4.1 Структура мп кр1810

Условно структура МП делится на 3 части:

1. Устройство сопряжения с шиной.

2. Операционное устройство.

3. УУ.

4.1.1 Устройство сопряжения с шиной

Предназначена для организации опережающей выборке команд из памяти и формирования очереди выбранных байт в последовательности команд. Содержит 6 регистров очереди команд, СК (IP), сегментные регистры и сумматор.

6 однобайтных регистров очереди команд образуют собственный регистр команд МП, из которого операционное устройство последовательно извлекает очередную команду. Данный регистр является 8-разрядным, благодаря чему загрузка осуществляется побайтно. Как только в очереди команд освобождается 2 регистра, так параллельно с работой операционного устройства и независимо от него, устройство сопряжения с шиной выбирает из памяти следующие 2 байта. Т.е. в МП происходит совмещение 2-х процедур: при одном цикле обращения к памяти выполняется 2 однобайтные команды.

Учитывая, что структура памяти такова, что 2 смежных байта образует 2-х байтное слово, с которым работает МП, то в памяти они располагаются таким образом, что старший байт хранится в ячейке с большим адресом, при этом начало слова может располагаться на четном или нечетном адресе. При хранении начиная с четного адреса, слово передается за 1 цикл шины. Во 2-ом случае за 2.

А дресуемая область памяти составляет 1 Мб, следовательно формат адреса = 20 бит, т.е. МП генерирует 20-разрядные адреса памяти, но исходя из своей организации манипулирует логическими адресами, содержащими 16-разрядные сегменты и 16-разряднео внутрисегментное смещение. При этом логические адреса, с которыми работает МП, преобразуются в физические по следующему закону.

Подобная адресация требует использование специального механизма, называемого сегментацией памяти. В соответствии с чем, все адресуемое пространство разбивается на сегменты емкостью 2⁶⁴ байта каждый, при этом начальный адрес каждого сегмента, т.е. 20 бит, имеет в 4-х младших разрядов нулевое значение. Т.е. сегменты начинаются на границах блоков по 16 байтов.

Начальный адрес сегмента хранится в 16-разрядном сегментном регистре, а обращение к байту или слову внутри сегмента осуществляется с использованием 16-разрядного смещения, которое программируется непосредственно в операционном устройстве. При этом, если содержимое сегментного регистра =0, то исполнительный адрес равен смещению, что используется в системах, где емкость памяти не превышает 64 кбайт.

Большинство команд МП оперирует только 16-разрядным смещением, а сегментные адреса находится в одном из 4-х регистров в блоке адресации. Данные регистры содержат начальные адреса сегментов, адресуемых в процессе выполнения программ. Каждый сегментный регистр задает конкретный сегмент памяти, что находит отражение в их названии:

1. CS –сегмент кода,

2. DS-сегмент данных,

3. SS-сегмент стека,

4. ES-экстрокодовый сегмент

Принцип формирования:

1)выборка команд из памяти осуществляется из текущего сегмента (содержимое CF) по адресу, сформированного путем суммирования содержимого CS и смещения (содержимое IP).

2)При формировании исполнительных адресов данных, содержимое регистра DF суммируется со смещением, выдаваемого из операционного устройства из регистров SI, DI, BI.

3)Все обращения к стеку осуществляются через сегментный регистр стека FF и смещения, содержащегося в регистрах SP или BP. Сегментные регистры не используются только при выполнении команд ввода/вывода информации.

4)В операциях над цепочками байт физический адрес формируется из содержимого регистра EF и смещения в DI.

Основное назначение сегментных регистров – динамическое перемещение программ и данных в памяти, которое необходимо в мультипрограммной среде, т.е. в этом случае для динамического перемещения между программами достаточно модифицировать содержимое сегментных регистров, при этом манипуляции с сегментными регистрами осуществляется только операционной системой без возможности доступа к ним прикладных программ.

Адресуемое пространство ввода/вывода состоит из 2¹⁶ портом, которые адресуются аналогично ЯП без использования сегментных регистров, т.е. все порты ввода/вывода принадлежат одному сегменту. Первые 2⁸ портом могут быть доступны по прямой/косвенной адресации, а к более старшим портам организуется только косвенная адресация, т.е. адрес находится в регистре определяемой командой. Исполнительный адрес портов ввода/вывода имеет формат 20 разрядов (20 бит), но старшие 4 разряда всегда равны 0.

4.1.2 Операционное устройство.

Выполняет следующие действия:

1)извлекает команды из очереди команд

2)реализует предписанными командами операции в 16-разрядном АЛУ.

В состав входят: блок регистров, АЛУ, регистр признаков.

Попытки совместимости с МП580 оказало влияние на специализацию многих внутренних регистров, т.е. все регистры имеют аналоги в 1810. Данное действие позволило программы 8-разрядного процессора трансформировать их для выполнения 16-разряного.

Блок регистров условно разделяется на 2 части:

1)Общего назначения: 4 16-разрядные регистра AX, BX, CX, DX. При этом регистры допускают адресацию как полностью 16-разрядных слов (индекс Х), так и независимую адресацию младших (индекс L) и старших (индекс H) 8 байт. Такая организация адресации регистров позволяет прямо обрабатывать как байты, так и 2-х байтные слова. Все регистры блока РОН на общих основаниях могут участвовать в выполнении арифметических и логических операциях, как представляя операнды, так и фиксируя результат. На ряду с этим, в системе команд МП имеется определенное количество команд, которое специализирует некоторые регистры.

AX выполняет функцию аккумулятора. При этом только с ним связаны операции умножения и деления, а также преобразования десятичной коррекции. Данный регистр участвует в операциях ввода/вывода в качества источника или приемника при организации косвенной адресации. Кроме этого регистр AL соответствует аккумулятору МП580.

BX регистры базы, является источником базового адреса при организации смещения в косвенных адресациях. Неявным образом соответствует регистровой паре HL МП580.

CX используется в качестве счетчика в командах сдвига и зацикливания, имеет специальные команды при операциях с цепочками байт. Ряд команд, выполняющие операции с этим регистром, имеют уменьшенный формат и соответственно в 2-х и более командах, реализующие те же функции с другими регистрами.

DX неявным адресом адресуется в командах умножения и деления в качестве второго операнда. Кроме этого содержит адрес порта ввода/вывода при косвенных обращении к этим устройствам.

2)Регистры специального назначения: SP –указатель стека, BP – указатель базы и 2 индексных регистра: индекс источника SI и индекс приемника DI. Предназначены для хранения внутрисегментных смещений, обеспечивая косвенную адресацию и динамичное вычисление исполнительных адресов.

SP и BP предназначены для упрощения доступа к данным в текущем сегменте стека. DI и SI содержат смещение в текущем сегменте данных. Данные 4 регистра на общих основаниях могут участвовать в выполнении арифметических и логических операциях над 16-разрядными словами. Кроме этого эти регистры специализируются в некоторых командах, что находит отображение в их названии.

АЛУ: комбинированная схема, позволяющая выполнять простые логические операции И, ИЛИ, XOR, НЕ и арифметические операции +,-,*,/ над 16-разрядными данными, представленные в форме с фиксированной запятой. В качестве источника может быть любое содержимое любого регистра блока операционного устройства или косвенно адресуемая ЯП. Сохранение результата производится на место любого из операндов.

АЛУ непосредственно связано с регистром признаком F – 16-разрядный регистр, который содержит общую информацию о полученном результате. При этом младший байт регистра полностью соответствует регистру признаков МП580 и содержит признаки:

- знак SF

- нуль ZF

- бита переполнения байта CF

- бита переполнения тетрады в байте AF

- бит четности паритета PF

Кроме перечисленных признаков, которые фиксируют особенности результата последней операции в старшем разряде МП содержит 4 дополнительных признака:

- OF признак переполнения 16-разрядного слова

- DF признак направления, определяет направление сканирования массива данных в специальных операциях с цепочками. =0 инкрементирования адреса, =1 декрементируется адрес.

- IF признак прерывания. Программно-доступный флаг для организации программного маскирования прерывания. =0 все прерывания запрещены, =1 разрешены.

- TF признак прослеживания. =1 работа МП переводится в пошаговый режим.

Специализация некоторых блоков регистров позволило разработчикам МП закодировать команды МП в укороченном формате путем использования неявной адресации, что привело к нерегулярности структуре регистров.