Программирование, базы данных, ПО на языке ассемблер для микропроцессоров 8080 и 8085

Интенсивное развитие микроэлектроники и повышения степени интеграции открыли новое направление в ВТ - создание микропроцессоров и микрокомпьютеров. Появились вы числительные системы с малым уровнем потребления энергии и универсальными возможностями, которые позволяют решать задачи управления объектами различной физической природы. На основе их применения снижаются затраты на автоматизацию основных технических и вспомогательных процессов.

В результате будет решена задача комплексной автоматизации производства во всех отраслях. Это позволит увеличить производительность труда, уменьшить себестоимость выпускаемой продукции и значительно сократить ручные операции в промышленности. Однако для широкого развития работ в данном направлении необходимо готовить значительное число инженеров - системотехников, умеющих создавать и применять микропроцессоры и микрокомпьютеры. Кроме того, следует выпускать и много инженеров - математиков, разрабатывающих соответствующее

программное обеспечение. Для их обучения необходимо иметь учебные пособия, посвященные аппаратным и программным средствам современной вычислительной техники. Несмотря на то, что выпущено значительное количество литературы, посвященной разработке и применению микропроцессоров и микрокомпьютеров, а также описание программных средств, предлагаемая книга представляет определенный интерес комплексным подходом и методической целостностью.

На обзор представлена книга американских авторов Левенталя Л. и Сэйвилла У. "Программирование на языке ассемблер для микропроцессоров 8080 и 8085" . Книга переведена с английского, напечатана в 1987г. в издательстве Радио и связь. Издание включает в себя 488 страниц. Для начала рассмотрим содержание этой книги, чтобы сделать окончательный анализ по ее достоинствам

и недостаткам, а также конкретизировать к какой группе эта книга предназначена. На обзор кратко будут представлены части этой книги, затем остановим свое внимание на определенной главе. Книга состоит из двух частей: обзора вопросов программирования на языке ассемблера и набора подпрограмм. Первая часть хорошо проиллюстрирована большим числом примеров, позволяющих быстро усвоить основные навыки программирования для рассматриваемых микропроцессоров.

Подпрограммы, приведенные во второй части книги, могут удовлетворять потребности большинства программистов в стандартных процедурах. Эта книга, можно сказать, является как бы справочным пособием для программистов, работающих на языке ассемблера. Она содержит краткий обзор вопросов программирования на языке ассемблера для конкретного микропроцессора и набор полезных подпрограмм. В этих подпрограммах использовались стандартные соглашения по формату, документированному оформлению

и методам передачи параметров. При этом соблюдались правила наиболее распространенных ассемблеров; кроме того, описаны назначение, процедура, параметры, результаты, время выполнения и требования к памяти. ГЛАВА 1. ОБЩИЕ МЕТОДЫ ПРОГРАММИРОВАНИЯ Служит введением в программирование для данного процессора; в ней приводятся основные отличия этого процессора от других микропроцессоров и мини-ЭВМ. В этой главе описываются общие методы написания программ на языке ассемблера для микропроцессора 8080

и 8085. Она содержит способы выполнения следующих операций: • загрузка и сохранение регистров; • запоминание данных в памяти; • арифметические и логические операции; • работа с разрядами; • проверка разрядов; • проверка на определенные значения; • числовые сравнения; • организация циклов (повторяющихся последовательностей операций) ; • обработка массивов; • поиск в таблице; • работа с символами; • преобразование кодов; • арифметические операции повышенной точности; • умножение и деление; • обработка списков; • обработка

структур данных. В отдельных разделах описываются передача параметров подпрограммам, общие методы написания драйверов ввода-вывода и программ обработки прерываний, а также приемы, позволяющие ускорить выполнение программ и уменьшить используемую ими память. Для тех, кто знаком с программированием на языке ассемблера на других вычислительных машинах, здесь дается краткий обзор особенностей процессоров 8080 и 1. Арифметические и логические операции разрешены только между аккумулятором и байтом непосредственных

данных или между аккумулятором и регистром общего назначения. Однако один регистр общего назначения в действительности указывает на адрес в памяти; это регистр М, который в действительности обращается к адресу в памяти, содержащемуся в регистрах Н и L. Таким образом, команда ADD M , например, означает: прибавить к аккумулятору содержимое байта памяти, адресуемого через регистры H и L. 2. Аккумулятор и регистры

Н и L являются специальными регистрами. Они являются единственными регистрами, которые могут быть прямо загружены или записаны в память. Аккумулятор является единственным регистром, который может быть инвертирован, сдвинут, косвенно загружен с использованием адреса в паре регистров В или D, косвенно записан в память по адресу, содержащемуся в паре регистров В или D, или использован в командах IN и ОUT . Регистры

Н и L составляют единственную пару, которая может быть использована косвенно в арифметических командах, при записи в память данных, заданных непосредственно в команде, или при загрузке и записи в память других регистров, отличных от аккумулятора. Регистры Н и L являются также единственной парой, которая может быть передана в счетчик команд или указатель стека. Более того, эти регистры используются как аккумулятор двойной длины при сложении 16-разрядных

чисел (команда DAD ) . Регистры D и Е являются в некотором смысле также специальными, поскольку одной командой ( XCHG ) можно поменять их содержимое с содержимым регистров Н и L. Таким образом, регистры в 8080 и 8085 весьма асимметричны, и программист должен аккуратно выбирать, для каких данных и адресов какими регистрами пользоваться. 3. Часто для одних и тех же физических регистров используются несколько имен.

Для многих команд A, B, C, D, E, H и L являются 8-разрядными регистрами. Для других команд регистры В и С (В- старший по значению) , D и Е (D- старший по значению) или Н и L (Н- старший по значению) являются 16-разрядной парой регистров. Термины пара регистров В, регистры В и С и пара регистров ВС имеют одно и тоже значение; подобные же варианты существуют для регистров

D и Е и H и L. Заметим, что пара регистров и два одиночных регистра физически одно и то же, и они не могут служить одновременно для различных целей. Регистры Н и L фактически почти всегда применяют для косвенного адреса из-за наличия команд, имеющих доступ к регистру М, и таких специальных команд, как SPHL , PCHL , XTHL и XTHG . Благодаря тому, что существует команда

XCHG , для второго адреса берут регистры D и Е, а не В и С. Регистры В и С используют обычно как отдельные 8-разрядные регистры для временного хранения данных. 4. Воздействие различных команд на флаги весьма непоследовательно. К некоторым особенно необычным действиям относятся следующие: логические команды очищают флаг переноса; команды сдвига не действуют на другие флаги, кроме флага переноса; команды загрузки, записи, пересылки,

увеличивают на 1 пары регистров и уменьшают на 1 пары регистров вообще не оказывают влияния на флаги; 16-разрядное сложение действует только на флаг переноса. Отсутствует косвенная адресация через память и индексация. Отсутствие косвенной адресации через память компенсируется загрузкой косвенного адреса в регистры Н и L. Действительная косвенная адресация, таким образом, является двухшаговым процессом.

При желании загрузить или записать в память аккумулятор можно также загрузить косвенный адрес в регистры В и С или D и Е. Отсутствие индексной адресации компенсируется добавлением пары регистров с помощью команды DAD . Эта команда добавляет пару регистров к Н и L. Таким образом, индексация требует нескольких шагов: загрузить индекс в пару регистров, загрузить базовый адрес в другую пару (одной из пар регистров должны быть

Н и L) , в) используя команду DAD , сложить две пары и г) использовать сумму как косвенный адрес (при помощи обращения к регистру М) . Индексация в 8080 и 8085 - долгий и неудобный процесс. Нет флага переполнения при получении дополнения до двух, так что надо определять такое переполнение программным путем. Из этого следует, что трудно работать с числами со знаком. Многие обычные команды отсутствуют, но могут быть легко смоделированы с помощью регистровых команд.

Примерами являются очистка аккумулятора (с использованием SUB A или XRA A ) , логический сдвиг аккумулятора влево (с помощью ADD A ) , очистка флага переноса ( ANA A или ORA A ) и проверка аккумулятора ( ANA A или ORA A ) . Команда ANA A и ORA A очищают флаг переноса и устанавливают остальные флаги в соответствии с содержимым аккумулятора. Причем загрузка регистра не действует на флаги.

Нет относительных переходов. Фактически, единственной командой перехода, которая не требует абсолютного адреса, является PCHL , по которой загружается счетчик команд из регистров Н и L и, таким образом, производится косвенный переход. Есть два отдельных набора команд увеличения и уменьшения на 1. Команды DCR и INR применяются к 8-разрядным регистрам и действуют на все флаги, за исключением флага

переноса. Команды DCX и INX применяются к 16-различным парам регистров и вообще не действуют на флаги. Можно использовать 16-разрядные пары регистров как обыкновенные счетчики, но единственным способом проверки пары на 0 является использование команды логическое ИЛИ к двум регистрам вместе с аккумулятором. Нет арифметических или логических сдвигов. Единственными командами сдвига являются команды циклического сдвига с флагом переноса или без него.

Другие сдвиги могут быть смоделированы при помощи команд циклического сдвига ( RRC, RLC, RAR и RAL ) и команд сложения ( ADD A, ADC A и DAD H ) . Флаг переноса может быть установлен с помощью STC , а очищен с помощью ANA A (или ORA A ) . Аккумулятор является единственным регистром, который может быть сдвинут, инвертирован или использован для ввода или вывода.

Единственными командами, которые оперируют непосредственно с регистрами общего назначения, являются команды MOV (пересылка содержимого в другой регистр или из другого регистра) , MVI (загрузка непосредственного операнда) , DCR (уменьшает на 1) и INR (увеличение на 1) . Эти команды могут оперировать также с регистром М, т.е. байтом из памяти, адресуемым через регистры

Н и L. В стек или из стека могут быть переданы только пары регистров. Одной из таких пар является слово состояния процессора ( PSW ) , которое содержит аккумулятор (старший байт) и флаги (младший байт) . Команды CALL и RETURN передают адреса в стек или из него. В микропроцессоре 8080 отсутствует читаемый флаг системы прерываний.

Это создает трудности в том случае, когда исходное состояние системы прерываний должно быть восстановлено после выполнения секции команд, которая должна выполняться при закрытых прерываниях. Для решения этой проблемы можно копию состояния прерываний хранить в ОЗУ. С другой стороны, 8085 имеет читаемый флаг разрешения прерываний. В микропроцессорах 8080 и 8085 приняты следующие общие соглашения. •

При записи всех 16-разрядных адресов младший байт записывается первым (т.е. по меньшему адресу) . Порядок байтов в адресах тот же, что и в микропроцессоре Z80 и 6502, но является обратным порядком байтов, принятому в микропроцессорах 6800 и 6809. • Указатель стека содержит младший адрес, действительно занятый в стеке. Это соглашение также принято в микропроцессорах Z80 и 6809, но явно противоположно принятому 6502 и 6800

(следующий доступный адрес) . Согласно всем командам 8080 и 8085 данные в стек записываются с предварительным уменьшением на 1 (вычитанием перед записью байта 1 из указателя стека) и загружаются из стека с последующим увеличением на 1 (добавлением после загрузки байта 1 к указателю стека) . • Флаг разрешения прерываний (только в 8085) , равный 1, разрешает прерывания, а 0 - запрещает их. Такое же соглашение принято и в Z80, но оно обратно принятому в 6502,6800 и 6809.

Представленная часть первой главы рассмотрела особенности процессоров, она так и называется - краткий обзор для опытных программистов. Теперь будем рассматривать дальше, причем не указывая конкретно команды, а описывая понятия и особенности операций представленной на обзор первой главы данной книги. ЗАГРУЗКА РЕГИСТРОВ ИЗ ПАМЯТИ В микропроцессорах 8080 и 8085 предусмотрены четыре способа адресации, которыми можно пользоваться при загрузке регистров из памяти: прямая (из памяти с конкретным адресом)

, непосредственная (с конкретным значением) , косвенная (из адреса, помещенного в паре регистров) и стековая (из вершины стека) . ЗАПОМИНАНИЕ РЕГИСТРОВ В ПАМЯТИ Для запоминания регистров в памяти существуют три способа адресации: прямая (в память с конкретным адресом) , косвенная (в память с адресом, который находится в паре регистров) и стековая (в вершину стека) . ЗАПОМИНАНИЕ ДАННЫХ В ОЗУ Начальные значения ячеек

ОЗУ задаются либо через аккумулятор, либо прямо или косвенно с использованием регистров Н и L. АРИФМЕТИЧЕСКИЕ И ЛОГИЧЕСКИЕ ОПЕРАЦИИ Для большинства арифметических и логических операций (сложение, вычитание, логическое И, логическое ИЛИ, ИСКЛЮЧАЮЩЕЕ ИЛИ и сравнение) одним из операндов является аккумулятор, а вторым 8-разрядный регистр или байт данных, заданный непосредственно в команде. Результат (если он существует) помещается в аккумулятор.

Если используется регистр М, то процессор получает операнд из памяти по адресу, который содержится в регистрах Н и L. РАБОТА С РАЗРЯДАМИ Программист может установить, очистить, получить обратный код (дополнение к 1) или проверить разряды, используя логические операции с соответствующими масками. Команды сдвига и получение обратного кода могут оперировать только с аккумулятором, но в то же время для выполнения небольшого числа сдвигов могут использоваться арифметические и логические команды.

Возможны следующие операции с отдельными разрядами аккумулятора: • установить с помощью операции логическое ИЛИ с единицами в соответствующих позициях; • очистить с помощью операции логическое И с нулями в соответствующих позициях; • инвертировать (изменить на обратное значение) с помощью операции ИСКЛЮЧАЮЩЕЕ ИЛИ с единицами в соответствующих позициях; • проверить (на все нули в проверяемых разрядах) с помощью операции логическое И с единицами в соответствующих позициях.

ПРИНЯТИЕ РЕШЕНИЙ Процедуры принятия решений могут быть классифицированы следующим образом • переход, если разряд установлен (логическая единица) или очищен (логический нуль) ; • переход, если два значения равны или не равны; • переход, если одно значение больше другого или меньше его. Наличие процедур первого класса позволяет процессору реагировать на значения флагов, переключателей, линии состояния или других двоичных (включено- выключено) сигналов.

Наличие процедур второго класса позволяет процессору определить, имеет ли вводимая величина или результат определенное значение (например, введен ли определенный символ команды или терминатор, или равен ли результат нулю) . Наличие процедур третьего класса позволяет процессору определить, превышает ли значение некоторый числовой порог или ниже его (например, правильное или ошибочное значение, выше или ниже предупредительного уровня или заданной точки) . ОРГАНИЗАЦИЯ ЦИКЛОВ Самый простой способ выполнения цикла (т.е. повторения

последовательности команд) в микропроцессоре 8080 или 8085 состоит в следующем: 1. Загрузить в регистр общего назначения число, указывающее, сколько раз должна быть выполнена последовательность команд: 2. Выполнить команды; 3. уменьшить заданный регистр на 1; 4. вернуться к шагу 2, если результат шага 3 не равен 0. Конечно, никакой список ошибок не может быть полным, тем не менее, данное в этой главе описание поможет читателю отлаживать большинство программ.

КЛАССИФИКАЦИЯ ОШИБОК ПРОГРАММИРОВАНИЯ Рассмотренные ошибки программирования для микропроцессоров 8080 и 8085 могут быть разделены на следующие категории: 1. Перестановка операндов ли частей операндов. К типичным ошибкам этого рода относятся перестановка операндов, указывающих на источник и назначение в командах пересылки, перевертывание формата, в котором запоминаются 16-разрядные значения, изменение направления при вычитаниях и сравнениях.

2. Неправильное использование флагов. Типичные ошибки следующие: • использование не того флага, который в данном конкретном случае должен проверяться (как, например, флага знака вместо флага переноса) , • условный переход после команд, которые не воздействуют на данный флаг, • инвертирование условий перехода (особенно при использовании флага нуля) , • неправильный условный переход в случаях равенства и случайное изменение флага перед условным переходом. 1. Смешивание регистров и пар регистров.

Типичная ошибка состоит в работе с регистром (В, D или Н) вместо пары регистров с аналогичным именем. 2. Смешивание адресов и данных. К типичным ошибкам относятся использование непосредственной адресации вместо прямой адресации или наоборот, смешивание регистров с ячейками памяти, адресуемыми через пары регистров. 3. Использование неверных форматов. Типичные ошибки состоят в использовании формата

BCD (десятичного) вместо двоичного или наоборот и использование двоичного и шестнадцатеричного кода вместо ASCII. 4. Неправильная работа с массивами. Обычная ошибка состоит в выходе за границы массивов. 5. Неучет неявных эффектов. К типичным ошибкам относятся использование аккумулятора, пары регистров, указателя стека, флагов или ячеек памяти без учета влияния участвующих в работе команд. Большинство ошибок вызываются командами, которые дают непредвиденные, неявные или косвенные результаты.

6. Ошибки при задании необходимых начальных условий для отдельных программ или микро-ЭВМ в целом. Большинство программ требует инициализации счетчиков, косвенных адресов, регистров, флагов и ячеек для временного хранения. Микро-ЭВМ в целом требует инициализации всех общих ячеек в ОЗУ (особо отметим косвенные адреса и счетчики) . 7. Неправильная организация программы. К типичным ошибкам относятся обход или повторение секций инициализации,

ошибочное изменение регистров с адресами или счетчиками и потеря промежуточных или окончательных результатов. Обычным источником ошибок, которые здесь не рассматриваются, является конфликт между программой пользователя и системными программами. Простым примером такого конфликта является попытка сохранять данные программы пользователя в ячейках памяти системной программы. В этом случае всякий раз, когда выполняется системная программа, изменяются данные, которые нужны для

программы пользователя. Более сложные источники конфликтов связаны с системой прерываний, портами ввода-вывода, стеком и флагами. Системные программы в конечном счете должны эксплуатировать те же самые ресурсы, что и программы пользователя. При этом обычно в системных программах предусматривается сохранение и восстановление программной среды, в которой работают пользовательские программы, но это часто приводит к трудноуловимым или неожиданным последствиям. Сделать такую операционную систему,