Расскажи друзьям!

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 питанияDCLO 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
  • “<=” - 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

      1. регистровая R
      2. косвенная регистровая ( R ) или @R
      3. автоинкрементная ( R )+
      4. косв. автоинкрементная @( R )+
      5. автодекрементная -( R )
      6. косв. автодекрементная @-( R )
      7. индексная X( R )
      8. 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) 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) <=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” )