10.5 Контрольні запитанння

1) Призначення, види й особливості операцій розгалужування;

2) Прийняття рішень і альтернативи в програмуванні;

3) Принцип організації чи циклу розгалужування в програмі;

4) Особливості використання умов при переходах;

5) Техніка виконання команд переходів.

Лабораторна робота № 11 маніпуляції зі стеком.Виклик і повернення з підпрограм.Переривання

11.1 Мета роботи

Вивчення стекової організації пам'яті, особливостей роботи з підпрограмами.

11.2 Загальні відомості

Стеком називають спеціально організовану область пам'яті (ОЗП), використовувану для збереження і відновлення даних і адрес, що функціонує за конвейерним безадресним принципом.

Стек являє собою послідовний динамічний лінійний список даних, що передбачає доступ до нього з одного кінця. Тому часто використовують для визначення стека поняття-синоніми - магазинна пам'ять чи список типу "ввійшов останнім, вийшов першим".

Фізично стек може бути реалізований у виді набору внутрішніх регістрів мікропроцесора, як це є в розглянутому випадку, чи розміщений у пам'яті. Стан стека відображається в регістрі, аналогічному регістровой парі, названій покажчиком стека.

Запам'ятовування в стеці називають занесенням і позначають (), а вибірку з нього – витягом (). Звертання до стеку можливо тільки через одну комірку - верхню чи нижню. Адреса зазначеної комірки зберігається в регістрі загального призначення (РЗП), що використовується як покажчик стека (SP).

На практиці стек використовується для збереження і відновлення вмісту регістрів, при роботі з підпрограмами і перериваннях слід зазначити, що в останніх двох випадках стек використовується автоматично.

В НМК передбачені три типи операцій зі стеком: запис, відновлення й обмін. Границя області стека визначається 16-розрядним регістром - покажчиком стека ПС (SP). Запис у стек здійснюється при збереженні в пам'яті вмісту пар регістрів, при виклику підпрограми (адреса повернення), а також при перериваннях.

Запис у стек робиться в такий спосіб:

1) з покажчика стека віднімається 1;

2) за адресою покажчика стека записується старший байт (старший регістр чи старший байт адреси);

3) з покажчика стека віднімається 1;

4) за адресою покажчика записується молодший байт.

Таким чином, щораз, коли в стек міститься один байт інформації, здійснюється від'ємне збільшування покажчика стека. Стек заповнюється в напрямку зменшення значень адрес пам'яті.

Схематичне збереження вмісту пари регістрів R1,R2 за допомогою стека показане на рисунку 11.1.

а - схема запису вмісту регістрової пари в стек;

б - відновлення вмісту регістрової пари

Рисунок 11.1 – Збереження та відновлення вмісту регістрової пари

Відновлення вмісту пари регістрів і повернення здійснюється в зворотному (описаному вище) порядку:

1) за адресою в покажчику стека зчитується молодший байт;

2) до покажчика стека додається 1;

3) зчитується вміст старшого байта;

4) до покажчика стека додається 1.

Відновлення вмісту пар регістрів зі стека повинно робитися в порядку зворотному запису.

Н априклад: якщо в стек записана послідовність BC, DE, HL, то відновлення робиться в зворотному порядку HL, DE, BC. Обмін зі стеком, як операція, припускає обмін вмісту верхнього елемента і пари регістрів HL. Значення покажчика стека при цьому не змінюється. Графічно зазначений процес виконується в такий спосіб, як зображено на рисунку 11.2.

Рисунок 11.2 – Обмін зі стеком

При виклику підпрограми в стек записується адреса команди, що виконується за командою виклику підпрограми. При поверненні з підпрограми. зі стека в лічильник команд записується адреса повернення. При цьому необхідно пам'ятати, щоб безпосередньо перед виконанням команди верхнім елементом стека було значення адреси повернення. Це значить, що в програмі між командами виклику підпрограми і повернення не повинно бути команд завантаження стека без відновлення.

Особливістю звертання до підпрограми є забезпечення як виходу з головної програми, так і повернення. При цьому повернення необхідно зробити саме в те місце, з якого відбулося звертання. Схематично організація переходу при використанні підпрограми, у тому числі і вкладеної, представлена на рисунку 11.3. Для спрощення умовно показані чотири біта адреси.

а - схема звертання до підпрограми і повернення в основну програму;

б - організація виконання підпрограм

Рисунок 11.3 – Організація переходу

Слід зазначити, що можливі різні варіанти рішення приведеної задачі. Один зі способів рішення цієї проблеми полягає у використанні двох команд переходу. Причому одна команда умовного або безумовного переходу забезпечує перехід до підпрограми, по завершенню якої друга команда переходу забезпечує повернення в ту точку програми, з якої був зроблений перехід. Недоліком такого способу є те, що необхідно знати заздалегідь, у якій точці головної програми відбувся перехід.

Підпрограма за суттю являє собою фрагмент програми, звертання до якої може мати місце в будь-якій точці головної програми звичайно значну кількість разів. Тому легше домогтися зазначеної мети за допомогою команди виклику підпрограм. Механізм її дії заснований на запам'ятовуванні поточного вмісту лічильника команд у момент звертання до підпрограми, що дозволяє легко здійснити повернення в перервану послідовність команд головної програми. На практиці зазначені операції реалізуються лічильником команд, стеком і покажчиком стека. Схематично їхня взаємодія представлена на рисунку 11.4

Чергова область стека

МБ ЛК підпрограми

СБ ЛК підпрограми

МБ ЛК головної програми

СБ ЛК головної програми

00CD	. . .
00CE	SUB CALL
00CF	СБ адреси
00D0	МБ адреси
00D1	INC A
00D2	JNZ
00D3	СБ адреси
00D4	МБ адреси
00D5	. . .

a б

а - фрагмент області основної програми в момент звертання до підпрограми;

б - область стека в момент звертання до підпрограми.

Рисунок 11.4 – Звертання до підпрограми

При звертанні до підпрограми поточний вміст лічильника команд завантажується в стек і вказує адресу повернення (місцеположення наступної команди). Щораз, коли в стек міститься 1 байт інформації, здійснюється від'ємне збільшення покажчика стека. Стек заповнюється в напрямку вказівки значень адрес пам'яті.

Після завантаження адреси повернення в стек, у лічильник команд завантажується адреса області пам'яті, з якої починається виконання підпрограми (другий і третій байти команди виклику підпрограми). Попередній вміст лічильника команд зберігається в стеці і витягається при збільшенні значення ПС на одиницю при закінченні виконання підпрограми по команді повернення.

Якщо в процесі виконання підпрограми відбувається звертання з неї до іншої підпрограми, то адреса повернення підпрограми так само міститься в стек, як показано на рисунку 11.4,б. При цьому виконується підпрограма другого рівня вкладення. Можливий рівень вкладення підпрограм визначається числом областей - комірок, які має стек. Простір пам'яті, що відводиться під стек, не може одночасно використовуватися іншими частинами програми. Об'єм стека обмежений. Для восьмирозрядного МП ПС - 16 біт. Отже стек може займати до 65536 байт. На практиці, якщо обсяг стека надмірно зростає, відбувається його накладання на робочу область пам'яті і робота МПС порушується, тому що МП не може повернутися до виконання вихідної програми.

Команда виклику підпрограми поєднує функції операцій завантаження в стек і переходу. Спочатку вона завантажує стек вмістом команд, потім лічильник команд завантажується адресою переходу.

Послідовність операцій така:

1) декремент покажчика стека на 1 байт;

2) старший байт лічильника команд завантажується в стек по отриманій адресі;

3) декремент покажчика стека на 1 байт;

4) молодший байт лічильника команд завантажується в стек по отриманій адресі;

5) молодший байт адреси переходу завантажується в молодший байт лічильника команд.

Розглянемо послідовність операцій при виконанні команди повернення:

1) вершина стека витягається, її вміст передається в лічильник команд ( молодший байт );

2) покажчик стека інкрементується на 1;

3) нова вершина стека ( а+1 ) витягається, її вміст передається в старший байт лічильника команд;

4) покажчик стека інкрементується на 1.

Лічильник команд містить шістнадцятирозрядну адресу наступної команди, що витягається з пам'яті. У такий спосіб по команді повернення вміст стека передається в лічильник команд.

Переривання - непередбачене звертання до підпрограми.

Переривання по своїй природі нагадують апаратно реалізований виклик підпрограми, оскільки МП має спеціальні входи, на які можуть подаватися запити на переривання від зовнішніх пристроїв (уведення / виведення). Поява на вході переривання запиту на переривання обумовлює виконання МП визначеної послідовності дій:

1) завершується виконання поточної команди;

2) записується в стек вміст лічильника команд;

3) у лічильник команд завантажується вміст певних областей пам'яті.

11.2.1 Команди переривання

EI — команда дозволу переривання.

DI — команда заборони переривання.

RST n — перехід до спеціальної підпрограми (n = 0... 7).

Для імітації апаратних переривань може бути використана кнопка < ПЕРЕРИВАННЯ > на панелі НМК чи сигнали зовнішніх пристроїв.

МП має спеціальний тригер - дозволу переривання ( ДПР ), що може бути встановлений у "1" чи скинутий у "0" командами EI чи DI відповідно. Якщо тригер ДПР скинутий у "0", система переривань блокована і сигнали ( запити ) не сприймаються. Якщо МП приймає запит переривання, то після виконання поточної команди тригер ДПР скидається в "0", і пристрій, що перериває, апаратно формує команду і посилає її в МП для виконання. Особливість зазначеної команди полягає в тому, що вона не розташовується в пам'яті, не впливає на зміну вмісту лічильника команд, користувач не може змінити. Пристрій, що перериває, формує команду RST, що викликає одну з восьми підпрограм, розташованих у перших комірках пам'яті (RST0... RST7).

Підпрограма обробки переривання повинна зберігати ознаки результату і відновлювати їх при поверненні в основну програму. Для дозволу прийому й обслуговування наступних переривань у підпрограму обробки кожного переривання повинна бути включена команда EI, після чого підпрограма може бути перервана. Таким чином, типова структура підпрограми обробки переривань така:

SUB: PUSH PSW

EI

< Тіло підпрограми >

POP PSW

RET

11.2.2 Команди запису в стек, відновлення й обміну стеком

PUSH B - запис у стек вмісту регістрової пари ВС.

PUSH D - те ж DE.

PUSH H - - // - HL.

PUSH PSW - - // - F, A.

POP D - відновлення вмісту регістрової пари DE.

POP H - те ж HL.

POP PSW - - // - F, A.

XTHL - обмін вмісту верхнього елемента стека і HL.

Як приклад, рекомендується виконати такі завдання:

1) записати до пам'яті, з адреси 800Н коди програми зберігання вмісту регістрів: BC, DE, HL, FA.

Таблиця 11.1

800	LXI SP, 920 H	31 20 09	Завантаження SP = 920H
803	PUSH B	C5	Запис BC у стек
804	PUSH D	D5	Запис DE у стек
805	PUSH H	E5	Запис HL у стек
806	PUSH PSW	F5	Запис FA

Виконати програму командою <CT> 800 <–> 807 <ВП> і заповнити таблицю 11.2.

Таблиця 11.2

BC	DE	HL	PSW	SP

Змінити вміст регістрів: B, C, D, E, H, L, A, F

2) записати програму відновлення регістрів.

Таблиця 11.3

800	POP PSW	F1	Відновлення регістрового стану
801	POP H	E1	Відновлення HL
802	POP D	D1	Відновлення DE
803	POP B	C1	Відновлення BC

Виконати програму командою <CT> 800 <–> 804 <ВП> і заповнити таблицю 11.4.

Таблиця 11.4

BC	DE	HL	FA	SP

Значення регістрів B, C, D, E, H, L, F, A повинні збігатися з відповідними значеннями таблиці 11.2. Значення покажчика стека SP = 0920 H

3) записати в пам'ять програму пересилання даних з одного масиву в інший, використовуючи для адресації регістрову пару HL і команду обміну стеком.

Таблиця 11.5

800	LXI H, 900H	21 00 09	Завантажити HL = 900H, адреса другого масиву
803	LXI SP, 0800H	31 00 08	Завантажити SP = 800H, нижня межа стека
806	PUSH H	E5	Запис HL в стек

Продовження табл. 11.5
807	LXI H, 0	21 00 00	Завантажити HL = 0, адреса другого масиву
80A	MVI C, 80H	0E 80	Завантажити C = 80H - довжина масиву
80C	MOV A, M	7E	Пересилання A  M, елемент першого масиву
80D	INX H	23	HL = HL + 1, збільшення адреси другого масиву
80E	XTHL	E3	Обмін стека з HL
80F	MOV M, A	77	Запис MA, елемент другого масиву
810	INX H	23	HL = HL + 1, збільшення адреси другого масиву
811	XTHL	E3	Обмін стека з HL
812	DCR C	0D	C = C - 1, зменшення довжини масиву
813	JNZ 80CH	C2 0C 08	Продовжити, якщо довжина > 0
816	POP D	D1	Очищення стека

Виконати програму командою <CT> 800 <–> 817 <ВП>. Підрахувати КС вихідного масиву ( 0-7FH ) і КС другого масиву (900Н-97FH), вони повинні збігатися. Заповнити табл. 11.6. При цьому HL – адреса першого масиву, DE – адреса другого масиву, С – довжина масиву.

Таблиця 11.6

HL	DE	C	КС перший масив	КС другий масив

11.2.3 Команди виклику підпрограм і повернення з них

CALL addr - виклик підпрограми по заданій адресі.

RET - повернення з підпрограми.

Слід пам'ятати, що при записі кодів команди виклику підпрограми в пам'яті спочатку розміщається молодший байт адреси, а потім старший, аналогічно з записом кодів команд завантаження регістрових пар.

Як приклад, рекомендується виконати такі завдання:

1) записати в пам'ять програму, що використовує виклики підпрограм, що здійснює порівняння вмісту HL і DE.

Таблиця 11.7

800	LXI H, 900H	21 00 09	Завантажити HL, початкова адреса масиву
803	LXI D, 97FH	11 7F 09	Завантажити DE, кінцева адреса масиву
806	LXI SP, 0B00H	31 00 0B	Завантажити ПС = B00H, нижня межа масиву
809	MVI B, 0	06 00	Завантажити B = 0, початкове значення КС
80B	MOV A, B	78	А  В
80C	ADD M	86	Підрахунок КС масиву пам'яті
80D	MOV B, A	47	В  А
80E	INX H	23	HL = HL + 1, адреса наступної комірки
80F	CALL 816H	CD 16 08	Виклик підпрограми
812	JNC 80BH	D2 0B 08	Підпрограма порівняння Якщо HL > DE, біт переносу 1 Інакше біт переносу 0
815	NOP	00
816	MOV A, E	7B
817	SUB L	95
818	MOV A, D	7A
819	SBB H	9C
81A	RET	C9

Виконати програму поетапно, установлюючи точки зупину (ТЗ) командоюи <CT> 800 <–> ТЗ <BП> відповідно до табл.11.8. Перевірити значення стека в ТЗ.

Таблиця 11.8

ТЗ	80FH	816H	81AH	812H	815H
ПС

В точці зупину ТЗ 3 ( 81АН ) переглянути вміст комірок з адресами ПС, ПС + 1. У них повинні знаходитися молодший і старший байти адреси відповідно до табл.11.9.

Таблиця 11.9

M (ПС)	12
M (ПС +1)	08

2) записати в пам'ять програму, що містить виклик програми з передачею параметрів через стек.

Таблиця 11.10

800	LXI SP, 0B00H	31 00 0B	Завантажити ПС = 0B00H
803	LXI H, 5678H	21 78 56	Завантажити HL = 5678H
806	LXI B, 0123H	01 23 01	Завантажити BC = 0123H
809	LXI D, 9ABCH	11 BC 9A	Завантажити DE = 9ABCH
80C	PUSH H	E5	Запис значень регістрів у стек
80E	PUSH D	D5	Те ж
80F	CALL 813H	CD 13 08	Виклик підпрограми
812	POP H	E1	Завантажити HL - адреса повернення
813	POP D	D1	Відновлення DE
814	POP B	C1	Відновлення BC
815	XTHL	E3	Обмін стеку і HL. Стек - адреса повернення, HL - відновлення значення
816	RET	C9	Повернення

Виконати програму командою <CT> 800 <–> 817 <ВП>.

Перевірити значення регістрів у відповідності до табл 11.11.

Таблиця 11.11

BC	DE	HL	ПС
0123	9ABC	5678	0A00