МИКРОПРОЦЕССОРЫ КР580ВМ80/К1821ВМ85А

2.1. Вводные замечания

Архитектура однокристального 8-разрядного n-МОП микропроцессора КР580ВМ80 (ВМ80) второго поколения [1, 61] аналогична архитектуре известного МП 8080 [23, 40, 56]. Схемотехнические и архитектурные особенности ВМ80 в сочетании с n-канальной технологией позволили уменьшить время выполнения команд типов регистр-регистр до 1,6 мкс, регистр-память до 2,8 мкс при тактовой частоте 2,5 МГц, что соответствует быстродействию 500 тыс. операций в секунду.

Для работы ВМ80 применяется три источника питания: –5 В (ток потребления менее 1 мА), +5 В (ток потребления менее 70 мА) и +12 В (ток потребления менее 50 мА). Кристалл МП, содержащий около 5000 транзисторов, помещен в корпус с двухрядным расположением 40 выводов и шагом 2,5 мм между ними. Синхронизация МП осуществляется от двухфазного внешнего генератора, амплитуда тактовых импульсов которого 12 В.

На рис. 2.1 приведена базовая структурная схема МС, построенной на базе МП ВМ80. В системе используется общая для хранения программ и данных основная память емкостью 64 К байт и подсистема ВВ емкостью 256 байт. Двунаправленная 8-разрядная шина данных DAT, 16-разрядная шина адреса ADR и шина управления СВ служат для организации побайтового обмена между отдельными модулями системы.

Архитектура ВМ80

Блок программно-доступных регистров МП ВМ80 характеризуется большой функциональной неоднородностью. Практически каждый регистр МП выполняет присущую только ему функцию. Это сделано с целью более короткого кодирования системы команд. Однако из-за необходимости учитывать все функциональные особенности регистрового блока усложнилось программирование. Набор программно-доступных регистров МП ВМ80 приведен на рис. 2.2.

Восьмиразрядный аккумулятор А используется в большинстве команд логической и арифметической обработки. Обычно он адресуется неявно и служит как источником операнда, так и приемником результата. Благодаря этому в командах МП ВМ80 явно указывается только один операнд.

Признаки результата операции фиксируются во флажковом регистре F (Flags). Пять флажков CY, Р, AC, Z и М упакованы в байт, три разряда которого не используются. Флажки имеют следующее функциональное назначение:

CY (Carry) Признак переноса из старшего разряда АЛУ

Р (Parity) Признак четного числа единиц в результате операции

AC (Auxiliary Carry) Признак дополнительного переноса из младших четырех

разрядов (младшей тетрады) АЛУ

Z (Zero) Признак нулевого результата

М (Minus) Знак результата

В некоторых командах пересылки флажковый регистр F совместно с аккумулятором А образует 16-разрядный регистр слова состояния программы PSW.

Шестнадцатиразрядный регистр Н, как правило, служит адресным регистром. При косвенной регистровой адресации он хранит 16-разрядный исполнительный адрес основной памяти. В этом случае к нему ссылаются с помощью мнемоники М (Memory). В некоторых командах старший и младший байты 16-разрядного регистра Н могут быть адресованы независимо и использованы как отдельные 8-разрядные регистры данных Н (High Byte) и L (Low Byte) соответственно.

Для организации вызова подпрограмм и процедур обслуживания прерываний, а также ряда других функций в состав регистров введен 16-разрядный указатель стека SP. Он всегда указывает на вершину стека TOS, которая содержит последний введенный в стек элемент. Стек заполняется в сторону младших адресов. Такое направление заполнения для МС считается стандартным.

Программный счетчик PC выполняет свою обычную функцию адресации объектного кода. В фазе исполнения текущей команды он указывает на следующий подлежащий выборке элемент командной последовательности. В этот момент возможна его перезагрузка, которая приведет к изменению последовательной выборки команд.

Перечисленные выше 8-разрядные арифметические регистры F, А вместе с 16-разрядными адресными регистрами Н, SP и PC образуют стандартный регистровый набор МП с аккумулятором (см. рис. 1.15, а). Набор МП ВМ80 расширен четырьмя 8-разрядными РОН: В, С, D и Е. Эти регистры могут быть использованы либо как четыре регистра данных, либо как два 16-разрядных адресных регистра В и D, образованных парами ВС и DE соответственно. Младшими байтами в парах являются С и Е. Введение РОН позволило создать достаточно эффективный 8-разрядный МП с широкими функциональными возможностями.

В командах на регистры ссылаются как явно, кодируя его 3-разрядным полем, так и неявно с помощью кода операции. Код операции всегда подразумевает способ использования регистров. Широкому распространению неявной формы ссылки способствует функциональная неоднородность регистров.

Основная память МП ВМ80 рассматривается как линейный массив, состоящий из 64К байт. Формируемый микропроцессором 16-разрядный адрес дает ему возможность адресовать любой байт памяти. Слова в памяти хранятся в двух соседних байтах. В байте с младшим адресом хранится младшая половина слова, а в байте со следующим адресом—старшая. Адресом слова служит адрес его младшего байта.

В МП определено четыре способа задания места расположения данных в памяти: прямой, косвенный регистровый через 16-разрядный адресный регистр Н, В или D, непосредственный и автоинкрементный (автодекрементный) через указатель стека SP (стековый). При прямой и непосредственной адресации данных могут быть доступны байты или слова, при косвенной адресации—только байты. Стековая адресация применяется только при работе со словами. Как способ адресации, так и тип операнда определяется неявно кодом операции.

В МП ВМ80 используется изолированное пространство ВВ. Эта отдельная область организована в виде массива из 256 8-разрядных портов ввода и 256 8-разрядных портов вывода. Допускается только один способ доступа к пространству ВВ—прямой, когда 8-разрядный адрес порта указывается непосредственно в команде.