0_МПиИСТС_Все главы. Микропроцессоры и интерфейсные средства транспортных средств

• Название: Микропроцессоры и интерфейсные средства транспортных средств
• Анкор: 0_МПиИСТС_Все главы.doc
• Дата: 18.12.2017
• Размер: 10.01 Mb.
• Имя файла: 0_МПиИСТС_Все главы.doc
• Тип: Учебное пособие; #11960
• страница: 23 из 47

5.2. Программная модель микропроцессора Intel 8086

Процессор имеет 14 регистров разрядностью 16 бит (рис. 5.4), операнды могут иметь разрядность 8 и 16 бит и представлять знаковые и беззнаковые двоичные и двоично-десятичные числа. Среднее время выполнения команды занимает 12 тактов синхронизации, один цикл обмена на внешней шине занимает 4 такта (без такта ожидания).

Рис. 5.4 Регистры микропроцессора i8086

5.2.1. Пользовательские регистры

Как следует из названия,пользовательскими регистры называются потому, что программист может использовать их при написании своих программ. К этим регистрам относятся:

Восемь 16-битных регистров, которые могут использоваться программистами для хранения данных и адресов (их еще называют регистрами общего назначения (РОН)):

AX/AH/AL;

BX/BH/BL;

DX/DH/DL;

CX/CH/CL;

BP;

SI;

DI;

SP;

Четыре сегментных регистра:

CS, DS, SS, ES;

Регистры состояния и управления:

Flags (F), IP;

Многие из этих регистров приведены с наклонной разделительной чертой – это части одного большого 16-разрядного регистра. Их можно использовать в программе как отдельные объекты.

Отметим, также, что регистр IP недоступен программисту непосредственно для манипуляций, однако, его значение может изменяться косвенно, командами ветвления, вызова подпрограмм и выхода и подпрограмм.

5.2.2. Регистры общего назначения

Перечислим регистры, относящиеся к группе регистров общего назначения. Так как эти регистры физически находятся в микропроцессоре внутри арифметико-логического устрой­ства (АЛУ), то их еще называют регистрами АЛУ:

AX/AH/AL (Accumulator register) – аккумулятор. Применяется для хранения промежуточных данных. В некоторых командах использование этого регистра обязательно;

BX/DH/BL (Base register) – базовый регистр, или регистр базы. Применяется для хранения базового адреса некоторого объекта, находящегося в памяти;

CX/CH/CL (Count register) – регистр-счетчик. Применяется в командах, производящих некоторые повторяющиеся действия. Его использование зачастую неявно и скрыто в алгоритме работы соответствующей команды. К примеру, команда организации цикла loop, кроме передачи управления команде, находящейся по некоторому адресу, анализирует и уменьшает на единицу значение регистра CX;

DX/DH/DL (Data register) – регистр данных. Так же, как и регистр AX/AH/AL, он хранит промежуточные данные. В некоторых командах его использование обязательно; для некоторых команд это происходит неявно, например, при умножении слов.

Следующие два регистра используются для поддержки так называемых цепочечных команд, производящих последовательную обработку цепочек элементов, каждый из которых может иметь длину 16 или 8 бит:

SI (Source Index register) – индекс источника. Этот регистр используется цепочечными командами и содержит текущий адрес элемента цепочки-источника;

DI (Destination Index register) – индекс приемника. Этот регистр используется цепочечными командами и содержит текущий адрес цепочки-приемника.

В архитектуре микропроцессора i8086, на программно-аппаратном уровне, поддерживается такая структура данных, как стек. Для работы со стеком микропроцессор имеет специальный набор команд, а в программной модели микропроцессора для этого существуют специальные регистры:

SP (Stack Pointer register) – регистр указателя стека. Содержит указатель вершины стека в текущем сегменте стека.

BP (Base Pointer register) – регистр указателя базы кадра стека. Предназначен для организации произвольного доступа к данным внутри стека.

На самом деле, большинство из регистров могут использоваться при программировании для хранения операндов практически в любых сочетаниях. Но, как мы отметили выше, некоторые команды используют фиксированные регистры для выполнения своих действий. Это нужно обязательно учитывать. Использование жесткого закрепления регистров для некоторых команд уменьшает их функциональность, но позволяет более компактно кодировать их машинное представление. Знание этих особенностей позволит вам при необходимости хотя бы на несколько байт сэкономить память, занимаемую кодом вашей программы.

5.2.3. Сегментные регистры

Микропроцессор i8086 имеет четыре сегментных регистра: CS, DS, SS, ES. Их существование обусловлено спецификой организации и использования оперативной памяти микро­процессорами Intel. Она заключается в том, что микропроцессор аппаратно поддерживает структурную организацию программы в виде четырех частей, называемых сегментами. Соответственно, такая организация памяти называется сегментной.

Для того чтобы указать на сегменты, к которым программа имеет доступ в конкретный момент времени, и предназначены сегментные регистры. Фактически, с небольшой поправкой, как мы увидим далее, в этих регистрах содержатся адреса памяти, с которых начинаются соответствующие сегменты. Логика обработки машинной команды построена так, что при выборке команды, доступе к данным программы или к стеку неявно используются адреса во вполне определенных сегментных регистрах. Микропроцессор поддерживает следующие типы сегментов:

Сегмент кода. Содержит команды программы. Для доступа к этому сегменту служит регистр CS (code segment register) – сегментный регистр кода. Он указывает на начало сегмента, содержащего исполнимый код программы.

Сегмент данных. Содержит обрабатываемые программой данные. Для доступа к этому сегменту служит регистр DS (data segment register) – сегментный регистр данных, который хранит адрес сегмента данных текущей программы.

Сегмент стека. Этот сегмент представляет собой область памяти, называемую стеком. Работу со стеком микропроцессор организует по следующему принципу: последний записанный в эту область элемент выбирается первым. Для доступа к этому сегменту служит регистр SS (stack segment register) – сегментный регистр стека, содержащий адрес сегмента стека.

Дополнительный сегмент данных. Неявно алгоритмы выполнения большинства машинных команд предполагают, что обрабатываемые ими данные расположены в сегменте данных, адрес которого находится в сегментном регистре DS. Если программе недостаточно одного сегмента данных, то она имеет возможность использовать еще один дополнительный сегмент данных. Но в отличие от основного сегмента данных, адрес которого содержится в сегментном регистре DS, при использовании дополнительного сегмента данных его адрес требуется указывать явно с помощью специальных префиксов переопределения сегментов в команде. Адрес дополнительного сегмента данных должен содержаться в регистре ES (extension data segment registers).

5.2.4. Регистры состояния и управления

В микропроцессор включены несколько регистров, которые постоянно содержат информацию о состоянии как самого микропроцессора, так и программы, команды которой в данный момент исполняются. К этим регистрам относятся:

Регистр флагов Flags (F);

Регистр указателя команды IP.

Используя эти регистры, можно получать информацию о результатах выполнения команд и влиять на состояние самого микропроцессора.

Регистр флагов



CF (Carry Flag) – флаг переноса;

PF (Parity Flag) – флаг паритета;

AF (Auxiliary Flag) – вспомогательный флаг переноса;

ZF (Zero Flag) – флаг нуля;

SF (Sign Flag) – флаг знака;

OF (Overflow Flag) – флаг арифметического переполнения;

TF (Trap Flag) – флаг трассировки;

IF (Interrupt Flag) – флаг прерывания;

DF (Direction Flag) – флаг направления.

Таблица 5.5 Флаги состояния
№ бита	Название	Описание
0	CF (Carry Flag) - флаг переноса	Устанавливается в 1, если результат математической операции не помещается в приемник или если при выполнении операции требуется заем. Также используется в командах сдвига.
2	PF (Parity Flag) - флаг паритета	Устанавливается в 1, если младшие 8 бит результата операции содержат четное количество битов, равных 1.
4	AF (Auxiliary Flag) - вспомогательный флаг переноса	Устанавливается в 1, если произошел заем или перенос для 3 бита результата.
6	ZF (Zero Flag) - флаг нуля	Устанавливается в 1, если результат операции равен 0, иначе сбрасывается в 0.
7	SF (Sign Flag) - флаг знака	Применяется при работе с числами со знаком, так как дублирует состояние старшего бита результата, который определяет его знак: 0 - результат является положительным числом, 1 - отрицательным.
11	OF (Overflow Flag) - флаг переполнения	Применяется при работе с числами со знаком, так как устанавливается в 1, если результат операции выйдет за пределы допустимого значения для результата.

	Таблица 5.5 Продолжение Флаги управления
№ бита	Название	Описание
8	TF (Trap Flag) - флаг трассировки	Если флаг установлен, то процессор переходит в режим покомандной работы. Используется при отладке программ отладчиками.
9	IF (Interrupt Flag) - флаг прерывания	Если флаг установлен, то маскируемые аппаратные прерывания разрешены.
10	DF (Direction Flag) - флаг направления	Задает направление обработки цепочек. Если флаг установлен, то значение регистров ESI и EDI при цепочечных операциях будет ав­томатически уменьшаться, то есть цепочки будут обрабатываться от конца к началу.