Чарльз Петцольд - Код. Тайный язык информатики

Набор команд, позволяющих перемножить два байта, идеально подходит на роль подпрограммы. Давайте рассмотрим одну из них. В главе 17 подлежащие перемножению байты и произведение хранились в определенных ячейках памяти. Приведенная далее подпрограмма 8080 умножает байт в регистре B на байт в регистре C и помещает 16-битное произведение в регистр HL.

Обратите внимание: первая строка подпрограммы начинается с метки Multiply. Эта метка соответствует адресу ячейки памяти, в которой расположена подпрограмма. Подпрограмма начинается с двух команд PUSH. Как правило, она пытается сохранить (а в дальнейшем восстановить) значения любых регистров, которые могут ей потребоваться.

Затем подпрограмма записывает значение 0 в регистры H и L. Для этого вместо команды SUB можно было бы использовать команду MVI (Move Immediate — переместить непосредственно), однако в этом случае потребовались бы четыре команды, а не две. После выполнения подпрограммы в паре регистров HL будет содержаться произведение.

После этого подпрограмма перемещает содержимое регистра B (множитель) в A и проверяет, не равно ли оно 0. Если оно равно 0, подпрограмма завершается, так как произведение — 0. Поскольку значения в регистрах H и L уже равны 0, подпрограмма может просто использовать команду JZ (Jump If Zero — перейти, если ноль), чтобы перейти к двум командам POP в конце программы.

В противном случае подпрограмма записывает в регистр B значение 0. Теперь в паре регистров BC содержится 16-битное множимое, а в аккумуляторе (А) — множитель. Команда DAD прибавляет значение BC (множимое) к значению HL (произведение). Значение множителя в A уменьшается на 1. Пока он не станет равен 0, выполнение команды JNZ (Jump If Not Zero — перейти, если не ноль) будет приводить к повторному сложению значения BC со значением HL. Этот небольшой цикл будет выполняться до тех пор, пока количество операций сложения BC и HL не станет равным множителю. (Более эффективную подпрограмму для умножения можно написать, используя команды сдвига из набора команд процессора 8080.)

Эту подпрограмму для перемножения чисел, например 25h и 12h, можно использовать в программе, добавив следующий фрагмент кода.

MVI B,25h

MVI C,12h

CALL Multiply

Команда CALL сохраняет в стеке значение счетчика команд, которое представляет адрес команды, следующей после CALL. Затем CALL вызывает переход к команде, на которую указывает метка Multiply. Это начало подпрограммы. После того как подпрограмма рассчитает произведение, она выполнит команду RET, в результате чего в счетчик команд будет возвращено значение из стека. Затем будет выполнена команда, следующая после CALL.

Набор команд процессора 8080 предусматривает условные команды вызова и возврата , однако они используются реже, чем обычные команды перехода . Все они перечислены в следующей таблице.

Как вы знаете, к микропроцессору подключается не только память. Компьютерная система обычно требует устройства ввода и вывода (I/O), которые облегчают пользователям взаимодействие с машиной. К этим устройствам, как правило, относятся клавиатура и дисплей.

Как микропроцессор взаимодействует с этими периферийными устройствами? (Все подключенные к микропроцессору компоненты, кроме памяти, называются периферийными.) Конструкция периферийных устройств, подобно памяти, предусматривает интерфейс. Микропроцессор может записывать и считывать данные с периферийного устройства, указывая определенные адреса, на которые оно реагирует. В некоторых микропроцессорах периферийные устройства фактически задействуют адреса, обычно используемые для обращения к памяти. Такая конфигурация называется вводом-выводом с распределением памяти . Тем не менее в процессоре 8080, кроме обычных 65 536 адресов для устройств ввода и вывода, специально зарезервированы 256 дополнительных, которые называются портами ввода/вывода . Адресные сигналы устройств ввода/вывода подаются на входы с A0 по A7, а от обращений к памяти их отличают сигналы, фиксируемые чипом системного контроллера 8228.

Команда OUT записывает содержимое аккумулятора в порт, адресуемый следующим за командой байтом. Команда IN позволяет считать байт в аккумулятор.

Код

Команда

D3

OUT pp

DB

IN pp

Периферийным устройствам иногда требуется привлечь внимание микропроцессора. Например, когда вы нажимаете клавишу на клавиатуре, желательно, чтобы микропроцессор узнавал об этом сразу. Это реализуется благодаря механизму прерываний — сигналам, поступающим от периферийного устройства на вход INT процессора 8080.

Однако после перезапуска микропроцессор 8080 не реагирует на прерывания. Для разрешения прерываний программа должна выполнить команду EI (Enable Interrupts — разрешить прерывания), а для их запрещения — команду DI (Disable Interrupts — запретить прерывания).

Код

Команда

F3

DI

FB

EI

Выходной сигнал процессора 8080 INTE означает, что прерывания были разрешены. Когда у периферийного устройства возникает необходимость прервать работу микропроцессора, оно подает на вход INT сигнал, равный 1. В ответ на него процессор 8080 извлекает из памяти команду, однако управляющие сигналы сообщают о прерывании. В ответ на это периферийное устройство передает процессору 8080 одну из следующих команд.

Код

Команда

Код

Команда

C7

RST 0

E7

RST 4

CF

RST 1

EF

RST 5

D7

RST 2

F7

RST 6

DF

RST 3

FF

RST 7

Эти команды RST (Restart — перезагрузка) аналогичны командам CALL в плане того, что текущее значение счетчика команд сохраняется в стеке. Однако после этого RST осуществляет переход к определенным адресам памяти: RST 0 переходит к ячейке 0000h, RST 1 — к ячейке 0008h и так далее вплоть до RST 7, которая совершает переход к ячейке 0038h. В этих ячейках должны содержаться фрагменты кода, предусмотренного для обработки прерывания. Например, прерывание от клавиатуры привело к выполнению команды RST 4. Это значит, что начиная с ячейки 0020h в памяти должен храниться некоторый код для считывания байта, введенного с клавиатуры. (В главе 21 я объясню все это.)

К настоящему моменту мной описаны 243 кода команд. Существует 12 байтов, которые не соответствуют никаким командам: 08h, 10h, 18h, 20h, 28h, 30h, 38h, CBh, D9h, DDh, EDh и FDh. В сумме это дает 255. Но есть еще один код, о котором я должен упомянуть.

Код

Команда

00

NOP

Команда NOP (No Operation — нет операции) заставляет процессор бездействовать. Для чего она нужна? Для заполнения адресного пространства. Как правило, процессор 8080 может выполнять множество команд NOP без каких-либо неприятных последствий.