Форматы команд и способы адресации

Формат данных, которые обрабатывает процессор, зависят от его разрядности. В МП КР580ИК80А данные 8-ми разрядные, в МП К1816ВМ86 - 16-ти разрядные, а для системы, построенной на секционированных процессорах, формат данных зависит от числа каскадно-соединенных БИС МП. Однако всегда первый разряд обозначается D0 , затем D1 - и т.д. Иногда слово данных разделяют на части. Например, восемь разрядов (или байт) данных можно разделить на младший и старший полубайт. Эти 4 разряда удобно в этом случае записывать в шестнадцатеричном виде. Конкретная запись слова данных зависит от вида МП, который используют в МПС.

Формат команд даже в пределах одного МП может изменяться в зависимости от вида команды, способа адресации и т.д. На рис. 2.12 показаны возможные форматы команд для МП КР580ИК80А. Однобайтовая команда содержит как код операции, так и коды РОН, в которые осуществляется пересылка данных. Иногда однобайтовые команды содержат только один код операции (для арифметических и логических операций, операций вызова подпрограмм и возврата из подпрограмм и т.п.). В двухбайтовых командах (рис. 2.12Б) первый байт содержит код операции, а второй содержит конкретную информацию (например, при операции непосредственной загрузки в регистр второй байт содержит данные, которые загружаются). Команды ввода-вывода содержат второй байт - номер устройства. Во втором и третьем байте трехбайтовых команд (рис. 2.12В) могут храниться операнды или адреса переходов. В памяти двухбайтовые и трехбайтовые команды хранятся в соседних ячейках.

Способы адресации. Способы адресации показывают, каким образом используется поле команды для указания адресов и кодов РОН, ячеек памяти и способов пересылки данных.

Прямая адресация. При этом способе адреса операндов указываются непосредственно в теле команды (рис. 2.13). Эти операнды используются в операции, код которой указан в этой же команде. Данный типа адресации наиболее простой и быстрый из всех способов.

Непосредственная адресация. При этом способе операнд непосредственно указывается в команде (рис. 2.15), как правило, во втором байте (при двухбайтовой команде) или во втором и третьем байте (при трехбайтовой команде).

Рис. 2.13. Прямая адресация в командах

Рис. 2.14. Непосредственная адресация в командах

Косвенная адресация. При этом для указания адреса операнда используются регистры МП (в МП КР580ВМ80 - например, пара регистров HL). Содержимое этих регистров служит адресом ячейки памяти, в которой находится операнд (рис. 2.15).

Рис. 2.16. Косвенная адресация в командах

ОЭВМ семейства MCS-51

ОМЭВМ семейства MCS-51 представляют собой функционально законченное устройство, которое содержит на едином кристалле:

· Центральный восьмиразрядный процессор,

· Память данных (ПД) объемом 128 байт (аналог ОЗУ в обычных МПС),

· Память команд (ПК) объемом от 0 до 32 К в зависимости от типа ОЭВМ (аналог ПЗУ в обычных МПС),

· Четыре восьмиразрядных программируемых канала ввода-вывода, (обозначаемых как порты P0, P1, P2, P3),

· Два 16-битовых многорежимных таймера/счетчика,

· Систему прерываний с пятью векторами и двумя уровнями,

· Последовательный интерфейс для связи с ПК через канал RS-232,

· Тактовый генератор.

Обозначение ОЭВМ показано на рис. 2.16.

Структурная схема приведена на рис. 2.17 и состоит из следующих основных функционально законченных узлов:

· Блок управления, предназначен для выработки синхронизирующих и управляющих сигналов, обеспечивающих координацию совместной работы блоков ОЭВМ во всех допустимых режимах её работы

· Арифметико-логическое устройство (АЛУ), обеспечивающее выполнение арифметических и логических операций, а также операции логического сдвига, обнуления, установки и т.п.

· Блок таймеров / счетчиков, предназначенный для подсчета внешних событий, для получения программно управляемых внешних задержек и выполнения времязадающих функций ОЭВМ.

· Блок последовательного интерфейса и прерываний, предназначенный для организации ввода-вывода последовательных потоков информации и организации системы прерывания программ.

Рис. 2.16. Обозначение БИС ОЭВМ

· Программный счетчик, предназначенный для формирования текущего 16-разрядного адреса программной памяти и 8/16-разрядного адреса внешней памяти данных

· Память данных, служащая для хранения и выдачи информации, используемой в процессе выполнения программ

· Память команд, предназначенная для хранения программ и имеющая отдельное от памяти данных адресное пространство.

 Рис 2.17. Структурная схема ОЭВМ

ОМЭВМ имеет:

32 регистра общего назначения

128 определяемых пользователем программно-управляемых флагов

набор регистров специальных функций, наименование и адреса которых приведены в табл. 2.1.

Таблица 2.1

Организация памяти

Все ОЭВМ семейства МCS-51 имеют несколько адресных пространств, функционально и логически разделенных за счет разницы в механизмах адресации и сигналах управления записью и чтением:

· память команд (ПК),

· внутренняя память данных (ПД),

· внешняя память данных (ПД).

Структура адресного пространства ОМЭВМ показана на рисунке 2.18.

Слева приводятся адреса соответствующих областей памяти.

Память команд – имеет 16-битовую адресную шину, её элементы адресуются с использованием счетчика команд (РС) или инструкциями, которые вырабатывают 16-разрядные адреса. Память команд доступна только по чтению. Она имеет байтовую организацию и общий объем до 64Кбайт. Ряд ОЭВМ содержат расположенную на кристалле внутреннюю память команд емкостью от 4Кбайт до 32 Кбайт, которая может быть расширена до 64 Кбайт за счет подключения микросхем внешней память команд.

Сигналом, стробирующим выборку и ввод байта из внешней памяти команд в ОЭВМ является сигнал PME (РSEN). Для ОМЭВМ, содержащих внутреннюю память команд, сигнал РSEN формируется только в том случае, если адрес в счетчике команд превосходит максимальный адрес внутренний памяти команд, например, 0FFFH для 4 Кбайтной версии. Для ОЭВМ, не имеющих внутренней памяти команд, РSEN формируется при любом обращении к памяти команд.

Рис 2.18. Организация памяти ОЭВМ

Внутренняя память данных – состоит из 2-х областей:

· 128 байт оперативной памяти (ОЗУ) с адресами 0-7FH

· область регистров специальных функций (SFR), занимающая адреса 80H-FFH.

Распределение пространства внутренней памяти данных показано на рис. 2.19

Младшие 32 байта внутреннего ОЗУ данных сгруппированы в 4 банка по 8 регистров в каждом (БАНК 0 – БАНК 3 на рис. 2.4). Команды программы могут обращаться к регистрам, используя их имена R0 – R7. Два бита PSW (указатели банка рабочих регистров RS0 и RS1) определяют, с регистрами какого банка проводятся манипуляции (прямая адресация). Следующие после банков регистров внутреннего ОЗУ данных 16 байт (адреса 20H-2FH) образуют область ячеек, к которым возможна побитовая адресация.

Обращение к внутреннему ОЗУ данных всегда осуществляется с использованием 8-разрядного адреса.

Рис 2.19. Распределение памяти данных

Внешняя память данных – формируется дополнительными микросхемами памяти и может иметь емкость до 64 Кбайт. Обращение к ячейкам внешней памяти данных осуществляется только с использованием косвенной адресации по регистрам R0 и R1 активного банка регистров внутреннего ОЗУ (команды типа MOV @Ri) или по регистру специальных функций DPTR (команды типа MOVХ @DPTR). При обращении к внешней памяти данных адрес выводится через порт Р0 (младший байт) и порт Р2 (старший байт) ОЭВМ. Обмен байтом данных производится через порт Р0 ОЭВМ. Считывание данных из внешнего ОЗУ в ОЭВМ производится с помощью выходного сигнала ОЭВМ RD, а запись - сигнала WR.