Lab_pr_MP_14

2

Составители: А.П. Торгашев, А.Ю. Демин, И.С. Фролов, Г.С. Фролов

УДК 004.7(07)

ББК 32.973.26-04(7)

Способы адресации в микропроцессорных системах: Лабораторный практикум /Уфимск. гос. авиац. техн. ун-т; Сост.: А.П. Торгашев, А.Ю. Демин, И.С. Фролов, Г.С. Фролов. – Уфа, 2014. – 44 с.

Лабораторный практикум посвящен изучению микропроцессор- ного стенда УМПК-80, изучению способов адресации к внешним уст- ройствам и памяти в микропроцессорных системах, исследованию ко- манд условных переходов и организации программных циклов. Рас- смотрены краткие теоретические сведения по структурной организации микропроцессорных систем, методам адресации, основным понятиям и терминам микропроцессорной техники, примеры простых программ для МП Intel 8080. В приложении приведены машинные коды команд Ассемблера. Даны задания к лабораторным работам и методика их вы- полнения.

Табл. 4. Ил. 8. Библиогр.: 7 назв.

Рецензенты: канд. техн. наук, доц. Мукаев Р.Ю. канд. техн. наук, доц. Уразбахтин Р.Н.

4

Введение

Учебный стенд УМПК-80 построен на базе аналога процессора i8080 фирмы Intel. Микропроцессорная система на его основе содержит все основные модули, которые имеются в современных процессорах, и является простым и наглядным примером для начального изучения микропроцессорных систем. Ассемблер (низкоуровневый язык про- граммирования) процессоров i8080 имеет все необходимые состав- ляющие, представленные в ассемблерах других процессоров (команды пересылок, арифметические и логические операции, команды сдвигов, переходов, вызовов подпрограмм и возвратов из них, прямых обраще- ний к памяти и прочее) и может рассматриваться как язык начального уровня, легкий в освоении. Навыки программирования на ассемблере i8080, безусловно, облегчат освоение языков низкого уровня всех дру- гих процессоров и однокристальных ЭВМ.

Для ускорения и облегчения освоения ассемблера i8080 при вы- полнении лабораторных работ рекомендуется использовать разрабо- танный авторами эмулятор стенда УМПК-80 [7], который реализует с помощью программных средств возможности стенда на компьютере с операционной системой Windows. Это позволяет получить больше практических навыков при написании программ на ассемблере, уско- рить процесс выполнения лабораторных работ и проводить дистанци- онное обучение основам микропроцессорной техники.

Ограничения эмулятора: программа достаточно точно имитирует реальную работу УМПК-80, однако временные интервалы, получаемые расчетным путем для МП i8080, программой в точности не обеспечи- ваются. Рекомендуется с помощью эмулятора отлаживать общую рабо- тоспособность программ (корректность пересылок, переходов, вызовов подпрограмм), а точность получения расчетных временных интервалов проверять непосредственно на УМПК-80.

Примечание. Разработчики будут благодарны за сообщения обо всех выявленных ошибках и сбоях в работе программы.

5

ЛАБОРАТОРНАЯ РАБОТА МПТ-1 ОЗНАКОМЛЕНИЕ С УЧЕБНЫМ СТЕНДОМ УМПК-80 И ЕГО ПРОГРАММНЫМ ЭМУЛЯТОРОМ.

ЗАПИСЬ И ВЫПОЛНЕНИЕ ПРОСТЫХ ПРОГРАММ

1.1. ЦЕЛЬ РАБОТЫ

Изучение структуры учебной микроЭВМ, карты памяти, органов управления и режимов работы.

1.2. ЗАДАЧИ РАБОТЫ

Приобретение навыков написания и отладки программ на низкоуров- невом языке программирования, закрепление знаний о методах адреса- ции в программах.

1.3. КРАТКИЕ ТЕОРЕТИЧЕСКИЕ СВЕДЕНИЯ

1.3.1. Учебная микроЭВМ на базе микропроцессорных БИС с фиксированным набором команд

Учебная микроЭВМ предназначена для знакомства с особенно- стями построения микроЭВМ на микропроцессоре (МП) с фиксиро- ванным набором команд и может быть использована для исследования методов программирования и работы БИС микропроцессорного ком- плекта. МикроЭВМ может применяться как управляющая ЭВМ при создании и исследовании работы систем управления различными объ- ектами. Она является легко осваиваемым и удобным средством для от- ладки относительно небольших (до 0,5К байт) программ пользователя. Открытая конструкция и наличие большого количества средств инди- кации позволяют наглядно исследовать процесс преобразования и пе- редачи информации в микроЭВМ. В лабораторном практикуме исполь- зуются стенды в варианте исполнения А (далее по тексту - стенды А) и в варианте исполнения Б (далее по тексту - стенды Б). Стенды А имеют внутренний источник питания, обеспечивающий их работу от сети 220 В, 50 Гц, стенды Б запитываются от внешнего источника питания через разъем на задней панели стенда. Кроме того, стенды отличаются адре- сами внешних устройств (табл. 1.2, 1.3 и рис. 1.2 и 1.3) и методами ор-

6

ганизации адресного пространства – в стендах А используется метод разделенного адресного пространства, при котором обращение к внеш- нему устройству происходит как к ячейке памяти, в стендах Б исполь- зуется метод раздельного управления памятью и внешними устройст- вами, при котором для обращения к ячейкам памяти и к внешним уст- ройствам используется различный набор управляющих сигналов, фор- мируемых системным контроллером КР580ВК28 (аналог i8228, Intel).

1.3.2. Структура учебной микроЭВМ

На рис.1.1 приведена структура микроЭВМ, где показаны ее от- дельные блоки. В структуру микроЭВМ входят следующие блоки и ма- гистрали:

−блок центрального процессора БЦП со схемой тактового пи- тания СхТП;

−формирователи магистрали данных ФМД, управления ФМУ, адреса ФМА;

−8-разрядная магистраль данных МД для двунаправленного обмена данными между отдельными узлами микроЭВМ;

−16-разрядная однонаправленная магистраль адреса МА, управляемая МП БИС и используемая для адресации к памя- ти и отдельным узлам микроЭВМ;

−5-разрядная однонаправленная магистраль управления МУ, управляемая МП БИС и служащая для определения режима работы микро- ЭВМ при выполнении каждого машинного цикла;

−блок памяти (БП), включающий в себя ОЗУ емкостью 1К байт и ПЗУ емкостью 2К байт;

−регистры ввода РгВв с переключателями П и вывода РгВыв с индикацией состояний светодиодами;

−схема выдачи кода прерывания СхВКПр;

−схема дешифрации адреса СхДША, формирующая сигналы выборки устройств;

−клавиатура управления и ввода данных К, состоящая из 9 клавиш управления, клавиши начальной установки микро- ЭВМ и 16 клавиш для введения шестнадцатеричных кодов чисел.

ФМУ

МА

МУ

МД

ПК ВУ

Рис. 1.1. – Структура учебной микроЭВМ УМПК-80

8

Для ввода информации в микроЭВМ с клавиатуры в структуру введен регистр чтения клавиатуры РгЧК и регистр сканирования мат- рицы клавиш РгСк.

Для отображения данных и адресов при вводе с клавиатуры в систему введен 6-разрядный дисплей восьмисегментных светодиод- ных индикаторов Д, четыре разряда которого служат для отображе- ния кода адреса в шестнадцатеричной системе счисления, а два - для отображения данных. Этот же дисплей служит для отображения ре- зультатов выполнения пользовательских программ и контроля за промежуточными результатами при отладке программ.

Для управления дисплеем Д в микроЭВМ используются два ре- гистра: регистр сегментов дисплея РгСг и регистр сканирования РгСк (тот же, что и для сканирования матрицы клавиш).

Для генерации звука в микроЭВМ введена схема выдачи звуко- вого сигнала СхВЗС.

Магистрали микроЭВМ, а также входной и выходной регистры имеют светодиоды СвД, указывающие их состояние.

1.3.3.Адресация в учебной микроЭВМ

ВмикроЭВМ в варианте исполнения А реализована адресация с помощью карты памяти: каждому физическому устройству макета ставится в соответствие адрес, и обращение к нему при таком типе адресации аналогично обращению к ячейке памяти с использованием всего набора команд МП БИС. В табл. 1.1 приведена карта памяти микроЭВМ, из которой видно, что первые 2К байт адресов (с адреса 0000h по 07FFh) занимает ПЗУ, в котором записаны управляющие и демонстрационные программы; адреса с 0800h по 0FFFh (следующие 2К адресов) - ОЗУ; далее память распределяется блоками также по 2К адресов до адреса 87FFh между входными и выходными регистрами микроЭВМ. С адреса 8800h до FFFFh (конечный адрес, доступный прямым образом микропроцессору i8080/85 и КР580ВМ80А) разме- щается область неиспользуемого микроЭВМ УМПК-80 адресного пространства.

10

Оперативная память микроЭВМ (ОЗУ) используется как для за- писи, хранения и модификации данных исследуемых программ (об- ласти памяти с адресами от 0В00h до 0BB0h и с 0C00h до 0FFFh), так и для временной записи и хранения данных управляющей программы (область памяти с адресами от 0BB1h до 0BFFh). При этом адрес 0ВВ0h является начальным адресом стека («верхушкой» стека) – об- ласти памяти, доступ к которой может осуществляться с помощью специальных команд операций со стеком по принципу LIFO – Last In

– First Out («последним зашёл – первым вышел»).

Для записи кодов команд (программ) пользователя в адресном пространстве микроЭВМ зарезервированы адреса с 0800h по 0AFFh. Большинство из приведенных в лабораторном практикуме программ начинаются с адреса 0800h и могут быть без изменения адресов ис- следованы на данном макете. Эта область памяти в учебной микро- ЭВМ УМПК-80 схемотехнически защищена от случайной записи во время выполнения программ пользователя в автоматическом (не по- шаговом) режиме работы, что исключает возможность модификации расположенных в ней данных в процессе исполнения программы. Для записи данных при автоматическом выполнении программ необхо- димо использовать область ОЗУ с адреса 0В00h по адрес 0ВВ0h (для стендов Б - с адреса 0C00h по 0CB0h).

Следует помнить, что стек в процессорах i8080/85 и КР580ВМ80А работает на автоуменьшение. Это означает, что до на- чала исполнения команды, оперирующей со стеком, в 16-разрядном регистре – указателе стека SP (Stack Pointer) хранится адрес начала стека. В случае УМПК-80 – это адрес 0BB0h. При этом в 8-разрядном регистре SPH (старшие 8 разрядов регистра стека SP) хранится стар- ший байт адреса (0Bh), а в регистре SPL (младшие 8 разрядов регист- ра стека SP) – младший байт адреса (B0h). При каждой записи в стек указатель стека SP автоматически декрементируется на длину записи в стек (количество байт, занесенных в стековую область памяти). При записи двух байт (например, двухбайтного адреса возврата из под- программы после выполнения команды CALL) в регистре стека SP будет записано 16-разрядное число 0BAEh (0Bh – в SPH, AEh – в SPL), то есть регистр стека SP будет указывать на следующую сво- бодную для записи ячейку памяти в области, отведенной под стек. При этом в 8-разрядных ячейках с адресами 0BB0h и 0BAFh будут