Микропроцессор В1801ВМ1 архитектура и система комманд

Микропроцессор В1801ВМ1 архитектура и система комманд

Московский Институт Электроники и Математики

(технический университет)

Кафедра ИТАС

РЕФЕРАТ

по курсу : «ЭВМ и периферийные устройства»

на тему: Микропроцессор В1801ВМ1 его структура и система команд.

Выполнил: студент группы АП-41

Волков А. А.

МОСКВА 1998

Структура микропроцессора В1801ВМ1

Однокристальный 16-разрядный микропроцессор К1801ВМ1 предназначен для выполнения следующих функций:

· вычисление. адресов операндов и команд.

· обмен информацией с другими устройствами; подключенными к системной магистрали;

· обработка операндов;

· обработка прерываний от клавиатуры и уст­ройств пользователя, подключенных к разъ­ему порта ввода-вывода.

Процессор является единственным активным устройством микроЭВМ, управляющим циклами обращения к системной магистрали и обрабатываю­щим прерывания от пассивных устройств, которые могут посылать или принимать информацию только под управлением процессора.

Микропроцессор К1801ВМ1 работает в БК с так­товой частотой 3 МГц и содержит следующие основные функциональные блоки :

· 16-разрядный операционный блок, служащий для формирования адресов команд и операндов, выполнения логических и арифметических операций, хранения операндов и результатов;

· блок микропрограммного управления, вырабатывающий  последовательность микрокоманд, Соответствующую коду принятой  машинной команды. Этот блок построен на базе программируемой логической матрицы (ПЛМ). содержащей 250 логических произведений;

· блок прерываний, организующий приоритетную систему прерываний (прием и предварительная обработка внешних и внутренних запросов на прерывание);

· интерфейсный блок, обеспечивающий об­мен информацией между микропроцессором ром и прочими устройствами, подключен­ными к системной магистрали. Этот же,  блок осуществляет арбитраж при операциях  прямого доступа к памяти, формирует

· последовательность. управляющих сигналов:

· блок системной магистрали, связывающий внутреннюю магистраль однокристального микропроцессора с внешней, управляю­щий усилителями приема и передачи информации на совмещенные выводы адресов и данных;

· схема тактирования, обеспечивающая синхронизацию работы внутренних блоков микропроцессора.

Система команд, реализованная в ПЛМ блока микропрограммного управления микропроцессора К1801BM1, совпадает с системой команд наиболее распространенных отечественных мини- и микро­-ЭВМ типа «Электроника 60» (ДВК-2. 3, 4 и т.п.) и практически аналогична принятой для компьютеров серии DEC. Предусмотрен также ряд специальных команд, предназначенных для работы с системным ПЗУ К1801РЕ1.

Сигналы AD0-AD15 представляют собой адреса и данные, передаваемые по совмещенной системной магистрали. Передача адресов и данных по одним и тем же линиям связи обеспечивается путем разделе­ния этих операций во времени.

Группа сигналов SYNC, DIN, DOUT, WTBT, RPLY служит для управления передачей информа­ции по системной магистрали:

·   SYNC- вырабатывается процессором как указание, что адрес находится на выводах системной магистрали, и сохраняет активный уровень до окончания текущего цикла обмена информацией;

·   RPLY- вырабатывается пассивным устройством в ответ на сигналы DIN и DOUT. При отсутствии сигнала RPLAY (т. е. когда выбранное устройство- регистр или ячейка памяти - не отвечает) процессор отсчитывает 64 такта синхрогенератора и затем îòðàáàòûâàåò прерывание по зависанию (вектор 4);

·   DIN- предназначен для организации ввода данных (когда микропроцессор во время действия сигнала SYNC готов принять данные от пассивного устройства) и ввода адреса вектора прерывания (DIN вырабатывается совместно с сигналом IAK0 при пассивном уровне SYNC);

·   DOUT- означает, что данные, выдаваемые микропроцессором, установлены на выводах системной магистрали;

·   WTBT- указывает на работу с отдельными байтами и вырабатывается при обращении по нечетному адресу (операнд - старший байт) или при отработке байтовых команд.

Сигнал VIRQ является запросом на прерывание от внешнего устройства, информирующим микропроцессор о готовности устройства передавать адрес вектора прерывания. Если прерывание разрешено, то в ответ на этот сигнал процессор вырабатывает сигналы DIN и IAK0.

Сигнал IRQ1 обеспечивает управление режи­мом «ÑÒÎÏ-ÏÓÑÊ» процессора с внешнего пере­ключателя. Низкий уровень сигнала (активный) соответствует  режиму «СТОП».

Сигналы IRQ2 и IRQ3 вызывают прерывания по фиксирован­ным векторам 100₈ и 270₈ соответственно (при пере­ходе из высокого уровня в низкий) .

Сигнал предоставления прерывания IAK0 процессор вырабатывает в ответ на внешний сигнал VIRQ. Сигнал IAK0 передается по очереди, начиная с устройства с максимальным приоритетом, ретранслируясь  от одного устройства к другому в порядке уменьшения приоритетов. Устройство с наибольшим приоритетом из числа выставивших запрос на прерывание (сигнал VIRQ) запрещает дальнейшее распространение сигнала IAK0, таким образом запрещая на время обработки данного прерывания запросы от устройств с тем же или более низким приоритетом. Однако устройства с более высоким приоритетом могут прервать обработку повторным («вложенным») прерыванием.

Сигнал DMR вырабатывается внешним активным устройством, требующим передачи ему системной магистрали (режим прямого доступа к памяти). В ответ па него процессор устанавливает сигнал DMGO, предоставляющий системную магистраль внешнему устройству с наивысшим приоритетом из числа запросивших прямой доступ (механизм реализации приоритетов - тот же, что и для прерываний). Это устройство прекращает дальнейшее распространение сигнала DMGO и выставляет сигнал SACK, означающий, что устройство прямого доступа к памяти (ПДП) может производить обмен данными, независимо от процессора используя стандартные циклы обращения к системной магистрали.

Низкий уровень сигнала BSY означает, что микропроцессор начинает обмен по магистрали (т.е. что она занята для других устройств). Переход сигнала из низкого уровня в высокий указывает на окончание обмена.

Сигнал аварии источника питания DCLO вызывает установку микропроцессора в исходное состояние и появление сигнала INIT. Сигнал аварии сетевого питания ACLO вызывает переход микропроцессора на обработку прерывания по сбою питании (высокий уровень свидетельствует о нормальном сетевом напряжении).

Сигнал SEL1 инициализирует обращение к регистру управления системными внешними устройствами, а сигнал SEL2 - к регистру порта ввода-вывода. Направление обмена данными между микропроцессором и регистрами определяется сигналами DIN или DOUT соответственно. Выставление сигнала RPLY от этих регистров не требуется. Длительности сигналов SEL1 и SEL2 совпадают с длительностью сигнала BSY.

Сигнал INIT является ответом микропроцессора на сигнал DCLO и используется, как правило, для установки периферийной части системы в исходное состояние.

Общие характеристики микропроцессора К1801ВМ1

Система команд микропроцессора К1801ВМ1

Данный процессор содержит 8 регистров общего назначения (РОН, обозначение в описании команд RN, ãäå N=0..7)один внутренний регистр состояния процессора PSW в котором задействовано 5 битов, каждый из которых имеет свои имена:

· C-бит переполнения

· T-бит трассировки

· V-бит арифметического переполнения

· Z-бит равенства 0

· N-бит отрицательного числа

Два регистра из РОН (R6 и R7) отвечают за следующие функции:

· R6 (SP)-Указатель стека

· R7 (PC)-Счетчик команд.

При описании команд, используются следующие обозначения:

· «SS» - поле адресации операнда-источника

· «DD» - поле адресации операнда-приемника

· «XXX»- смещение (-128,...,+128; 8 бит)

· «N» - число, 3 бита

· «NN» - число, 6 бит

· «(N)» -содержимое ячейки или регистра N

· «s» - операнд -источник

· «d» - операнд -приемник

· «r» - содержимое регистра

· «<=» - становится равным

· «X» - относительный адрес

· «%» - определение регистра

· «/\» - логическое И

· «\/» - логическое ИЛИ

· «\\» - исключающее ИЛИ

· «|» - НЕ

Операции над разрядами PSW

· «*» - установка/сброс по результату

· «-» - состояние разряда не меняется

· «0» - сброс

· «1» - установка

Методы адресации

Метод                                                          мнемоника        

0. регистровая                                         R      

1. косвенная регистровая                        ( R ) или     @R

2. автоинкрементная                      ( R )+                   

3. косв. автоинкрементная             @( R )+

4. автодекрементная                      -( R )

5. косв. автодекрементная             @-( R )

6. индексная                                             X( R )                  

7. косв. индексная                                    @X( R )

Команды работы с программами

000000         HALT         останов

000001         WAIT         пауза - ожидания прерывания

000002         RTI             возврат из прерывания ( PC <=(SP)+)

000003         BPT            отладочное прерывание (-(SP) <=PSW <=(16) )

000004         IOT             вызов системы ввода вывода ( -(SP) <=PC <= (22) )

000005         RESET       сброс магистрали и процессора

000006         RTT            возврат, с запретом прерывания по Т-разряду до исполнения следующей команды ( PC<=(SP)+      PSW<=(SP)+ )

0001DD        JMP            безусловный переход  ( PC <= d )

00020R         RTS            возврат из подпрограммы ( PC <= R <=(SP)+

000240         NOP           нет операции

004RDD       JSR             вызов подпрограммы (-(SP) <= R <= PC <= d )

0064NN        MARK        восстановление стека ( -(SP)<=PC +(2 x NN)    PC<=R5 <=(SP)+

077RNN       SOB            выч. 1 и ветвл., если (R#) не 0  ( R# <= R#-1     PC<=PC=( 2xNN) )

104000-104277      EMT вызов подпрограммы ПЗУ    (-(SP)<= PSW <= (32) -(SP)<= PC <= (30) )

1064SS         MTPS         запись PSW         ( PSW <= s )

1064Dd        MFPS         чтение PSW         ( d <= PSW )

Переходы по условию (ветвления)

Если условие выполняется, то (PC) <= (PC) + (2 x NN)

000400 + XXX      BR              безусловный переход

001000 + XXX      BNE           нет равенства ( нулю )  Z=0

001400 + XXX      BEQ           равенство ( нулю )                 Z=1

102000 + XXX      BVC           арифм.переп. отсутствует      V=0

102400 + XXX      BVS            произошло арифм.переп.      V=1

103000 + XXX      BCC           перенос отсутствует               C=0

103400 + XXX      BCS            произошел перенос                С=1

Переход по знаку

100000 + XXX      BPL            знак плюс                               N=0  

100400 + XXX      BMI            знак минус                    N=1

002000 + XXX      BGE           больше или равно (нулю)      N\\V=0

002400 + XXX      BLT            меньше (нуля)                        N\\V=1

003000 + XXX      BGT           больше (нуля)               Z\/(N\\V)=0

003400 + XXX      BLE            меньше или равно(нулю) Z\/(N\\V)=1

Переход без знака

101000 + XXX      BHI             больше                                    C\/Z=0

101400 + XXX      BLOS         меньше или равно                  C\/Z=1

103000 + XXX      BHIS           больше или равно                  C=0

103400 + XXX      BLO            меньше                                    C=1

Одно-операторные команды

Условные обозначения: «*»=0 операции над словами

1 операции над байтами

                                                   N Z C V

0003DD        SWAB        перестановка байтов                                 *  * 0  0

*050DD        CLR(B)       очистка                (d) <=0                           0 1 0  0

*051DD        COM(B)     побитная инверсия  (d) <= (|d)                  *  * 0  0

*052DD        INC(B)        прибавление 1       (d) <=(d)+1                  *  *  *-

*053DD        DEC(B)      вычитание 1          (d) <=(d)+1                  *  *  *-

*054DD        NEG(B)      изменение знака  (d) <=-(d)             *  *  *  *

*055DD        ADC(B)      прибавить перенос  (d)<=(d)+C      *  *  *  *

*056DD        SBC(B)       вычесть перенос      (d)<=(d)-C        *  *  *  *

*057DD        TST(B)       проверка                       (d)<=(d)                *  *  0 0

*060DD        ROR(B)      циклич. сдвиг вправо    => C,d       *  *  *  *

*061DD        ROL(B)       циклич. сдвиг влево        C,d <=               *  *  *  *

*062DD        ASR(B)       арифм. сдвиг вправо (d)<=(d)/2      *  *  *  *

*063DD        ASL(B)       арифм. сдвиг влево   (d)<=(d)*2      *  *  *  *

*067DD        SXT            расширить знак  N=0 (d)<=0          0 1 0-                                                                      N=1 (d)<=177777 1 0 0-

Двух операторные команды

                                                                                                        N S V C

*1SSDD       MOV(B)     переслать             (d)<=(s)                      *  *   0-

*2SSDD       CMP(B)      сравнить              (s)-(d)                         *  *   *  *

*3SSDD       BIT(B)        проверить разряды      (s)/\(d)               *  *  0 -

*4SSDD       BIC(B)        очистить разряды  (d)<=(|s)/\(d)    *  *  0 -

*5SSDD       BIS(B)        установить разряды (d)<=(s)\/(d)   *  *  0 -

06SSDD       ADD           сложить                         (d)<=(s)+(d)  *  *  *  *

074RSS        XOR           исключающее или    (s)<= (r )\\(s)  *  * 0 -

16SSDD       SUB            вычесть                         (d)<=(d)-(s)   *  *  *  *

Операции с разрядами PSW

Список литературы

Персональный компьютер БК-0010 (Приложение к журналу «Информатика и образование» )