: Микропроцессор В1801ВМ1 архитектура и система команд

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 пре рываний 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 пр ерывания 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 логич еских и арифметических операций, хранения операндов и результатов; · блок микропрограммного управления , вырабатывающий последовательность микрокоманд, Соответствующу ю 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 устройств ами, 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 от вет 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 раб оту с отдельными байтами и вырабатывается при обраще нии по нечетному адресу (операнд - старший байт) или при отработке байтовых команд. Сигнал VIRQ является запросом на прерывание от внешнего устройства, информи рующим 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 100 8 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 устанавли вает 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 микропро цессора 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

Представление чисел	В дополнительном коде с фиксированной запятой
Виды команд	Безадресные, одноадресные, двухадресные
Виды адресации	Регистровая, регистровая косвенная, автоинкрементная, автоинкрементная косвенная, автодекрементная, автодекрементная косвенная, индексная, индексная косвенная
Количество регистров общего значения	8
Количество уровней прерывания	4
Тип системной магистрали	Q-bus (МПИ, ОСТ 11.305.903-80)
Адресное пространство, Кб	64
Тактовая частота, МГц	До 5
Максимальное быстродействие при выполнении регистровых операций, оп./с	До 500000
Потребляемая мощность, Вт	Не более 1
Напряжение питания, В	+5 ( ±5% )
Уровни сигналов, В: «лог.0»(активный уровень)	Менее 0,5
«лог.1»	Более 2,4
Нагрузочная способность по току, мА	3,2
Емкость нагрузки, пФ	До 100
Технология изготовления	N-МОП
Конструкция	Плананарный металлокерамический корпус с 42 выводами

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			R

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)

Базовый КОП								±	XXX
15							8	7							0

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

Код операции (КОП)										DD
15									6	5					0

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

КОП				SS						DD
15			12	11					6	5					0

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

Базовый КОП =240											0/1	N	Z	V	C
15							6	7			4	3	2	1	0
Очистить
000241 CLC C												-	-	-	0
000242 CLV V												-	-	0	-
000244 CLZ Z												-	0	-	-
000250 CLN N												0	-	-	-
000257 CCC N Z V C												0	0	0	0
Установить
000261 SEC C												-	-	-	1
000262 SEV V												-	-	1	-
000264 SEZ Z												-	1	-	-
000270 SEN N												1	-	-	-
000277 SCC N Z V C												1	1	1	1

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