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:

1. вычисление. адресов операндов и команд.

2. обмен информацией с другими устройствами; подключенными к

системной магистрали;

3. обработка операндов;

4. 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 :

5. 16-разрядный операционный блок, служащий для формирования адресов

команд и операндов, выполнения логических и арифметических

операций, хранения операндов и результатов;

6. блок микропрограммного управления, вырабатывающий

последовательность микрокоманд, Соответствующую коду принятой

машинной команды. Этот блок построен на базе программируемой

логической матрицы (ПЛМ). содержащей 250 логических произведений;

7. блок прерываний, организующий приоритетную систему прерываний

(прием и предварительная обработка внешних и внутренних запросов

на прерывание);

8. 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

9. последовательность. управляющих сигналов:

10. блок системной магистрали, связывающий внутреннюю магистраль

однокристального микропроцессора с внешней, управляющий

усилителями приема и передачи информации на совмещенные выводы

адресов и данных;

11. 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:

12. SYNC- вырабатывается процессором как указание, что адрес находится

на выводах системной магистрали, и сохраняет активный уровень до

окончания текущего цикла обмена информацией;

13. 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 отрабатывает

прерывание по зависанию (вектор 4);

14. 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);

15. DOUT- означает, что данные, выдаваемые микропроцессором,

установлены на выводах системной магистрали;

16. 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 «СТОП-ПУСК» 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

|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 |До 500000 |

|выполнении регистровых операций, | |

|оп./с | |

|Потребляемая мощность, Вт |Не более 1 |

|Напряжение питания, В |+5 ( (5% ) |

|Уровни сигналов, В: «лог.0»(активный |Менее 0,5 |

|уровень) | |

|«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, где N=0..7)один внутренний регистр состояния процессора

PSW в котором задействовано 5 битов, каждый из которых имеет свои имена:

17. C-бит переполнения

18. T-бит трассировки

19. V-бит арифметического переполнения

20. Z-бит равенства 0

21. N-бит отрицательного числа

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

22. R6 (SP)-Указатель стека

23. R7 (PC)-Счетчик команд.

При описании команд, используются следующие обозначения:

24. «SS» - поле адресации операнда-источника

25. «DD» - поле адресации операнда-приемника

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

27. «N» - число, 3 бита

28. «NN» - число, 6 бит

29. «(N)» -содержимое ячейки или регистра N

30. «s» - операнд -источник

31. «d» - операнд -приемник

32. «r» - содержимое регистра

33. «<=» - становится равным

34. «X» - относительный адрес

35. «%» - определение регистра

36. «/\» - логическое И

37. «\/» - логическое ИЛИ

38. «\\» - исключающее ИЛИ

39. «|» - НЕ

Операции над разрядами PSW

40. «*» - установка/сброс по результату

41. «-» - состояние разряда не меняется

42. «0» - сброс

43. «1» - установка

Методы адресации

| |МЕТОД | | |R | |

| | | | | | |

Метод мнемоника

0. регистровая R

0. косвенная регистровая ( R ) или @R

1. автоинкрементная ( R )+

2. косв. автоинкрементная @( R )+

3. автодекрементная -( R )

4. косв. автодекрементная @-( R )

5. индексная X( R )

6. 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» )