1.Цель работ
Целью данных лабораторных работ является изучение процессов ввода/вывода информации в (из) память ЭВМ с использованием стандартных устройств (клавиатуры и экрана монитора), а также исследование системы команд микропроцессоров семейства Intel 80×i86 и Pentium и разработка программ на языке ASSEMBLER.
2. ТЕОРЕТИЧЕСКИЕ СВЕДЕНИЯ
2.1. Архитектура микропроцессора Intel 8086.
На основе n-МОП технологии с кремниевыми затворами фирмой Intel был создан однокристальный 16-разрядный МП 8086 (отечественный аналог - МП КМ1810ВМ86). Производительность этого микропроцессора при тактовой частоте 5 МГц составляет 2,5 миллиона операций типа регистр-регистр в секунду. В дальнейшем будем называть его ВМ86. Отметим, что архитектура этого микропроцессора легла в основу разработки последующих поколений микропроцессоров, выпускаемых фирмами Intel, AMD и т. д. Поэтому изучение микропроцессорных средств персональных ЭВМ, а также основ разработки программ для них на языке ASSEMBLER, целесообразно начинать с изучения архитектуры ВМ86, системы его команд и способов адресации. Важно отметить, что программы написанные под эту архитектуру, прекрасно работают и на современных персональных ЭВМ, использующих микропроцессоры отмеченных выше фирм.
Архитектура ВМ86 имеет следующие особенности: выполнение аппаратными средствами арифметических операций над 8 и 16-разрядными двоичными числами со знаком и без знака, десятичными двоично-кодированными числами, логические операции над цепочками данных, расширенные возможности работы с отдельными разрядами слов; наличие 16-разрядного АЛУ с аппаратной реализацией умножения и деления; регистровая структура; практически неограниченное число уровней векторного прерывания; сегментная адресация, позволяющая прямо адресовать одно-мегабайтовую память, производить динамическое перемещение программ; использование одного уровня напряжения питания 5В. На рис.1 представлена архитектура центрального процессора ВМ86.
Регистры управления и рабочие регистры разделены на три группы в соответствии с выполняемыми ими функциями. Имеются группа регистров данных, указательная группа и сегментная группа. Все регистры имеют длину 16 бит. Регистром команд служит 6- байтная очередь. В группу регистров данных входят регистры АХ, ВХ, СХ и DX. Они предназначены для хранения операндов и результатов операций и допускают адресацию не только целых регистров, но и их младшей L и старшей Н половин.
Рис. 1. Архитектура центрального процессора ВМ86.
Регистры ВХ, СХ и DX кроме арифметических функций имеют и специальные назначения: ВХ служит базовым регистром в вычислениях адреса, СХ в некоторых командах выступает неявным счетчиком, DX в некоторых операциях ввода-вывода содержит адрес порта ввода-вывода.
Указательная и индексная группы представлены регистрами IP, SP, BP, SI и DI. Указатель команды IP и регистр SP фактически являются программным счетчиком и указателем стека. Однако полные адреса команды и стека образуются суммированием содержимого этих регистров и регистров CS и SS. Регистр ВР является базовым при обращении к стеку. Регистры SI и DI предназначены для индексирования. Хотя их можно использовать сами по себе, они часто используются в комбинации с регистрами ВХ, ВР и (или) смещением. Любой из указателей, кроме IP, может хранить 16- разрядный операнд.
Регистр признаков - Flag (F), приведенный на рис. 2, имеет 16 разрядов.
Рис.2. Формат регистра флагов
В регистре признаков формируются:
а) признаки результата: переполнение OF (операции с целыми числами); знака результата SF; нуля ZF; вспомогательного переноса AF (перенос из третьего или заем из четвертого разряда); четности PF (четное число единиц в младшем байте результата); переноса CF (перенос из старшего или заем в старший разряд результата;
б) признаки управления: пошагового режима TF (управление пошаговыми прерываниями); разрешения прерывания IF (разрешение или запрещение направления DF (указывает направление обработки цепочки данных, начиная с элемента с наименьшим адресом при DF= 0 или с наибольшим адресом при DF = 1)), где:
OF - флажок переполнения;
DF - флажок направления сканирования;
IF - флажок разрешения прерывания;
TF - флажок пошагового режима;
SF - флажок знака;
ZF - флажок нуля;
AF - флажок вспомогательного переноса;
PF - флажок четности;
CF - флажок переноса.
Память имеет байтовую организацию - двухбайтовое слово размещается в смежных ячейках, причем старший байт занимает ячейку с большим номером. Адресом слова служит адрес младшего байта. Рекомендуется, для повышения скорости обработки данных, размещать слова по четным адресам.