Procesor

• Instrukce = sada mikroinstrukcí (fáze); pouze číslo
• Assembler = jazyk symbolických adres/instrukcí;
  • instrukce zapisujeme zkratky
  • adresu nepíšeme přímo, ale můžeme si ji pojmenovat

• Procesor je synchronní stroj řízený řadičem.
• Základní frekvence = takt procesoru
• Strojový cyklus = čas potřebný k zápisu (čtení) slova z paměti (např. 3 takty); jedna mikroinstrukce
• Instrukční cyklus = čas potřebný pro výběr a provedení instrukce; potřeba několik mikroinstrukcí
• Příklad formátu instrukce: (1 až 3 bajty) Operační kód (operační znak) [ Adresa operandu / operand, [ Adresa 2. operandu / 2. operand ] ]

• Fáze procesoru:
  • výběr
    • operačního kódu z paměti
    • operandu / adresy operandu z paměti
  • provedení instrukce
  • přerušení, …
• Výběr instrukcí je řízen registrem:
  • čítač instrukcí (adres)
  • PC (Program Counter)
  • IP (Instructiom Pointer, alternativní název k PC)
• Po provedení instrukce zvyšuje PC o délku instrukce. Plní se např. instrukcí skoku, …

Počítač (náš pro vysvětlení)

• pracují ve dvojkovém doplňkovém kódu
• registry
  • A (Accumulator) = střádač - 8 bitový
  • PC = čítač instrukcí - 16 bitový (= slovo)
• paměť
  • 2^16 bitů = 64KB
  • adresovatelná jednotka = bajt
  • data = 8 bitová
• náš procesor je podobný 8 bitovému procesoru Intel 8080 (1974)
• Dn = datový bit
• An = adresový bit
• WR = Write, řízení zápisu do paměti
• Vss = GND; Vbb = -5V; Vcc = +5V; Vdd = +12V
• Phase1, Phase2 = impulsy vnějších hodin

Instrukce

• LDA adresa - Load A Direct
  • naplní registr A obsahem bajtu z paměti
  • uložení instrukce v paměti

operační znak	16 bitová adresa paměti
3Ah	nižší bajt adresy	vyšší bajt adresy
(Little Endian)

• STA adresa - Store A Direct
  • Uloží reg. A do paměti
  • uložení instrukce v paměti

operační znak	16 bitová adresa paměti
32h	nižší bajt adresy	vyšší bajt adresy

• JMP adresa - Jump Unconditional
  • nepodmíněný skok na adresu
  • uložení instrukce v paměti:

operační znak	16 bitová adresa paměti
0DAh	nižší bajt adresy	vyšší bajt adresy

• HLT
  • Musí být na konci našeho programu!
  • Přeruší vykonávání příkazů.
• další registry: B, C, D, E, H, L (8bitové)
• MOV = přesun mezi registry
  • MOV r1, r2
  • r1 <– r2
  • ri = {A,B,C,D,E,H,L}
  • kódování = 1 bajt (kombinace registrů je součástí operačního znaku)

( db = define byte, pseudo instrukce pro assembler )

Interní registry

IR

• instrukční registr (8bitový)
• je napojen na dekodér instrukcí (řadič)

DR

• datový registr (8bitový)
• registr pro čtení/zápis dat z/do paměti

AR

• adresový registr (16bitový)
• adresa pro čtení/zápis z/do paměti

TA = (TA_H, TA_L)

• Temporary Address Register (16bitový):
• TAH (TA High - 8 bitů), TAL (TA Low - 8 bitů)

Aritmetické instrukce

• INR r = increment register (r <– r + 1)
• ADD r = Add Register to A
• CMA = Complement A (inverze všech bitů)

Příznakový registr F (Flag) procesoru I8080

Z (Zero) = 1 při nenulovém výsledku = 0 při nulovém výsledku S (Sign) = Kopie znaménkového bitu výsledku operace CY (Carry) = Kopie bitu přenášeného z nejvyššího řádu výsledku operace P (Parity) = 1 při sudé paritě výsledku = 0 při liché paritě výsledku AC (Auxilary Carry) = přenos mezi 3 a 4 výsledku

• příznaky nastavují: ADD, INR
• příznaky nemění: LDA, STR, JMP, MOV, CMA
• CMP r = Compare Register with A (nastavení příznaků), A - r

Podmíněné skoky

Jpodmínka adresa, skoky podle obsahu příznakového registru

• JC CY=1
• JNC CY=0
• JZ Z=1
• JNZ Z=0
• JP S=0 (Jump if positive)
• JM S=1 (Jump if minus)

Stack

• Zásobník roste v paměti od vyšších adres k nižším.
• Registr SP (Stack pointer 16bitový)
• Plnění SP instrukcí LXI SP, hodnota = Load immediate
• Instrukce
  • PSW – Processor Status Word = dvojice registrů A, Fl (Flags)
  • PUSH B | D | H | PSW – z dvojice registrů načte 2 bajty do zásobníků
    • B | D | H | A –> SP - 1
    • C | E | L | Fl – > SP - 2
    • SP - 2 –> SP
  • POP B | D | H | PSW – do dvojice registrů načte 2 bajty ze zásobníků
    • SP –> C | E | L | Fl
    • SP + 1 –> B | D | H | A
    • SP + 2 –> SP
• Žádná kontrola podtečení!

Volání podprogramu

• CALL adresa - vloží návratovou adresu do zásobníku a pak skočí na adresa
• RET - vyskočení z dané funkce, pop adresy ze zásobníků a na danou adresu skočí

Instrukce nepřímá

• LDAX 100h - na adrese 100h je adresa, kam se má uložit, (STAX, JMPX, TAX)

Programování V/V operací (I/O)

• pro V/V zařízení se používá virtuální paměť, která je podobná operační paměti
• příkazy posíláme na V/V adresu
• možnost, jak zvolit, jestli používáme operační paměť nebo V/V brány
• na procesoru je to pin M/IO
• time-out = maximální doba, kterou jsme schopni čekat; zamezení čekání do nekonečna na signál HOTOVO
• instrukce
  • OUT = zapíše obsah A na V/V sběrnici
  • IN = přečte obsah V/V sběrnice do A
  • START = zahájí V/V operaci
  • FLAG adresa = skok na adresu, není-li operace hotova

Přerušení

• Umožňuje multiprogramové zpracování
• Interrupt = Signál žádosti o přerušení je vytvořen vně procesoru (V/V zařízení)
• Procesor si může vybrat, jestli přerušení akceptuje nebo ne
  • Pokud ano, musí uložit nějaký stav; instrukci, která se měla provést a použité registry

Přerušovací systém

• program (statický) vs. proces (dynamický)
• umožňuje přerušení běžícího procesu a aktivuje rutinu pro obsluhu přerušení
• činnost při přerušení:
  1. přerušení provádění procesu
  2. Úklid PC, A, …
  3. Provedení obslužné rutiny
  4. Obnovení PC, A, … a tím pokračování přerušeného procesu
• Proces můžeme přerušit:
  • pouze po provedení instrukce (ne během ní; musí dokončit všechny své fáze; Je-li fáze == výběr instrukce)
  • je-li to povoleno (příznak, který přerušení povoluje a zakazuje) IF (Interrupt FLAG) Instrukce STI (přerušení povoleno, tj. IF := 1; privilegovaná instrukce) Instrukce CLI (přerušení zakázáno, tj. IF := 0; privilegovaná instrukce)
• procesor nelze přerušit bezprostředně po zahájení obsluhy předchozího přerušení
• overrun = dvě přerušení od stejného zařízení –> přepíšou se data z prvního přerušení
• Při přerušení se uplatní uložení PC do zásobníku, vynuluje se IF a do PC se načte adresa programu přerušení (adresa ukazuje do OS)
• STI = nepovoluje přerušení hned, ale až po vykonání následující instrukce

Signál RESET

• nastavení počítače do počátečních podmínek a předání řízení zaváděcímu programu v permanentní paměti
• Signál Reset se uplatní kdykoli - tj. i uvnitř fází instrukce
• Fáze Reset
  • 0 –> IF (zakázání přerušení)
  • 64512 –> PC (Skok do ROM)
• činnosti po zapnutí počítače:
  1. vyčkání asi 1s (doba náběhu a ustálení zdroje)
  2. generování signálu RESET