух кодов (разрядность результата вдвое больше разрядности сомножителей). Команда деления (DIV) вычисляет частное от деления одного кода на другой. Причем все эти команды могут работать как с числами со знаком, так и с числами без знака.
Команды операций с плавающей запятой (точкой) используют формат представления чисел с порядком и мантиссой (обычно эти числа занимают две последовательные ячейки памяти). В современных мощных процессорах набор команд с плавающей запятой не ограничивается только четырьмя арифметическими действиями, а содержит и множество других более сложных команд, например, вычисление тригонометрических функций, логарифмических функций, а также сложных функций, необходимых при обработке звука и изображения.
Команды очистки (CLR) предназначены для записи нулевого кода в регистр или ячейку памяти. Эти команды могут быть заменены командами пересылки нулевого кода, но специальные команды очистки обычно выполняются быстрее, чем команды пересылки. Команды очистки иногда относят к группе логических команд, но суть их от этого не меняется.
Команды инкремента (увеличения на единицу, INC) и декремента (уменьшения на единицу, DEC) также бывают очень удобны. Их можно в принципе заменить командами суммирования с единицей или вычитания единицы, но инкремент и декремент выполняются быстрее, чем суммирование и вычитание. Эти команды требуют одного входного операнда, который одновременно является и выходным операндом.
Наконец, команда сравнения (обозначается CMP) предназначена для сравнения двух входных операндов. По сути, она вычисляет разность этих двух операндов, но выходного операнда не формирует, а всего лишь изменяет биты в регистре состояния процессора (PSW) по результату этого вычитания. Следующая за командой сравнения команда (обычно это команда перехода) будет анализировать биты в регистре состояния процессора и выполнять действия в зависимости от их значений. В некоторых процессорах предусмотрены команды цепочечного сравнения двух последовательностей операндов, находящихся в памяти (например, в процессоре 8086 и совместимых с ним).
Логические команды
Логические команды выполняют над операндами логические (побитовые) операции, то есть они рассматривают коды операндов не как единое число, а как набор отдельных битов. Этим они отличаются от арифметических команд. Логические команды выполняют следующие основные операции:
Логическое И, логическое ИЛИ, сложение по модулю 2 (Исключающее ИЛИ);
Логические, арифметические и циклические сдвиги;
Проверка битов и операндов;
Установка и очистка битов (флагов) регистра состояния процессора (PSW).
Команды логических операций позволяют побитно вычислять основные логические функции от двух входных операндов. Кроме того, операция И (AND) используется для принудительной очистки заданных битов (в качестве одного из операндов при этом используется код маски, в котором разряды, требующие очистки, установлены в нуль). Операция ИЛИ (OR) применяется для принудительной установки заданных битов (в качестве одного из операндов при этом используется код маски, в котором разряды, требующие установки в единицу, равны единице). Операция "Исключающее ИЛИ" (XOR) используется для инверсии заданных битов (в качестве одного из операндов при этом применяется код маски, в котором биты, подлежащие инверсии, установлены в единицу). Команды требуют двух входных операндов и формируют один выходной операнд.
Команды сдвигов позволяют побитно сдвигать код операнда вправо (в сторону младших разрядов) или влево (в сторону старших разрядов). Тип сдвига (логический, арифметический или циклический) определяет, каково будет новое значение старшего бита (при сдвиге вправо) или младшего бита (при сдвиге влево), а также определяет, будет ли где-то сохранено прежнее значение старшего бита (при сдвиге влево) или младшего бита (при сдвиге вправо). Например, при логическом сдвиге вправо в старшем разряде кода операнда устанавливается нуль, а младший разряд записывается в качестве флага переноса в регистр состояния процессора. А при арифметическом сдвиге вправо значение старшего разряда сохраняется прежним (нулем или единицей), младший разряд также записывается в качестве флага переноса.
Циклические сдвиги позволяют сдвигать биты кода операнда по кругу (по часовой стрелке при сдвиге вправо или против часовой стрелки при сдвиге влево). При этом в кольцо сдвига может входить или не входить флаг переноса. В бит флага переноса (если он используется) записывается значение старшего бита при циклическом сдвиге влево и младшего бита при циклическом сдвиге вправо. Соответственно, значение бита флага переноса будет переписываться в младший разряд при циклическом сдвиге влево и в старший разряд при циклическом сдвиге вправо.
Для примера на рис. 2.3 показаны действия, выполняемые командами сдвигов вправо.
Команды проверки битов и операндов предназначены для установки или очистки битов регистра состояния процессора в зависимости от значения выбранных битов или всего операнда в целом. Выходного операнда команды не формируют. Команда проверки операнда (TST) проверяет весь код операнда в целом на равенство нулю и на знак (на значение старшего бита), она требует только одного входного операнда. Команда проверки бита (BIT) проверяет только отдельные биты, для выбора которых в качестве второго операнда используется код маски. В коде маски проверяемым битам основного операнда должны соответствовать единичные разряды.
Рис. 2.3. Команды сдвигов вправо .
Наконец, команды установки и очистки битов регистра состояния процессора (то есть флагов) позволяют установить или очистить любой флаг, что бывает очень удобно. Каждому флагу обычно соответствуют две команды, одна из которых устанавливает его в единицу, а другая сбрасывает в нуль. Например, флагу переноса C (от Carry) будут соответствовать команды CLC (очистка) и SEC или STC (установка).
Команды переходов
Команды переходов предназначены для организации всевозможных циклов, ветвлений, вызовов подпрограмм и т.д., то есть они нарушают последовательный ход выполнения программы. Эти команды записывают в регистр-счетчик команд новое значение и тем самым вызывают переход процессора не к следующей по порядку команде, а к любой другой команде в памяти программ. Некоторые команды переходов предусматривают в дальнейшем возврат назад, в точку, из которой был сделан переход, другие не предусматривают этого. Если возврат предусмотрен, то текущие параметры процессора сохраняются в стеке. Если возврат не предусмотрен, то текущие параметры процессора не сохраняются.
Команды переходов без возврата делятся на две группы:
Команды безусловных переходов;
Команды условных переходов.
В обозначениях этих команд используются слова Branch (ветвление) и Jump (прыжок).
Команды безусловных переходов вызывают переход в новый адрес независимо ни от чего. Они могут вызывать переход на указанную величину смещения (вперед или назад) или же на указанный адрес памяти. Величина смещения или новое значение адреса указываются в качестве входного операнда.
Команды условных переходов вызывают переход не всегда, а только при выполнении заданных условий. В качестве таких условий обычно выступают значения флагов в регистре состояния процессора (PSW). То есть условием перехода является результат предыдущей операции, меняющей значения флагов. Всего таких условий перехода может быть от 4 до 16. Несколько примеров команд условных переходов:
Переход, если равно нулю;
Переход, если не равно нулю;
Переход, если есть переполнение;
Переход, если нет переполнения;
Переход, если больше нуля;
Переход, если меньше или равно нулю.
Если условие перехода выполняется, то производится загрузка в регистр-счетчик команд нового значения. Если же условие перехода не выполняется, счетчик команд просто наращивается, и процессор выбирает и выполняет следующую по порядку команду.
Специально для проверки условий перехода применяется команда сравнения (CMP), предшествующая команде условного перехода (или даже нескольким командам условных переходов). Но флаги могут устанавливаться и любой другой командой, например командой пересылки данных, любой арифметической или логической командой. Отметим, что сами команды переходов флаги не меняют, что как раз и позволяет ставить несколько команд переходов одну за другой.
Совместное использование нескольких команд условных и безусловных переходов позволяет процессору выполнять разветвленные алгоритмы любой сложности. Для примера на рис. 2.4 показано разветвление программы на две ветки с последующим соединением, а на рис. 2.5 - разветвление на три ветки с последующим соединением.
Команды переходов с дальнейшим возвратом в точку, из которой был произведен переход, применяются для выполнения подпрограмм, то есть вспомогательных программ. Эти команды называются также командами вызова подпрограмм (распространенное название - CALL). Использование подпрограмм позволяет упростить структуру основной программы, сделать ее более логичной, гибкой, легкой для написания и отладки. В то же время надо учитывать, что широкое использование подпрограмм, как правило, увеличивает время выполнения программы.
Рис. 2.4. Реализация разветвления на две ветки .
Рис. 2.5. Реализация разветвления на три ветки .
Все команды переходов с возвратом предполагают безусловный переход (они не проверяют никаких флагов). При этом они требуют одного входного операнда, который может указывать как абсолютное значение нового адреса, так и смещение, складываемое с текущим значением адреса. Текущее значение счетчика команд (текущий адрес) сохраняется перед выполнением перехода в стеке.
Для обратного возврата в точку вызова подпрограммы (точку перехода) используется специальная команда возврата (RET или RTS). Эта команда извлекает из стека значение адреса команды перехода и записывает его в регистр-счетчик команд.
Особое место среди команд перехода с возвратом занимают команды прерываний (распространенное название - INT). Эти команды в качестве входного операнда требуют номер прерывания (адрес вектора). Обслуживание таких переходов осуществляется точно так же, как и аппаратных прерываний. То есть для выполнения данного перехода процессор обращается к таблице векторов прерываний и получает из нее по номеру прерывания адрес памяти, в который ему необходимо перейти. Адрес вызова прерывания и содержимое регистра состояния процессора (PSW) сохраняются в стеке. Сохранение PSW - важное отличие команд прерывания от команд переходов с возвратом.
Команды прерываний во многих случаях оказываются удобнее, чем обычные команды переходов с возвратом. Сформировать таблицу векторов прерываний можно один раз, а потом уже обращаться к ней по мере необходимости. Номер прерывания соответствует номеру подпрограммы, то есть номеру функции, выполняемой подпрограммой. Поэтому команды прерывания гораздо чаще включаются в системы команд процессоров, чем обычные команды переходов с возвратом.
Для возврата из подпрограммы, вызванной командой прерывания, используется команда возврата из прерывания (IRET или RTI). Эта команда извлекает из стека сохраненное там значение счетчика команд и регистра состояния процессора (PSW).
Отметим, что у некоторых процессоров предусмотрены также команды условных прерываний, например, команда прерывания при переполнении.
Конечно, в данном разделе мы рассмотрели только основные команды, наиболее часто встречающиеся в процессорах. У конкретных процессоров могут быть и многие другие команды, не относящиеся к перечисленным группам команд. Но изучать их надо уже после того, как выбран тип процессора, подходящий для задачи, решаемой данной микропроцессорной системой.
Для организации ветвления используются команды перехода, позволяющие изменить последовательность выполнения команд программы за счет выполнения безусловных или условных переходов.
При выполнения команд безусловного перехода текущая последовательность команд нарушается и происходит переход к выполнению другой последовательности команд, указанной в команде. Для этого перехода необходимо изменить адрес обращения за очередной командой в счетчике команд.
Х байтовая
JMP ADDR - безусловный переход. Управление передается команде, адрес которой указан во втором и третьем байтах команды перехода. (РС) ß [(ВYTE3)(ВYTE2)].
При выполнении команд условного перехода дальнейший выбор одной из последовательности команд зависит одного из четырех флагов: нуля (Z), знака результата (S), четности (P), переноса (C), т. е. сначала проверяется состояние одного из четырех флагов МП на выполнение указанного в команде условия, а затем происходит выполнение команды. При выполнении условия осуществляется переход по новому адресу, в противном случае выполняется следующая команда. Для удобства программирования предусмотрены проверки условий по единичным и нулевым значениям флагов CY (C), Z, S, P. Мнемоника команд условного перехода образуется добавлением буквы J (условие) к названию условия, а затем указывается адрес, куда следует перейти, если условие выполнено.
Все команды 3-х байтовые.
Условия переходов приведены в таблице 1
Таблица 1
Команды вызова подпрограмм и возврата из них, программное прерывание
Х байтовая
CALL ADDR - безусловный вызов подпрограммы по адресу, загружаемом в программный счётчик;
Однобайтовые
RET - возврат из подпрограммы безусловный;
RSTN - вызов подпрограммы прерывания. (N – номер прерывающей программы)
Составление программ
Язык ассемблер – это машинно-ориентированное средство программирования. Программа на языке ассемблер называется исходной .
Ассемблер транслирует исходную программу в символах в двоичные машинные коды. Такая программа называется объектной , её можно загружать в память для выполнения.
Программа разрабатывается в виде последовательности предложений, называемых операторами языка ассемблера. Каждый оператор записывается в одной отдельной строке, и после трансляции порождает одну машинную команду. Строка оператора имеет четыре поля:
Поле метки;
Поле кода операции;
Поле операнда;
Поле комментария.
Поле метки представляет собой условное имя или набор символов, начинающихся с определенной буквы. После имени метки обязательно ставится двоеточие. Метка присваивается команде в тех случаях, когда при выполнении программы необходимо к ней вернуться (возврат по метке). Имя метки возврата записывается в команде условного и безусловного переходов. Нельзя записывать одинаковую метку в нескольких операторах. Метками помечают только те операторы, на которые есть ссылка из других операторов программы.
Поле кода операции используется для мнемонического обозначения кода операции команды. Мнемоника отделяется от операндов как минимум одним пробелом. Большинство мнемоник – это аббревиатуры английских слов, характеризующих основные функции команды. Соседнее поле справа отделяется минимум одним пробелом.
В поле операнда дается информация о данных, над которыми производятся операции. В качестве операндов используют имена регистров и регистровых пар, метки или непосредственные данные. В командах условных и безусловных переходов в этом поле хранится имя метки возврата.
Поле комментария начинается символом «;». Размещают описание назначения оператора. Это поле имеет вспомогательные функции и используется только программистом при составлении программы.
Все операторы записываются с помощью символов кода ASCII (американский стандартный код для обмена информацией).
При трансляции ассемблер присваивает своему счётчику адреса значение 0800Н; по этому адресу в программе будет расположен первый байт команды или данных.
По косвенному адресу
PCHL – адрес перехода хранится в регистровой паре HL. При ее выполнении (HL) → PC.
Команды условного перехода
Jcon @, где con – мнемоника условия от английского слова condition.
Ранее отмечалось, что в качестве условия перехода используют состояние разрядов (флажков) РгП (F). Мнемоника, соответствующая этим состояниям, представлена на рис. 6.18.
Например: JC 8BFE – при C=1 переход по адресу 8BFE, при C=0 выполняется следующая по адресу команда.
Команды вызова ПП и возврата
Ранее отмечалось, что адрес возврата автоматически сохраняется в стеке, т.е. (PC) ® стек.
Безусловные команды
CALL @ – вызов подпрограммы;
RET – возврат из подпрограммы.
Условные команды
Ccon @ – вызов подпрограммы;
Rcon – возврат из подпрограммы.
Действие команд аналогично действию команд условного перехода, т.е. если условие истинно, то вызов или возврат. Если нет, то выполняются следующие команды.
Прочие команды управления
RST n, где n = 0,1,...,7 – рестарт по вектору прерывания n.
При выполнении этой команды происходит передача управления подпрограмме, обслуживающей данное прерывание. В процессе выполнения команды RST содержимое счетчика команд PC запоминается в стеке, а в PC записывается адрес соответствующего вектора прерывания.
Этот адрес задается следующим образом. Команда RST имеет структуру 11NN N111, т.е. один байт. Трехразрядная комбинация NNN задается значением n (n = 0...7). В счетчик команд РС заносится значение 0000 0000 00NN N000, которое служит адресом соответствующего вектора прерывания.
Таким образом, задавая определенное значение n, можно сформировать адрес одного из 8- векторов прерывания. Эти адреса располагаются в зоне от 0000H до 0038H адресного пространства и идут через 8 байт, т.е. под них зарезервированы первые 64 ячейки памяти (каждому из 8- векторов отведено по 8 байт). В этих зонах (по 8 байт) записывают только команды перехода к соответствующим подпрограммам (обработчикам), которые располагаются в других областях памяти.
Прерывающие подпрограммы (как и обычные подпрограммы) обязательно заканчиваются командой RET. В процессе выполнения этой команды адрес команды основной программы, перед которой произошло прерывание, выбирается из стека и передается в регистр адреса РА, а увеличенное на 1 значение заносится в счетчик команд.
EI – разрешение прерывания. Эта команда ставится в начале участка программы, на котором разрешено прерывание. По этой команде триггер разрешения прерывания в УУ МП устанавливается в состояние 1.
DI – запрещение прерывания. Эта команда ставится в конце участка программы, на котором разрешалось прерывание, и сбрасывает триггер в состояние 0.
NOP – "пустая" команда. Осуществляет пропуск 4- тактов. Изменяется только PC.
HLT – останов. Вызывает прекращение выполнения программы и переход в состояние останова. МП отключается от внешних шин адреса и данных (т.е. их буферы переходят в состояние Z). На выходе WAIT (ожидание) устанавливается уровень 1. Это состояние может быть прервано сигналами запуска МП либо переводом его в состояние прерывания.
ВОПРОСЫ ДЛЯ САМОПРОВЕРКИ
1. Какие устройства необходимы для создания простейшей микро-ЭВМ?
2. Перечислите 5 вариантов структур микро-ЭВМ.
3. Использование промежуточного интерфейса.
4. Что включает в себя понятие "контроллер ПУ"?
5. Перечислите характеристики процессора I8080.
6. Регистры данных. Их назначение.
7. Регистры признаков. Какие признаки хранятся в этих регистрах?
8. Опишите принцип двунаправленного обмена данными между внутренней и внешней ШД.
9. Какими регистрами программист может пользоваться?
10. Приведите структурную схему микро-ЭВМ на базе МП КР580ВМ80.
11. Из каких тактов состоит машинный цикл?
12. Перечислите форматы данных МП КР580ВМ80.
13. Перечислите форматы команд МП КР580ВМ80.
14. Какие способы адресации используются в МП КР580ВМ80?
15. На какие группы можно разделить команды МП КР580ВМ80?
16. Пересылки однобайтовые. Приведите примеры команд из этой группы.
17. Пересылки двухбайтовые. Приведите примеры команд из этой группы.
18. Какие операции в аккумуляторе вы знаете.
19. Операции в РОН и памяти. Какие операции к ним относятся?
20. Перечислите команды управления.
КОНТРОЛЬНЫЕ ЗАДАНИЯ
1. На листах ответа должны быть указаны номер группы, фамилия студента и номер его варианта.
2. Номера вопросов выбираются студентом в соответствии с его двумя последними цифрами в зачетной книжке. В табл.6.1 а n-1 – это предпоследняя цифра номера, а n – последняя цифра. В клетках таблицы стоят номера вопросов, на которые необходимо дать письменный ответ.
Номера вопросов Таблица 6.1
| a n a n-1 | ||||||||||
| 1,5,9, 13,16 | 2,6,10,14,17 | 3,7,11,15,18 | 4,8,12,13,19 | 1,9,11,14,20 | 2,10,12,15,18 | 3,5,8, 13,17 | 4,6,7, 14,19 | 1,8,10,13,17 | 2,5,7, 14,18 | |
| 3,6,8, 15,19 | 4,7,9, 13,16 | 1,5,12,14,20 | 2,6,11,15,16 | 3,7,10,13,17 | 4,8,9, 14,18 | 1,7,12,13,18 | 2,8,10,14,19 | 3,5,11,15,20 | 4,6,9, 13,17 | |
| 2,7,9, 13,20 | 1,8,11,15,19 | 4,5,10,15,17 | 3,6,12,14,16 | 1,5,9, 13,16 | 2,6,10,14,17 | 3,7,11,15,18 | 4,8,12,13,19 | 1,9,11,14,20 | 2,10,12,15,18 | |
| 3,5,8, 13,17 | 4,6,7, 14,19 | 1,8,10,13,17 | 2,5,7, 14,18 | 3,6,8, 15,19 | 4,7,9, 13,16 | 1,5,12,14,20 | 2,6,11,15,16 | 3,7,10,13,17 | 4,8,9, 14,18 | |
| 1,7,12,13,18 | 2,8,10,14,19 | 3,5,11,15,20 | 4,6,9, 13,17 | 2,7,9, 13,20 | 1,8,11,15,19 | 4,5,10,15,17 | 3,6,12,14,16 | 1,5,9, 13,16 | 2,6,10,14,17 | |
| 3,7,11,15,18 | 4,8,12,13,19 | 1,9,11,14,20 | 2,10,12,15,18 | 3,5,8, 13,17 | 4,6,7, 14,19 | 1,8,10,13,17 | 2,5,7, 14,18 | 3,6,8, 15,19 | 4,7,9, 13,16 | |
| 1,5,12,14,20 | 2,6,11,15,16 | 3,7,10,13,17 | 4,8,9, 14,18 | 1,7,12,13,18 | 2,8,10,14,19 | 3,5,11,15,20 | 4,6,9, 13,17 | 2,7,9, 13,20 | 1,8,11,15,19 | |
| 4,5,10,15,17 | 3,6,12,14,16 | 1,5,9, 13,16 | 2,6,10,14,17 | 3,7,11,15,18 | 4,8,12,13,19 | 1,9,11,14,20 | 2,10,12,15,18 | 3,5,8, 13,17 | 4,6,7, 14,19 | |
| 1,8,10,13,17 | 2,5,7, 14,18 | 3,6,8, 15,19 | 4,7,9, 13,16 | 1,5,12,14,20 | 2,6,11,15,16 | 3,7,10,13,17 | 4,8,9, 14,18 | 1,7,12,13,18 | 2,8,10,14,19 | |
| 3,5,11,15,20 | 4,6,9, 13,17 | 2,7,9, 13,20 | 1,8,11,15,19 | 4,5,10,15,17 | 3,6,12,14,16 | 1,5,9, 13,16 | 2,6,10,14,17 | 3,7,11,15,18 | 4,8,12,13,19 |
В группе команд передачи управления различают четыре типа команд: безусловные переходы, условные переходы, циклы и прерывания .
Команды безусловных переходов. Включают три мнемокода: JMP (безусловный переход), CALL (вызов подпрограммы) и RET (возврат из подпрограммы).
Команда JMP позволяет осуществить переход в любую точку программы, расположенную как в текущем программном сегменте, так и в другом сегменте. При переходе в пределах текущего программного сегмента используются первые три формата команды JMP.
Первый формат обеспечивает переход в произвольную точку программы внутри текущего программного сегмента, для чего к содержимому IP добавляется в дополнительном коде 16-разрядное смещение, старший разряд которого является знаковым. Второй, укороченный формат позволяет перейти к точке программы, отстоящей не более чем на -128-f-127 адресов от команды JMP. Наконец, третий формат осуществляет загрузку указателя команд 16-разрядным числом, которое размещено по исполнительному адресу ЕА, определяемому постбайтом. Этот переход называется косвенным, так как используется косвенная адресация.
Для реализации безусловного перехода к точке программы, расположенной вне текущего программного сегмента, когда требуется перезагрузка сегментного регистра CS, используются четвертый и пятый форматы команды JMP.
Четвертый формат определяет прямой межсегментный переход, при котором во втором и третьем байтах формата указан относительный адрес точки перехода, а в четвертом и пятом байтах- новое значение CS. Пятый формат с помощью постбайта позволяет определить исполнительный адрес ЕА, по которому находится относительный адрес точки перехода (в байтах памяти с адресами ЕА, ЕА+1), и новое значение CS (в байтах памяти ЕА+2, ЕА+3).
Команда CALL позволяет вызвать подпрограмму, расположенную как в текущем программном сегменте, так и в другой области памяти. Она имеет такие же форматы, что и команда JMP, за исключением укороченного. В отличие от команды JMP аналогичного формата по команде CALL перед изменением значений IP или IP и CS происходит автоматическая запись в стек текущих значений этих регистров, что обеспечивает запоминание точки возврата из подпрограммы.
Для возврата из подпрограммы используется команда RET, под действием которой происходит передача управления по адресу возврата, занесенному в стек при выполнении предыдущей команды CALL. При возврате из подпрограмм, расположенных в текущем программном сегменте, применяются первые два формата команды RET, причем второй формат отличается от первого тем, что к содержимому указателя стека добавляется константа, записанная во 2-м и 3-м байтах команды. Это позволяет одновременно с возвратом из подпрограммы сбрасывать параметры, записанные в стек при выполнении этой подпрограммы и не используемые в дальнейшем.
Для межсегментного возврата применяются третий и четвертый форматы RET, которые обеспечивают восстановление содержимого как указателя команд, так и программного сегмента.
Команды условных переходов. Осуществляют передачу управления в зависимости от результатов предыдущих операций. Различают три разновидности условных переходов, которые используются для установления соотношений чисел со знаком, чисел без знака и произвольных чисел. В первых двух разновидностях для одних и тех же соотношений между числами выбираются различные мнемокоды команд, поскольку одним и тем же соотношениям чисел со знаком и чисел без знака соответствуют различные значения флагов.
В мнемокодах команд условных переходов при сравнении чисел со знаком для обозначения условия «больше» используется буква G (Greater - больше), а для обозначения - «меньше» буква L (Less - меньше). Для аналогичных условий при сравнении чисел без знака используются соответственно буквы A (Above - над) и В (Below - под). Условие равенства обозначается буквой Е (Equal - равно), а невыполнение некоторого условия - буквой N (Not - не). Следует отметить, что допускается исползование двух различных мнемокодов для каждой команды; например, мнемокоды JL и JNGF - эквивалентны, поскольку условия «меньше» и «не больше или равно» - идентичны.
Полный список мнемокодов команд, проверяемых условий, а также соответствующие булевские комбинации флагов и их значения приведен в табл. 1.4.
Таблица 1.4
| Мнемокод команды | Условие | Значение флагов |
| Для чисел со знаком | ||
| JL/JNGE | Меньше/не больше или равно | SF + OF = l |
| JNL/JGE | Не меньше/больше или равно | SF + OF = 0 |
| JG/JNLE | Больше/не меньше или равно | (SF + OF) V ZF = 0 |
| JNG/JLE | Не больше/меньше или равно Для чисел без знака | (SF + OF) V ZF = l |
| JB/JNAE | Меньше/не больше или равно | CF = 1 |
| JNB/JAE | Не меньше/больше или равно | CF = 0 |
| JA/JNBE | Больше | CF V ZF = 0 |
| JNA/JBE | Не больше Для прочих данных | CF V ZF = 1 |
| JE/JZ | Равно/по нулю | ZF = 1 |
| JNE/JNZ | Не равно/по нулю | ZF = 0 |
| JS | По минусу | SF = 1 |
| JNS | По плюсу | SF = 0 |
| JO | По переполнению | OF = l |
| JNO | По отсутствию переполнения | OF = 0 |
| JP/JPE | По четному паритету | PF = 1 |
| JNP/JPO | По нечетному паритету | PF = 0 |
Все команды условных переходов имеют одинаковый двухбайтовый формат, в первом байте которого задается код операции (КОП), а во втором - 8-разрядное смещение, которое рассматривается как число со знаком и, следовательно, позволяет осуществлять изменение адреса в диапазоне от -128 до +127. При необходимости более отдаленного («дальнего») перехода по выполнению условия используется дополнительно команда безусловного перехода.
Время выполнения каждой из команд условных переходов указано для двух случаев: 1) условие выполнено и управление действительно передается в соответствии со смещением, 2) условие не выполнено, так что управление передается следующей команде.
Команды организации циклов. Введены в ЦП для удобства выполнения вычислительных циклов. К ним относятся следующие мнемокоды: LOOP (цикл, пока (СХ) не равно 0), LOOPNZ/LOOPNE (цикл, пока не нуль/не равно), LOOPZ/LOOPE (цикл, пока нуль/равно) и JCXZ (переход по нулю в СХ). Каждая из этих команд имеет двухбайтовый формат, во втором байте которого указывается 8-разрядное смещение, используемое для организации перехода. Это смещение рассматривается как число со знаком и перед вычислением адреса перехода оно расширяется со знаком до 16 разрядов.
Используя команды циклов совместно с командами манипуляции элементами строк, можно составлять достаточно сложные программы преобразования строк. Рассмотрим пример составления программы для перевода строки данных, записанных в шестнадцатеричной системе счисления, в некоторый код, для которого перекодировочная таблица находится в памяти с начального адреса, указанного в ВХ, как это требуется для использования команды табличного преобразования кодов XLAT. Пусть далее исходная строка содержит 80 элементов и находится в памяти с относительного начального адреса 100, а строка-результат должна быть размещена с относительного адреса 200. Программа, выполняющая перекодировку исходной строки в строку-результат, при значении флага направления DF=0 будет иметь вид:
MOV SI ,100
MOV DI ,200
MOV СХ, 80
Здесь использована команда табличного преобразования кодов XLAT, описанная в 1.2.
Команды прерывания. Включают три мнемокода: INT (прерывание), INTO (прерывание при переполнении) и IRET (возврат из прерывания).
Команда прерывания INT при v = 1 имеет двухбайтовый формат, второй байт которого содержит 8-разрядное число, определяющее тип (type) или уровень прерывания. По команде INT type процессор переходит к выполнению программы обслуживания прерывания указанного уровня, причем автоматически выполняются действия, необходимые для обеспечения возврата в точку прерывания. Эти действия состоят в следующем: содержимое регистра флагов F записывается в стек (PUSHF), сбрасываются флаги IF и TF, текущие значения регистра CS и указателя команд IP записываются в стек.
Для определения начального адреса программы обслуживания в соответствии со значением type используется таблица уровней прерывания. Для каждого из 256 уровней прерываний в этой таблице отведено по четыре байта: первые два байта определяют значение указателя команд IP, вторые - значение сегментного регистра CS. Эта четверка байтов определяет начальные адреса программ обслуживания (пары значений CS, IP), которые должны быть предварительно записаны в ячейки памяти по абсолютным адресам 0-3FFH. Адрес таблицы, соответствующий указанному в команде INT type уровню прерывания, определяется в ЦП следующим образом. После запоминания в стеке текущих значений CS и ГР осуществляются загрузки: CS = type x 4 + 2 и IP = type x 4. Новые значения CS и IP, взятые соответственно из ячеек с адресами type x 4 + 2 и type x 4, определяют начальный адрес требуемой программы обслуживания.
Рассмотренная выше команда прерывания INT при значении поля v = 0 имеет однобайтовый формат, т. е. не требует специального указания уровня прерывания. Эта команда автоматически воспринимается процессором как прерывание третьего уровня (type=3) и обычно используется в программах в качестве контрольной точки.
Команда прерывания при переполнении INTO вызывает переход на обслуживание прерывания четвертого уровня (type = 4) в случае, когда значение флага переполнения OF = 1. Команда INTO обычно используется после арифметических команд над числами со знаком. Обычно несколько первых уровней прерываний (до 32) резервируются под обработку ряда специфических ситуаций, таких, например, как попытка деления на нуль, переполнение и тому подобных.
Особенность обработки прерываний зарезервированных уровней состоит в том, что процессор переходит к их обслуживанию независимо от значения флага IF разрешения прерываний.
Однобайтовая команда IRET ставится в конце каждой программы обслуживания прерывания и обеспечивает возврат из прерывания. По этой команде процессор извлекает из стека значение указателя команд IP и программного сегмента CS, а также восстанавливает прежнее содержимое регистра флагов F (как и по команде POPF). При необходимости содержимое остальных регистров ЦП, соответствующее прерываемой программе, может быть запомнено в стеке при переходе на программу обслуживания и затем восстановлено при возврате из нее с помощью команд обращения к стеку.
Загрузка...