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;
обр
аботка пр
ер
ываний 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 пре
рывания от пассивных устройств, которые могут посылать или принимать информацию только под управлением про
цессора.
Микропроцессор К1801ВМ
1 работает в БК
с тактовой частотой 3 МГц и содержит следующие основные функциональные блоки :
16-разрядный операцион
ный блок, служащий для формирования адресов команд и операндов, выполнения логиче
ских и арифметических операц
ий, хранения операндов и результатов;
блок микропрограммного управле
ния,
вырабатывающий последователь
ность микрокоманд, Соотв
етствующу
ю коду принятой ма
шинной команды. Этот блок построен на базе программируемой логической матрицы (ПЛМ).
с
одержащей 250 логических произведений;
блок прерываний, организующий приоритетную систему прерываний (
прием и п
редварительная обработка внешних и внутренних запросов на прерывание);
интерфейсный блок, о
беспечивающий обмен информацией между микропроцессором ром и прочими устройства
ми, под
ключе
нными к систе
мной магистрали. Этот же, блок ос
уществляет арбитраж при операциях прямого доступа к
па
мяти, формиру
ет
последовательность. управляющих сигналов:
блок си
сте
мной магистрали, связывающий внутреннюю магистраль однокристального микропроцессора с внешней,
управляющий усилителями приема и передачи ин
формации 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 отв
ет на сигналы DIN и D
OUT. 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 ра
бо
ту с отдельными байтами и вырабатывается при обраще
ни
и по нечетному
адресу (операнд - старший байт) или
при отработке байтовых команд
.
Сигнал VIRQ является запросом на прер
ывание от внешнего устройства
, информир
ующим 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 устана
вли
вает сигнал DMGO, предоставляющ
ий 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 авар
ии источника питания D
CL
O вызывает установку микропроцессора в исходное состояние и появление сигнала INIT. Сигнал аварии сетевого питания ACLO вызывает пере
ход микропроце
ссора 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 (РО
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
“<=” - становится равным
“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 <=(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) NV=0
002400 + XXX BLT меньше (нуля) NV=1
003000 + XXX BGT больше (нуля) Z/(NV)=0
003400 + XXX BLE меньше или равно(нулю) Z/(NV)=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” )