lab 5 (8086 методичка)

Посмотреть архив целиком

МОСКОВСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ ТЕХНИЧЕСКИЙ

УНИВЕРСИТЕТ имени Н.Э.БАУМАНА


Кафедра РК-10





О.И.Елисеева, Б.Б.Михайлов















МЕТОДИЧЕСКИЕ УКАЗАНИЯ

К ВЫПОЛНЕНИЮ ЛАБОРАТОРНОЙ РАБОТЫ №5




«Исследование однокристального микропроцессора К1810ВМ86»




по курсу «Элементы электроники и микропроцессорной

техники РТС»
















Москва


2009 г.


Краткое описание микропроцессора К1810ВМ86


Микропроцессор имеет разрядность шины данных 16 бит, шины адреса 20 бит. Схема процессора представлена на рис.1:

Рис.1

В процессоре имеется восемь 16-разрядных регистров общего назначения:


AX – аккумулятор,

BX – базовый регистр,

CX – счетчик,

DX – регистр данных,

SP – указатель стека,

BP – указатель базы,

SI – индекс источника,

DI – индекс приемника.

Обычно регистры AX, BX, CX и DX используются для хранения данных, регистры SP, BP, SI, DI - для адресной информации. Для регистров AX, BX, CX, DX возможно также раздельное использование младших и старших байтов (AH, AL, BH, BL, CH, CL, DH, DL).

Регистр SP (Stack Pointer) представляет собой указатель стека (содержит текущее значение вершины стека), регистр BP (Base Pointer) используется при некоторых специальных формах адресации данных. Регистры SI и DI применяются при работе с так называемыми строками - последовательностями байтов или слов. Регистр SI (Source Index) указывает на текущий обрабатываемый элемент исходной строки (строки-источника), а DI (Destination Index) - на элемент результирующей строки (строки-приёмника).




Регистр флагов F:

FH

FL

15

14

13

12

11

10

9

8

7

6

5

4

3

2

1

0

x

x

x

x

OF

DF

IF

TF

SF

ZF

x

AF

x

PF

x

CF


Арифметические флаги:

CF – флаг переноса, фиксирует значение переноса из старшего бита результата при сложении, либо заема при вычитании, а также значение выдвигаемого бита при сдвиге операнда

PF – флаг паритета, фиксирует четное число единиц в младшем байте результата

AF – флаг вспомогательного переноса, фиксирует перенос из младшей тетрады (используется при выполнении десятичной коррекции)

ZF – флаг нулевого результата

SF – флаг знака, равен старшему разряду результата при работе со знаковой арифметикой

OF – флаг переполнения

Флаги управления:

DF – флаг направления обработки цепочек команд: DF=0 – в сторону больших адресов, DF=1 – в сторону меньших.

IF – флаг разрешения прерываний: IF=0 прерывания запрещаются, IF=0 – разрешаются.

TF – флаг трассировки: TF=1 – пошаговый режим работы.


Блок сегментных регистров состоит из четырех 16-разрядных регистров CS, SS, DS, ES, которые хранят базовые адреса сегментов памяти: CS – сегмент команд, SS – сегмент стека, DS – сегмент данных, ES – дополнительный сегмент (обычно также используется для хранения данных).


Указатель команд IP хранит смещение следующей команды в текущем кодовом сегменте.


Организация памяти в процессоре

Память представляет собой набор последовательно расположенных байтов, каждый из которых имеет 20-разрядный адрес. Два смежных байта могут рассматриваться как 16-битное слово, адресом слова считается адрес младшего байта (он меньше, чем адрес старшего байта). Адресное пространство имеет емкость 1 Мбайт и разбито на сегменты емкостью 64 Кбайт, которые характеризуются базами. Начальные адреса четырех текущих сегментов записываются в сегментные регистры CS, SS, DS, ES; для перехода к другой области памяти достаточно сменить содержимое сегментного регистра.

Каждая ячейка памяти характеризуется логическим и физическим адресом. Физический адрес представляет собой 20-разрядное число, однозначно определяющее положение ячейки в памяти. Логический адрес ячейки состоит из двух 16-битовых значений: базы сегмента и смещения внутри сегмента относительно базы (определяет расстояние от начала сегмента до этой ячейки). Для пересчета логического адреса в физический база сегмента сдвигается влево на 4 бит и суммируется со смещением. Если при суммировании возникает бит переноса, он игнорируется; таким образом, после ячейки памяти с адресом FFFFF идет ячейка с адресом 00000, то есть возникает кольцевая организация памяти (она также присуща каждому сегменту в отдельности).


Обращение к памяти.

К каждому сегменту памяти обращение осуществляется отдельно. Прямая передача информации между сегментами невозможна, для этого необходимо использовать регистры общего назначения.

Для обращения к памяти используются 4 регистра: BX, SI, DI, BP, а также смещение, задаваемое непосредственной величиной: d8 – 8 бит или d16 – 16 бит. Комбинируя эти регистры и смещения внутри квадратных скобок [ ], можно задействовать любую ячейку памяти.


r/m

md=00

md=01

md=10

000

001

010

011

[BX + SI]
[BX + DI]
[BP + SI]
[BP + DI]

[BX + SI + d8]
[BX + DI + d8]
[BP + SI + d8]
[BP + DI + d8]

[BX + SI + d16]
[BX + DI + d16]
[BP + SI + d16]
[BP + DI + d16]

100

101

110

111

[SI]
[DI]
d16
[BX]

[SI + d8]
[DI + d8]
[BP + d8]
[BX + d8]


[SI + d16]
[DI + d16]
[BP + d16]
[BX + d16]


Для примера примем DS=100, BX=30, SI=70. В этом случае адрес [BX+SI]+25 будет преобразован процессором в следующий физический адрес: 100*16+30+70+25=1725.

По умолчанию сегментный регистр DS используется всегда, кроме режимов с регистром BP, в этом случае используется сегментный регистр SS. Адреса задаются в шестнадцатеричном коде.


Структура команд процессора


Двухоперандные команды:


15

14

13

12

11

10

9

8

7

6

5

4

3

2

1

0

Код операции

d

s

md

reg

r/m

disp L

disp H


Бит d указывает направление передачи: d=1 – передача операнда или результата операции в регистр, указанный в поле reg, d=0 – передеча из регистра reg. Бит s показывает формат данных: s=1 – слово, s=0 - байт

Поле reg определяет второй операнд, обязательно находящийся в регистре; поле r/m (регистр/память) определяет первый операнд, который может находиться в регистре или памяти.


reg, r/m

s=0

s=1

reg, r/m

s=0

s=1

000

AL

AX

100

AH

SP

001

CL

CX

101

CH

BP

010

DL

DX

110

DH

SI

011

BL

BX

111

BH

DI


Поле md показывает, содержится первый операнд в памяти или в регистре, а в случае расположения операнда в памяти определяет вариант использования смещения disp, которе может находиться в третьем и четвертом байтах команды:

md=00 – операнд содержится в памяти, disp=0 (смещение отсутствует)

md=01 – операнд содержится в памяти, disp=disp L (команда содержит 8-битовое смещение, которое расширяется со знаком до 16 бит)

md=10 – операнд содержится в памяти, disp=disp H, disp L (команда содержит 16-битовое смещение)

md=11 – операнд содержится в регистре





Однооперандные команды:


15

14

13

12

11

10

9

8

7

6

5

4

3

2

1

0

Код операции

s

md

Код операции

r/m

disp L

disp H

Могут содержать от 2хдо 4х байт в зависимости от s и md


Команды с непосредственной адресацией:


15

14

13

12

11

10

9

8

7

6

5

4

3

2

1

0

Код операции

s

w

md

Код операции

r/m

disp L

disp H

data L

data H


Могут содержать до 3х слов. Поля s и w показывают, как используются последние 2 байта команды:

s

w


x

0

data=data L (8 разрядов)

0

1

data=data H, dataL (16 разрядов)

1

1

data=data L (расширение до 16-разрядного слова со знаком)



Система команд процессора


Команды пересылки данных


MOV op1, op2 - переслать операнд op2 в op1

PUSH op - записать операнд op в стек

POP op - извлечь операнд op из стека

XCHG op1, op2 - поменять местами значения операндов op1 и op2



Основные арифметические команды


ADD op1, op2 - выполнить сложение вида op1 = op1 + op2

INC op - увеличить содержимое операнда op на единицу (op = op + 1)

SUB op1, op2 - выполнить вычитание вида op1 = op1 - op2

DEC op - уменьшить содержимое операнда op на единицу (op = op - 1)

CMP op1, op2 - выполнить сравнение операндов op1 и op2 (то есть вычислить разность (op1 - op2) и установить флаги в регистре F)

MUL op (op - байт) - выполнить умножение вида AX = AL * op

MUL op (op - слово) - выполнить умножение вида DXAX = AX * op

DIV op (op - байт) - деление AX /op ; частное - в AL, остаток - в AH

DIV op (op - слово) - деление DXAX /op; частное - в AX, остаток - в DX

Все арифметические команды влияют на содержимое регистра флагов F, однако после команд умножения и деления состояния флагов не определены (произвольны).



Команды сдвига данных:


SHL op - сдвиг операнда op (беззнаковое целое) на 1 разряд влево

SHR op - сдвиг операнда op (беззнаковое целое) на 1 разряд вправо

Команды управления ходом программы:


LOOP label - организация цикла со счётчиком в регистре CX. Команда производит вычитание единицы из этого регистра, и, если CX не равен нулю, выполняется переход на метку label. Эта метка размещается «выше» по программе, т.е. до команды LOOP.

JZ label - переход на метку label, если «ноль», т.е. если ZF=1

JNZ label - переход на метку label, если «не ноль», т.е. если ZF=0

Обе эти команды обычно употребляются в программе после команд CMP, SUB или DEC.


Методы адресации



Регистровая адресация


Операнды могут располагаться в любых регистрах общего назначения и сегментных регистрах. В этом случае в тексте программы указывается название соответствующего регистра, например команда, копирующая в регистр AX содержимое регистра BX, записывается как

mov ax,bx



Непосредственная адресация


Некоторые команды (все арифметические команды, кроме деления) позволяют указывать один из операндов непосредственно в тексте программы, например команда

mov ax,2 помещает в регистр AX число 2.



Прямая адресация


Если известен адрес операнда, располагающегося в памяти, можно использовать этот адрес. Если операнд — слово, находящееся в сегменте, на который указывает ES, со смещением от начала сегмента 0001, то команда

mov ax,es:[0001h]


поместит это слово в регистр AX. Если селектор сегмента данных находится в DS, имя сегментного регистра при прямой адресации можно не указывать, DS используется по умолчанию. Прямая адресация иногда называется адресацией по смещению.



Косвенная адресация


По аналогии с регистровыми и непосредственными операндами адрес операнда в памяти также можно не указывать непосредственно, а хранить в любом регистре. До 80386 для этого можно было использовать только BX, SI, DI и BP. Например, следующая команда помещает в регистр AX слово из ячейки памяти, селектор сегмента которой находится в DS, а смещение — в BX:

mov ax,[bx]


Как и в случае прямой адресации, DS всегда используется по умолчанию. Но в реальных программах, если смещение берут из регистра BP, то в качестве сегментного регистра используется SS.





Адресация по базе со сдвигом


Теперь скомбинируем два предыдущих метода адресации: следующая

команда

mov ax,[bx]+2


помещает в регистр AX слово, находящееся в сегменте, указанном в DS, со смещением на 2 большим, чем число, находящееся в BX. Так как слово занимает ровно два байта, эта команда поместила в AX слово, непосредственно следующее за тем, которое есть в предыдущем примере. Такая форма адресации используется в тех случаях, когда в регистре находится адрес начала структуры данных, а доступ надо осуществить к какому-нибудь элементу этой структуры. Другое

важное применение адресации по базе со сдвигом — доступ из подпрограммы к параметрам, данным в стеке, используя регистр BP в качестве базы и номер параметра в качестве смещения.

До 80386 в качестве базового регистра можно было использовать только BX, BP, SI или DI и сдвиг мог быть только байтом или словом (со знаком). С помощью этого метода можно организовывать доступ к одномерным массивам байт: смещение соответствует адресу начала массива, а число в регистре — индексу того элемента массива, который надо обработать.



Адресация по базе с индексированием


В этом методе адресации смещение операнда в памяти вычисляется как сумма чисел, содержащихся в двух регистрах, и смещения, если оно указано:

mov ax,[bx+si]+2


В регистр AX помещается слово из ячейки памяти со смещением, равным сумме чисел, содержащихся в BX и SI, и числа 2. Из шестнадцатибитных регистров так можно складывать только BX+SI, BX+DI, BP+SI и BP+DI. Так можно прочитать, например, число из двумерного массива: если задана таблица 10x10 байт, 2 — смещение ее начала от начала сегмента данных, BX = 20, а SI = 7, приведенная команда прочитает слово, состоящее из седьмого и восьмого байт третьей строки.



Описание эмулятора


Для выполнения работы используется эмулятор процессора emu8086. Окно программы имеет следующий вид:



Рис.2




Текст программы набирается в поле редактора построчно. Комментарии записываются после знака «;».

Числа допускается записывать в любой системе счисления, при этом после числа ставится обозначение: h – шестнадцатеричное, b – двоичное, o – восьмеричное, например: 1ah, 101b, 71o. Числа без обозначения считаются десятичными. Если в записи шестнадцатеричного числа старшим разрядом является буква (A..F), то перед ней необходимо поставить «0».

Для создания циклов, условных и безусловных переходов используются команды LOOP, JMP, JA, JC и т.п. и метки вида:

label:

В конце программы рекомендуется ставить команду RET

Полный список и описание всех команд процессора можно найти в меню help: Documentation and tutorials/8086 Instruction Set.

Для запуска набранной программы используется кнопка emulate на панели инструментов. При этом открывается окно эмулятора (рис.3):


Рис.3


В открывшемся окне эмулятора можно управлять режимом работы программы: кнопка single step позволяет использовать пошаговый режим, run – запустить программу на выполнение. В левой части окна выводятся значения всех регистров общего назначения, их можно просматривать и изменять по ходу выполнения программы; кроме того, двойной щелчок мыши по окошку со значением регистра позволяет вывести на экран окно расширенного просмотра значений регистров в различных кодировках. В центральной части окна эмулятора находятся номера и содержимое ячеек памяти (подсвечиваются ячейки, соответствующие следующей строке программы), в правой части – обработанный текст выполняемой программы. Содержимое регистра флагов можно просматривать и изменять с помощью кнопки flags в левом нижнем углу. При помощи регулятора step delay можно устанавливать задержку между выполнением шагов программы.

Порядок выполнения работы


I.Ознакомьтесь с работой эмулятора:






Чтобы не видеть здесь видео-рекламу достаточно стать зарегистрированным пользователем.
Чтобы не видеть никакую рекламу на сайте, нужно стать VIP-пользователем.
Это можно сделать совершенно бесплатно. Читайте подробности тут.