Микропроцессор В1801ВМ1 его структура и система команд Структура микропроцессора В1801ВМ1
Однокристальный 16-разрядный микропроцессор К1801ВМ1 предназначен для выполнения следующих функций: вычисление. адресов операндов и команд.
обмен информацией с другими устройствами; подключенными к системной магистрали; обработка операндов;
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 :
16-разрядный операционный блок, служащий для формирования адресов команд и операндов, выполнения логических и арифметических операций, хранения операндов и результатов; блок микропрограммного управления, вырабатывающий последовательность микрокоманд, Соответствующую коду принятой машинной команды. Этот блок построен на базе программируемой логической матрицы (ПЛМ). содержащей 250 логических произведений; блок прерываний, организующий приоритетную систему прерываний (прием и предварительная обработка внешних и внутренних запросов на прерывание); 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 последовательность. управляющих сигналов:
блок системной магистрали, связывающий внутреннюю магистраль однокристального микропроцессора с внешней, управляющий усилителями приема и передачи информации на совмещенные выводы адресов и данных; 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:
SYNC- вырабатывается процессором как указание, что адрес находится на выводах системной магистрали, и сохраняет активный уровень до окончания текущего цикла обмена информацией;
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); 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);
DOUT- означает, что данные, выдаваемые микропроцессором, установлены на выводах системной магистрали;
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 выполнении регистровых операций, оп. /с До 500000 Потребляемая мощность, Вт Не более 1 Напряжение питания, В +5 ( ± 5% ) Уровни сигналов, В: “лог. 0”(активный уровень) Менее 0, 5 “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: C-бит переполнения T-бит трассировки V-бит арифметического переполнения Z-бит равенства 0 N-бит отрицательного числа
Два регистра из РОН (R6 и R7) отвечают за следующие функции: R6 (SP)-Указатель стека R7 (PC)-Счетчик команд. При описании команд, используются следующие обозначения: “SS” – поле адресации операнда-источника “DD” – поле адресации операнда-приемника “XXX”- смещение (-128, …., +128; 8 бит) “N” – число, 3 бита “NN” – число, 6 бит “(N)” -содержимое ячейки или регистра N “s” – операнд -источник “d” – операнд -приемник “r” – содержимое регистра “ “X” – относительный адрес “%” – определение регистра “/\” – логическое И “\/” – логическое ИЛИ “\\” – исключающее ИЛИ “|” – НЕ Операции над разрядами PSW “*” – установка/сброс по результату “-” – состояние разряда не меняется “0” – сброс “1” – установка Методы адресации МЕТОД R Метод мнемоника регистровая R косвенная регистровая ( R ) или @R автоинкрементная ( R )+ косв. автоинкрементная @( R )+ автодекрементная -( R ) косв. автодекрементная @-( R ) индексная X( R ) косв. индексная @X( R ) Команды работы с программами 000000 HALT останов 000001 WAIT пауза – ожидания прерывания 000002 RTI возврат из прерывания ( PC 000003 BPT отладочное прерывание (-(SP)
000004 IOT вызов системы ввода вывода ( -(SP)
000006 RTT возврат, с запретом прерывания по Т-разряду до исполнения следующей команды ( PC 0001DD JMP безусловный переход ( PC 00020R RTS возврат из подпрограммы ( PC 000240 NOP нет операции 004RDD JSR вызов подпрограммы (-(SP)
0064NN MARK восстановление стека ( -(SP) 1064Dd MFPS чтение PSW ( d Переходы по условию (ветвления) Базовый КОП ± XXX 15 8 7 0 Если условие выполняется, то (PC) 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) *051DD COM(B) побитная инверсия (d) *052DD INC(B) прибавление 1 (d) *053DD DEC(B) вычитание 1 (d) *054DD NEG(B) изменение знака (d) *055DD ADC(B) прибавить перенос (d) *056DD SBC(B) вычесть перенос (d) *057DD TST(B) проверка (d) *060DD ROR(B) циклич. сдвиг вправо => C, d * * * * *061DD ROL(B) циклич. сдвиг влево C, d *062DD ASR(B) арифм. сдвиг вправо (d) *063DD ASL(B) арифм. сдвиг влево (d)
*067DD SXT расширить знак N=0 (d) КОП SS DD 15 12 11 6 5 0 N S V C *1SSDD MOV(B) переслать (d) *2SSDD CMP(B) сравнить (s)-(d) * * * * *3SSDD BIT(B) проверить разряды (s)/\(d) * * 0 *4SSDD BIC(B) очистить разряды (d) *5SSDD BIS(B) установить разряды (d) 06SSDD ADD сложить (d) 074RSS XOR исключающее или (s) 16SSDD SUB вычесть (d) 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” )