Setul de instructiuni al mr z - 80 ( iii ) - microprocesoare

SETUL DE INSTRUCTIUNI AL mR Z - 80 ( III )

1.Obiectul lucrarii

Se continua studiul setului de instructiuni al microprocesorului Z-80 cu urmatoarele grupe: instructiunile de salt, instructiunile aritmetice pe 16 biti, instructiunile de lucru cu acumulatorul si diverse, instructiunile pentru apelul subrutinelor, instructiunile de revenire din subrutine si, instructiunile de restart. Se prezinta aplicatii cu acestea.

2.Breviar teoretic

VII. Grupa instructiunilor de salt

Instructiunile din cadrul acestei grupe actioneaza asupra registrului PC (Programm Counter), provocand schimbarea continutului acestuia. Dar, registrul PC adreseaza memoria in vederea extragerii codului instructiunii ce urmeaza a fi executate de microprocesor. Se forteaza astfel executia urmatoarei instructiuni de la adresa specificata prin constanta pe 16 biti ce se incarca in PC. Practic, acest lucru provoaca un salt in derularea liniara a unui program si de aici denumirea acestei grupe de instructiuni.

Instructiunile de salt la microprocesorul Z-80 sunt de doua tipuri : directe si indirecte.

Salturile directe se caracterizeaza prin faptul ca in PC se depune direct constanta pe 16 biti ce reprezinta adresa de salt.

Salturile indirecte implica transferul de la un alt registru (deci indirect), a adresei de salt, in registrul PC.

mP Z-80 poate efectua doua categorii de instructiuni de salt de tip direct:

- absolute: saltul se face la o adresa absoluta de memorie - numar pe 16 biti;

- relative : saltul se face luand ca referinta valoarea continuta in PC-ul actual. Se indica, folosind codul complement fata de doi, numarul de locatii peste care se sare (inainte sau inapoi fata de PC-ul curent). Cu instructiuni de tip salt relativ se pot scrie programe cu caracter relocabil. Astfel de programe pot fi mutate oriunde in spatiul memoriei si vor putea fi rulate oricand din locul respectiv, obtinand aceleasi rezultate indiferent de acest loc.

Ambele categorii de instructiuni de salt direct prezinta cate doua subcategorii:

- neconditionate: saltul se efectueaza fortat;

- conditionate : saltul se efectueaza tinandu-se seama de valoarea indicatorilor de conditii.

A. Subgrupa instructiunii de salt absolut, neconditionat, direct

JP n16 - ( jump )

Simbolic : PC n16 ; Constanta pe 16 biti - n16 - este transferata neconditionat in registrul PC, provocand un salt la respectiva adresa la rularea programului.

B. Subgrupa instructiunilor de salt absolut, conditionat, direct

Prin intermediul acestor instructiuni se testeaza bistabilii din cadrul registrului indicatorilor de conditii, putandu-se lua decizii in functie de valoarea lor logica. Prin intermediul acestor instructiuni se pot implementa blocurile logice de tip " test " din cadrul organigramelor.

Se pot testa patru din cei sase indicatori: Z, Cy, P/V, S .

Daca conditia testata nu este indeplinita, nu se executa salt si procesorul trece la executia instructiunii imediat urmatoare celei de salt conditionat.

Exista si alte instructiuni ce permit testarea indicatorilor de conditii.

Generic, instructiunile din aceasta grupa (8 instructiuni) se pot scrie:

JP cc, n16- ( jump if cc ) cc I

OBSERVATIE . Un numar este par daca suma modulo 2 a bitilor sai este 0 ( sau numarul bitilor aflati in " 1 " logic este un numar par ).

Simbolic, aceste instructiuni realizeaza :

PC n16 - daca conditia testata cc este adevarata (se efectueaza salt);

sau PC PC+3 - daca conditia testata cc este falsa (se trece la instructiunea urmatoare).

C. Subgrupa instructiunii de salt relativ, neconditionat, direct

JR e- jump relative (salt relativ neconditionat) ;e - deplasament exprimat in CC2 .

Simbolic, instructiunea realizeaza urmatorul lucru :

PC PC + 2 + e ; Adresa PC + 2 este adresa de referinta ce se ia in calcul la efectuarea saltului.

Pentru calculul deplasamentului se va avea in vedere urmatoarea schema :

O astfel de instructiune efectueaza un salt neconditionat la o adresa de memorie aflata la o distanta relativa fata de adresa instructiunii urmatoare celei de salt (considerata adresa de referinta - vezi figura anterioara). Prin codul instructiunii se precizeaza distanta fata de adresa de referinta unde se va efectua saltul. Distanta este exprimata printr-un numar reprezentat in cod complement fata de 2, denumit deplasament (notat e).

La un deplasament negativ, saltul se face catre inapoi (catre adresele de inceput ale memoriei).

Pentru deplasament pozitiv, saltul se face catre inainte (catre adresele de sfarsit ale memoriei).

Spre exemplu, instructiunea JR 00h , va efectua salt neconditionat la instructiunea imediat urmatoare. InstructiuneaJR 0FEh , va efectua salt chiar pe ea insasi (microprocesorul intrand intr-o " capcana " ).

Cum deplasamentul este exprimat doar pe 8 biti, saltul se poate efectua cu maxim 127 locatii catre inainte, respectiv cu maxim 128 locatii catre inapoi, fata de adresa de referinta.

D. Subgrupa instructiunilor de salt relativ, conditionat, direct

a) JR kk, e - unde kkreprezinta conditia testata, dar spre deosebire de saltul absolut conditionat, kk poate fi doar :

kk I

Simbolic, instructiunea realizeaza urmatorul lucru :

Daca conditia kk este indeplinita se efectueaza salt, adica:

PC PC + 2 + e ; Adresa PC + 2 este adresa de referinta ce se ia in calcul la efectuarea saltului.

- Altfel, nu se efectueaza salt, adica :

PC PC + 2 ; Se trece la adresa instructiunii imediat urmatoare celei de salt relativ.

Apar urmatoarele situatii:

b) DJNZ e- decrement and jump relative if not zero ( decrementeaza si salt relativ daca Z = 0 )

OBSERVATIE. Secventa urmatoare de instructiuni:

LD B, n8

et1:      DJNZ et1

se constituie intr-o temporizare software. Decrementarea din instructiunea DJNZ se executa repetat (de n8 ori) pana cand B = 0. Folosind astfel de procedee, microprocesorul va putea sa contorizeze intervale de timp.

E. Subgrupa instructiunilor de salt indirect

JP (ss)

Simbolic : PC ss ; Continutul sursei duble ss este transferat neconditionat in registrul PC, provocand un salt la respectiva adresa. Denumirea "indirect" provine din faptul ca in prealabil, adresa (pe 16 biti) se incarca in registrul dublu specificat si apoi (indirect) aceasta ajunge in PC.

ss  I

Apar urmatoarele situatii:

VIII. Grupa instructiunilor aritmetice pe 16 biti

Numarul instructiunilor cuprinse in aceasta grupa este mai redus fata de cel al instructiunilor aritmetice pe 8 biti. Pentru micsorarea numarului de operatii pe care le efectueaza microprocesorul, este de preferat folosirea acestui tip de instructiuni (acolo unde este cazul). Rolul acumulatorului (de la instructiunile aritmetice pe 8 biti) este luat de unul din Registrii HL, IX sau IY.

A. Subgrupa operatiilor de adunare

a). ADD HL, ss

Simbolic : HL HL + ss ; ss = sursa dublass I

b). ADC HL, ss - addition with carry (adunare cu transport)

Simbolic : HL HL + ss + Cy ssI

c) ADD IX, ssd) ADD IY, ss

Simbolic : IX IX + ssSimbolic : IY IY + ss

ss I ssI

B. Subgrupa operatiilor de scadere

SBC HL , ss - substract with carry( scadere cu carry )

Simbolic :HL HL - ss - Cyss I

OBSERVATIE . Nu exista alte tipuri de operatii de scadere pe 16 biti ( fara carry sau cu alti registri ).

C. Subgrupa operatiilor de incrementare - decrementare pe 16 biti

1) Incrementarea

INC dd

Simbolic :dd dd + 1 dd I

Apar situatiile:

rp I

1) Decrementarea

DEC dd

Simbolic :dd dd - 1 dd I

Apar situatiile:

rp I

IX. Grupa instructiunilor de lucru cu acumulatorul si registrul indicatorilor de conditii

a) DAA - (decimal adjust accumulator) - ajustarea zecimala a acumulatorului.

Transforma codul binar existent in A intr-un cod zecimal codat binar (cod BCD), dupa efectuarea unor operatii de adunare sau scadere in care sunt implicati operanzi reprezentati in BCD.

Exemplu : Executand o operatie de adunare a doua numere, de exemplu 17 (BCD) si 39 (BCD), se obtine simplu, in aritmetica zecimala, rezultatul 56. Lucrand cu reprezentari binare :

0001 0111 +

0011 1001

0101 0000 = 50

Rezultatul este incorect. Instructiunea DAA ajusteaza acest rezultat pentru a se obtine reprezentarea BCD a sumei :

0101 0000 +

0000 0110

0101 0110 = 56

b) CPL - (complement accumulator) - complementarea acumulatorului

Simbolic : A ; prin aceasta operatie se obtine codul complement fata de 1 ( CC1 ) a datei existente in acumulator.

c) NEG - instructiunea transforma numarul binar existent in acumulator in complementul sau fata de 2.

Simbolic : A 00h - A( A A+01h )

d) CCF - ( complement carry flag ) - complementarea indicatorul carry din registrul F.

Simbolic :Cy C_y

e) SCF - ( set carry flag ) - punein" 1 " logic ( seteaza ) indicatorul carry.

Simbolic :Cy 1

OBSERVATIE . Carry este singurul indicator de conditii asupra caruia se poate actiona in mod direct, prin instructiuni (cele anterioare). Nu exista instructiune pentru resetarea lui Cy; pentru aceasta se face SCF urmat de CCF.

X. Grupa instructiunilor diverse

a) NOP - ( no operation ) - nici o operatie, procesorul trece la instructiunea urmatoare.

b) HALT - oprirea procesorului; din starea HALT nu se poate iesi decat prin resetarea microprocesorului sau prin primirea unei cereri de intrerupere recunoscuta de acesta.

c) DI -(disable interrupt) - dezactivarea mecanismului de intreruperi mascabile ( IFF1 = 0 )

d) EI - ( enable interrupt) - activarea mecanismului de intreruperi mascabile ( IFF1 = 1 )

e) IM 0 -(interrupt mode 0)- trecere microprocesorul in modul 0 de tratare a intreruperilor mascabile.

f) IM 1 - (interrupt mode 1) - provoaca trecerea microprocesorului in modul 1 de tratare a intreruperilor mascabile.

g) IM 2 - (interrupt mode 2) - provoaca trecerea microprocesorului in modul 2 de tratare a intreruperilor mascabile.

OBSERVATIE. Trecerea intr-un mod de tratare a intreruperilor mascabile nu realizeaza si validarea acestui mecanism de intreruperi. In acest scop este necesara rularea unei instructiuni de tip EI .

XI. Grupa instructiunilor pentru apelul subrutinelor

In derularea programelor exista situatii cand un anumit grup de instructiuni se executa repetat.

Pentru a economisi memoria calculatorului, precum si pentru a usura munca programatorului, zona care se repeta se declara subrutina; ea se scrie o singura data in derularea programului si se apeleaza de cate ori este nevoie. Respectiva subrutina se identifica printr-o eticheta a primei instructiuni sau prin adresa acesteia. Orice subrutina trebuie sa aiba la sfarsitul sau logic o instructiune de revenire in programul din care a fost apelata, de tipul RETURN. Sunt doua tipuri de instructiuni pentru apelul subrutinelor :

A. Subgrupa instructiunii pentru apelul neconditionat al subrutinelor

CALL n16 - apel neconditionat al subrutinei aflata la adresa specificata prin constanta pe 16 bitin16.

La apelarea unei subrutine se salveaza in stiva (folosind SP-ul) adresa instructiunii imediat urmatoare celei la care a intervenit apelul subrutinei (adresa continuta in PC). SP-ul se reactualizeaza, indicand adresa ultimei depuneri in stiva, iar in PC se incarca constanta n16 ce specifica adresa subrutinei .

B. Subgrupa instructiunilor pentru apelul conditionat al subrutinelor

Instructiunile din aceasta subgrupa testeaza indicatori din registrul F, luand decizia de apelare a subrutinei doar daca conditia testata este indeplinita. In caz contrar, se trece la instructiunea imediat urmatoare apelului subrutinei. Sunt 8 instructiuni de apel conditionat al subrutinelor (ce testeaza doar 4 indicatori de conditii), desemnate prin mnemonica generica:

CALL cc, n16 - apelul conditionat al subrutinei aflata la adresa n16, in cazul conditiei adevarate cc.

cc I

Simbolic:         Daca conditia testata "cc" este indeplinita se desfasoara aceleasi actiuni ca si la instructiunea CALL n16, in caz contrar trecandu-se la instructiunea imediat urmatoare apelului subrutinei.

Codarea conditiei testate " c c c " se mentine ca si la instructiunile de tip salt conditionat.

XII. Grupa instructiunilor pentru revenirea din subrutine

Orice subrutina trebuie sa se termine din punct de vedere logic cu o instructiune speciala pentru revenirea in programul principal. De remarcat faptul ca nu intotdeauna sfarsitul fizic al unei subrutine (ultima instructiune a acesteia) coincide cu sfarsitul sau logic. Revenirea din subrutina permite refacerea contextului anterior de lucru (reintoarcerea in programul in care a survenit apelul subrutinei ). Exista mai multe tipuri de instructiuni de revenire:

A. Subgrupa instructiunii pentru revenirea neconditionata din subrutina

RET - ( return ) - revenire neconditionata din subrutina

Se reface vechiul PC din momentul apelului subrutinei (in vederea reluarii programului ce a apelat subrutina) , iar SP-ul este reactualizat.

B. Subgrupa instructiunilor pentru revenirea conditionata din subrutina

Instructiunile din aceasta subgrupa testeaza indicatori din registrul F, luand decizia de revenire din subrutina doar daca conditia testata este indeplinita. In caz contrar, se trece la instructiunea imediat urmatoare, ramanandu-se pe mai departe in subrutina.

Sunt 8 instructiuni de revenire conditionata din subrutine (ce testeaza doar 4 indicatori de conditii), desemnate prin mnemonica generica:

RET cc - revenire conditionata din subrutina, daca conditia testata cc este indeplinita.

cc I

Simbolic : Daca conditia testata "cc" este indeplinita se desfasoara aceleasi actiuni ca si la instructiunea RET, in caz contrar trecandu-se la instructiunea imediat urmatoare celei de revenire din subrutina.

Conditiile testate "cc" , precum si codarea binara a acestora "ccc" se mentin ca si la instructiunile de tip salt conditionat si apel conditionat de subrutina.

Exemple : RET NZ - return if not zero - cod 0C0h

RET PE - return if parity even - cod 0E8h

OBSERVATIE . Instructiunile de tip salt conditionat, apel conditionat de subrutina precum si cele de revenire conditionata din subrutina formeaza grupa instructiunilor prin care se testeaza indicatorii de conditii. Prin ele se pot implementa in cadrul organigramelor, blocurile logice de decizie.

C. Subgrupa instructiunii pentru revenirea din subrutina de tratare a unei intreruperi mascabile

RETI - ( return from interrupt) - revenire din subrutina ce trateaza intreruperea mascabila.

Simbolic:         Are acelasi efect ca si instructiunea RET, in plus rearmeaza perifericul ce a solicitat intrerupere procesorului, in vederea generarii unei noi intreruperi in viitor. Se reaminteste faptul ca intr-o astfel de situatie si procesorul trebuie rearmat pentru acceptarea unei noi cereri de intrerupere mascabile, prin rularea unei instructiuni EI (enable interrupt).

D. Subgrupa instructiunii pentru revenirea din subrutina de tratare a unei intreruperi nemascabile

RETN - ( return from non-maskable interrupt) - revenire din subrutina de tratare a intreruperii nemascabile.

Se reaminteste faptul ca la inceputul tratarii unei intreruperi nemascabile, starea bistabilului IFF1 este copiata in bistabilul IFF2, iar IFF1 este adus in starea "0". Astfel, pe timpul tratarii unei intreruperi nemascabile, nu sunt acceptate cererile de intrerupere mascabile.

Simbolic: Este similara cu RET, in plus starea bistabilului IFF2 se copiaza din bistabilul IFF1.Se revine astfel la starea anterioara a mecanismului de intreruperi mascabile.

Reguli de lucru cu subrutinele in cadrul programelor

1. In orice program care utilizeaza subrutine va trebui sa se initializeze in prealabil baza stivei prin incarcarea registrului SP cu o constanta pe 16 biti ce reprezinta adresa de baza a stivei. Stiva trebuie creata intr-o zona de memorie RAM.

2. Inceputul subrutinei trebuie individualizat fie printr-o eticheta, fie prin adresa de memorie de la care este plasat corpul subrutinei. In programele sursa, subrutina va fi apelata prin eticheta ce o individualizeaza, iar in programele obiect prin adresa pe 16 biti.

3. Orice subrutina trebuie sa aiba sfarsitul logic marcat printr-o instructiune RETURN (fie conditionata, fie neconditionata). Nu intotdeauna sfarsitul logic coincide cu sfarsitul fizic (ultima instructiune).

4. Daca subrutina, prin executia ei, afecteaza registri procesorului care mai tarziu vor fi folositi dupa revenirea in programul principal, atunci primele instructiuni din corpul subrutinei vor trebui sa salveze in stiva continutul acestor registri. Inainte de revenirea in programul principal, registri salvati vor fi restaurati din stiva, in ordinea inversa depunerii lor (pastrand mecanismul de adresare a stivei de tip LIFO). Vor fi folosite in acest scop instructiuni de tip

PUSH si POP.

Exemplu :

XIII. Grupa instructiunilor de restart

Aceste instructiuni sunt in fond tot instructiuni pentru apelul neconditionat al subrutinelor, dar care sunt scrise la adrese fixe, rezervate de memorie, in pagina 0 a acesteia. Pagina 0 a memoriei este reprezentata de acele locatii de memorie pentru care ocms-ul adresei este 00h (256 locatii cuprinse intre 0000h si 00FFh). Sunt 8 instructiuni de tip RESTART avand mnemonica generica:

RST i i I

unde n_i I , ( functie de valoarea lui i ).

i i i este functie de i (din codul instructiunii RST i)

Spre exemplu, instructiunea RST 7 este echivalenta cu instructiunea CALL 0038h sau instructiunea RST 1 este echivalenta cu CALL 0008h.

Deosebirea intre instructiunile CALL n16 si RST i , consta in numarul de octeti prin care se reprezinta in memorie ( CALL - 3 octeti , respectiv RST - 1 octet ). Pe de alta parte, CALL poate apela o subrutina aflata oriunde in memorie, in schimb RST apeleaza doar subrutine scrise in pagina 0 a memoriei, la adrese rezervate.