ОБРАБОТКА МАССИВОВ
Элемент массива проще всего выбрать, поместив его адрес в регистры Н и L. В этом случае можно:
* работать с элементом, обращаясь к нему как к регистру М;
* выбирать следующий элемент массива (по следующему большему адресу);
* используя команду INX для увеличения значения пары регистров Н и L, или предыдущий элемент (по предыдущему меньшему адресу), используя DCX для уменьшения Н и L.
* выбирать любой произвольный элемент, загрузив в другую пару регистров смещения элемента относительно адреса, содержащегося в НL, и использовав команду DAD (16-ричное сложение).
ПОИСК В ТАБЛИЦЕ
Так как в процессорах 8080 и 8085 отсутствует индексация, то адрес, необходимый для поиска в таблице, должен вычисляться явно с использованием команды DAD. Как и при работе с массивами, поиск в таблице является простым, если таблица содержит 8-разрядные элементы данных; сложнее, когда таблица содержит более длинные элементы или же адреса. В этом случае могут быть полезны команды XCHG, PCHL и SPHL, но они требуют, чтобы программист помещал результаты в определенные пары регистров.
РАБОТА С СИМВОЛАМИ
Простейший способ работы с символами в процессорах 8080 и 8085 состоит в обращении с ними как с 8-разрядными числами без знака. Буквы и цифры составляют упорядоченную последовательность набора символов в кодах ASCII (например, представление буквы А в коде ASCII на единицу меньше, чем представление буквы В). Приложение В) в конце книги содержит полный набор символов ASCII.
ПРЕОБРАЗОВАНИЕ КОДОВ
Данные могут быть преобразованы из одного кода в другой с помощью арифметических или логических операций (если соотношение кодов простое) или с помощью поиска в таблицах ( если это соотношение сложное).
АРИФМЕТИЧЕСКИЕ ОПЕРАЦИИ ПОВЫШЕННОЙ ТОЧНОСТИ
Арифметические операции повышенной точности требуют ряда 8-разрядных операций. Необходимо выполнять следующее:
* сначала очистить флаг переноса, так как никогда не происходит переноса в младшие байты или заема из них;
* использовать команды сложения с переносом (ADC) или вычитание с заемом (SBB) для выполнения 8-разрядных операций, которые включают перенос или заем из предыдущей операции.
УМНОЖЕНИЕ И ДЕЛЕНИЕ
Существуют много способов выполнения умножения. Один из подходов состоит в замене умножения небольших целых чисел на определенную короткую последовательность сложений и сдвигов влево. Деление на число, являющееся степенью 2, можно выполнить с помощью ряда логических сдвигов вправо. Если умножаются или делятся числа со знаком, то необходимо обращать внимание на отделение знака от абсолютной величины. Логические сдвиги должны быть заменены на арифметические, сохраняющие знаковый разряд.
ОБРАБОТКА СПИСКОВ
Если элементы списков хранятся в памяти в последовательных адресах, то такие списки можно обрабатывать так же, как массивы. Если два массива образуют очереди или цепочки, то становится очевидной ограниченность данного набора команд, выражающаяся в следующем:
* не предусмотрена индексация;
* косвенная адресация возможна только через пары регистров;
* адреса в парах регистров могут быть использованы только для получения или записи 8-разрядных данных.
РАСПРОСТРАНЕННЫЕ СТРУКТУРЫ ДАННЫХ
Более распространенные структуры данных можно обрабатывать с помощью процедур, предназначенных для работы с массивами, таблицами и списками. К распространенным структурам данных относятся очереди или связанные списки, а также стеки.
СПОСОБЫ ПЕРЕДАЧИ ПАРАМЕТРОВ
Наиболее общими способами передачи параметров в микропроцессорах 8080 и 8085 являются следующие:
* В регистрах. Доступными являются семь 8-разрядных регистров общего назначение ( A, B, C, D, E, H и L ), при этом три пары регистров (B, D и H) могут служить для передачи адресов.
* В заданной области памяти. Для реализации этого подхода проще всего поместить базовый адрес заданной области в регистры H и L. Вызывающая программа до передачи управления подпрограмме должна хранить параметры в памяти и загрузить базовый адрес в регистры H и L.
* В памяти программы непосредственно за вызовом подпрограммы.
* В стеке.
ПРОСТОЙ ВВОД - ВЫВОД
Простой ввод - вывод можно выполнить, используя или 8-разрядные адреса устройств, или 16-разрядные адреса памяти. Преимущества адресов устройств состоят в том, что они короче и используют отдельное адресное пространство. Недостаток состоит в том, что команды IN и OUT содержат адреса устройств и допускают только прямую адресацию, т. е. команды IN и OUT требуют, чтобы были определены адреса; в этом случае отсутствует прямой способ передачи адресов устройств ввода - вывода в виде параметров, так чтобы одна программа ввода - вывода поддерживала много устройств. С другой стороны, если порты ввода - вывода занимают адреса памяти, то с помощью любых команд, обращающихся к памяти, может выполнятся также ввод - вывод. Проблемы, связанные с этим подходом, состоят в его нестандартности, что создает трудности в тех случаях, когда надо отличить передачи ввода - вывода от передач в памяти, а также когда требуется, чтобы некоторая область памяти была зарезервирована для устройств ввода - вывода.
СОСТОЯНИЕ И УПРАВЛЕНИЕ
Сигналы состояния и управления могут обрабатываться так же, как любые другие данные. Единственная особенность состоит в том, что процессор не может читать из порта вывода; если необходимо знать текущее состояние порта вывода, необходимо хранить копию данных в оперативной памяти.
ПЕРИФЕРИЙНЫЕ ИНТЕГРАЛЬНЫЕ МИКРОСХЕМЫ
В системах 8080 и 8085 наиболее общими периферийными интегральными микросхемами являются последовательный интерфейс 8251, программируемый таймер 8253 и параллельны интерфейс 8255. Все эти устройства могут выполнять множество функций, большинство из которых подобно функциям самого микропроцессор. Конечно, периферийные интегральные микросхемы выполняют меньше различных функций, чем процессор, и диапазон этих функций существенно уже. В этой части книги описывается устройство 8255.
НАПИСАНИЕ ПРОГРАММ, РАБОТАЮЩИХ ПО ПРЕРЫВАНИЯМ
В большинстве систем прерывания 8080 и 8085 используются команды RST и входные сигналы, которые передают управление по определенным адресам памяти. Все команды RST и входные сигналы сохраняют старое значение программного счетчика в вершине стека, но не сохраняют автоматически остальные регистры. Слово состояния процессора (PSW) содержит аккумулятор (старший байт) и флаги (младший байт). Прерывания должны быть разрешены явно с помощью команды EI непосредственно перед командой RET, заканчивающей обслуживающую программу. Команда EI задерживает действительное разрешение прерываний на один такт команды во избежания лишней записи адреса возврата в стек.
УВЕЛИЧЕНИЕ БЫСТРОДЕЙСТВИЯ ПРОГРАММ
Ускорить выполнение можно только определив, где теряется время. Для этого необходимо определить, какие циклы процессор выполняет наиболее часто. Основное влияние на снижение затрат времени часто выполняемого цикла оказывает счетчик числа циклов. Таким образом, важно определить, как часто выполняются команды, и работать далее с циклами в порядке частоты их выполнения.
После того, как уточнено, какие циклы выполняются наиболее часто, время их выполнения можно уменьшить, используя следующие правила:
* Исключение избыточных операций;
* Реорганизация цикла так, чтобы уменьшалось число команд перехода;
* Использование линейной способности команд вместо подпрограмм;
* Использование для временного хранения стек вместо определенных адресов памяти;
* Назначение регистров таким образом, чтобы получить максимальный выигрыш от специализированных команд, как LHLD,SHLD,XCHG,XTHL и PCHL;
* Везде, где возможно, для работы с 16-разрядными данными использование 16-разряднвх команд;
* Использование команд MVI M, INR M и DCR M для работы с данными памяти;
* Использование команд MOV, MVI, INR, DCR, INX, DCX, SHLD, LHLD, XCHG, XTHL, PUSH, POP, PCHL и SPHL для работы с данными в регистрах;
* Использование RST,PCHL или RET в качестве коротких команд перехода;
* Организация последовательности условных переходов таким образом, чтобы была минимизация среднего времени выполнения;
* Проверка на условия, при которых последовательность команд не выполняется, и обход этой последовательности для случая выполнения условий.
Обычный путь к снижению времени выполнения состоит в замене длинных последовательностей команд таблицами. Если не предусмотрены специальные выходы или не введены элементы логики программы, то с помощью отдельного просмотра таблицы могут выполняться те же операции, что и с помощью последовательности команд. Ценой этого является необходимость в расходах на дополнительную память, но при ее наличии это может быть оправдано. Если емкость памяти достаточна, то поиск в таблице может быть рациональным подходом, даже если многие записи ее одинаковы. Кроме того, что ускоряется работа, поиск в таблице обычно легче программировать и проще изменять.
УМЕНЬШЕНИЕ ДЛИНЫ ПРОГРАММЫ
Длину программы можно значительно уменьшить, выделив общие последовательности команд и заменив их подпрограммами. В результате получается одна копия этих команд вместо нескольких копий.
Поиск по таблице обычно требует большего объема памяти, но снижает время выполнения.
ГЛАВА 2. РЕАЛИЗАЦИЯ ДОПОЛНИТЕЛЬНЫХ КОМАНД И СПОСОБОВ АДРСАЦИИ
В этой главе показано, как реализовать команды и способы адресации, которые не входят в набор команд 8080 или 8085. Конечно, нет выбора команд, который включал бы все возможные комбинации. Разработчик должен выбирать набор команд, исходя из того, сколько кодов операций доступно, насколько легко могут быть выполнены дополнительные комбинации и как часто они могут использоваться. Описание дополнительных команд и способов адресации не означает, что основной набор команд является неполным или же плохо разработанным.
РАСШИРЕНИЕ НАБОРА КОМАНД
Команды делятся на следующие группы: арифметические, логические, передачи данных, перехода, пропуска, вызова подпрограммы, возврата из подпрограммы и смешанные. Типы операндов для каждого типа команд обсуждаются в соответствующем порядке: байт, слово, десятичный операнд, разряд, число, составной операнд. При обсуждении способов адресации используется следующий порядок: прямая, косвенная, непосредственная, индексная, регистровая, автоиндексирование с предварительным увеличением адреса, автоиндексирование с предварительным уменьшением адреса, автоиндексирование с последующем уменьшением адреса, косвенная с предварительным индексированием, и косвенная с последующем индексированием .
АРИФМЕТИЧЕСКИЕ КОМАНДЫ
В эту группу включены следующие команды: сложение, сложение с флагом переноса, вычитание, вычитание при перестановке операндов, вычитание с флагом переноса (заем), увеличение на 1, уменьшение на 1, умножение, деление, сравнение, получение дополнения до двух (отрицательного числа) и расширение. Для удобства те команды, принадлежность которых к конкретной категории неясна, повторяются во всех категориях, к которым они могли бы быть отнесены.
ЛОГИЧЕСКИЕ КОМАНДЫ
Эта группа включает следующие команды: логическое И, логическое ИЛИ, логическое ИСКЛЮЧАЮЩЕЕ ИЛИ, логическое НЕ (дополнение), сдвиг, циклический сдвиг и проверку. Она включает также те арифметические команды (такие, как сложение с аккумулятора с самим собой), которые выполняют логические функции.
КОМАНДЫ ПЕРЕДАЧИ ДАННЫХ
Эта группа включает команды загрузки, запоминания, пересылки, обмена, ввода, вывода, очистки и установки. Кроме того, она включает арифметические команды (такие как вычитание аккумулятора из самого себя), которые заносят определенное значение или содержимое какого-либо регистра в аккумулятора или другой регистр назначения, не изменяя при этом данных.
КОМАНДЫ ПЕРЕХОДА
Эта группа включает следующие виды переходов:
1. Команды безусловного перехода
* Перейти косвенно;
* Перейти по индексу, предполагая, что базовый адрес таблицы адресов находится в регистрах Н и L, а индекс в аккумуляторе;
* Перейти и связать, т.е. передать управление по адресу DEST, сохранив текущее состояние счетчика команд в регистрах Н и L.
2. Команды условного перехода
* Перейти при равенстве нулю;
* Перейти при неравенстве нулю;
* Перейти, если значения равны;
* Перейти, если значения не равны;
* Перейти, если значение положительное;
* Перейти, если значение отрицательное;
* Переходы с учетом знака;
* Перейти, если больше (без учета знака), т.е. если операнды не равны и при сравнении не требуется заема;
* Перейти, если значение не больше (без учета знака), т.е. если сравниваемые операнды равны или при их сравнении требуется заем;
* Перейти, если значение меньше (без учета знака), т.е. если сравнение без знака требует заема;
* Перейти, если значение не меньше (без учета знака), т.е. если сравнение без знака не требует заема.
КОМАНДЫ ПРОПУСКА
В микропроцессорах 8080 или 8085 команда пропуска может быть выполнена с помощью команды перехода с соответствующем адресом назначения. Этот адрес назначения должен указывать на команду, следующую после той, которая стоит непосредственно за командой перехода. Действительное число пропускаемых байтов будет меняться, так как команды микропроцессоров 8080 и 8085 могут иметь длину 1-3 байта.
КОМАНДЫ ВЫЗОВА ПОДПРОГРАММ И ВОЗВРАТА ИЗ ПОДПРОГРАММ
1. Команда безусловного вызова.
В микропроцессорах 8080 или 8085 косвенный вызов может быть выполнен с помощью обращения к промежуточной подпрограмме, которая переходит косвенно на вызываемую подпрограмму.
2. Команда условного вызова.
В микропроцессоре 8080 или 8085 условный вызов подпрограммы может быть выполнен с помощью последовательностей команд для условного перехода. Единственное отличие состоит в том, что команды перехода к действительным адресам назначения должны быть заменены на команды вызова подпрограмм.
Команды возврата из подпрограмм разделяются на:
1. Команды безусловного возврата
2. Команды условного возврата
3. Команды возврата с пропуском
4. Команды возврата после прерывания
СМЕШАННЫЕ КОМАНДЫ
В эту категорию входят следующие команды: нет операции, запись в стек, получение из стека, останов, ожидание, захват (программное прерывание) и другие, не попавшие в описание ранее категории команд.
ДОПОЛНИТЕЛЬНЫЕ СПОСОБЫ АДРЕСАЦИИ
1. Косвенная адресация. В процессорах 8080 и 8085 косвенную адресацию можно выполнить с помощью загрузки косвенных адресов в регистры Н и L, используя команду LHLD. После этого обращение к регистру М является эквивалентом косвенной операции. Таким образом, этот процесс всегда включает два шага. Кроме того, можно использовать также пары регистров В и D в командах LDAX и STAX.
2. Индексная адресация. Индексную адресацию можно выполнить, добавляя индекс с помощью команды DAD к базе. Понятно, что программное сложение требует дополнительного времени выполнения.
3. Предувеличение. При предувеличении адресный регистр перед использованием автоматически увеличивается. В процессоре 8080 или 8085 предувеличение может быть реализовано с помощью увеличения пары регистров перед ее использованием в качестве адреса.
4. Послеувеличение. При послеувеличении адресный регистр после использования в команде автоматически увеличивается. В процессоре 8080 или 8085 послеувеличение может быть реализовано с помощью увеличения пары регистров после ее использования в качестве адреса.
5. Предуменьшение. При предуменьшении адресный регистр перед использованием автоматически уменьшается. В процессоре 8080 или8085 предуменьшение может быть выполнено с помощью уменьшения пары регистров перед ее использованием в качестве адреса.
6. Послеуменьшение. При послеуменьшении адресный регистр после использования автоматически уменьшается. В процессоре 8080 или 8085 Послеуменьшение может быть выполнено с помощью уменьшения пары регистров после использования ее в качестве адреса.
7. Косвенная адресация с предварительным индексированием (предындексирование). При предындексировании процессор должен сначала вычислить индексный адрес, а затем использовать этот адрес косвенно. Так как таблица, для которой производится индексирование, должна содержать двухбайтные косвенные адреса, индексирование должно сопровождаться умножением на 2.
8. Косвенная адресация с последующим индексированием (послеиндексирование). При послеиндексировании процессор должен сначала получить косвенный адрес, а затем использовать его как базу для индексирования.
ГЛАВА 3. РАСПРОСТРАНЕННЫЕ ОШИБКИ
ПРОГРАММИРОВАНИЯ В этой главе описываются распространенные ошибки в программах на языке ассемблера 8080 и 8085. Заключительный раздел данной главы посвящен описанию часто встречающихся ошибок в драйверах ввода-вывода и программах обслуживания прерываний. Эта глава преследует следующие цели:
* Предупредить программиста о возможных неприятных местах и источниках ошибок,
* Описать вероятные источники ошибок программирования,
* Подчеркнуть те методы и предостережения, которые обсуждались в главах 1 и 2,
* Информировать программистов, занимающихся поддержкой математического обеспечения, о возможных местах ошибок и неправильных толкований,
* Дать начинающему программисту отправную точку в трудном процессе обнаружения и исправления ошибок.