13.9. Типовая система команд микропроцессора.

Поскольку микропроцессор воспринимает только двоичную форму информации, то команды должны быть представлены в виде двоичных кодов. Такая форма представления команд называется машинным языком или машинным кодом. Для человека машинные коды из нулей и единиц неудобны, поскольку их трудно запомнить и отождествить с фактическим назначением команды, а в самих машинных кодах легко перепутать 0 и 1. Для более краткой записи двоичных чисел используются также восьмеричная и шестнадцатеричная формы представления информации. Однако и в этом случае остается нерешенной основная проблема - что означает каждая команда, выраженная в подобной форме. По этой причине при описании команд используются условные обозначения в виде мнемонических названий. Мнемоническое название (мнемоника) команды представляет собой сокращение от английских слов, описывающих операцию, выполняемую командой. Мнемонический код команды позволяет легче запомнить ее функцию и значительно упрощает написание программ. Например, команда возврата из подпрограммы по которой хранящийся в стеке адрес возврата пересылается обратно в счетчик команд, имеет обозначение RET (от return – вернуться).

Каждый микропроцессор характеризуется своей системой команд. Система команд - это полный перечень тех операций, которые способен производить микропроцессор. Управляемый этими командами микропроцессор выполняет очень простые действия, такие, как элементарные арифметические и логические операции, операции пересылки данных, сравнения двух величин и другие. Однако, составив программу из последовательности таких команд, можно запрограммировать выполнение алгоритма любой сложности. Обычно все команды в системе команд объединяются в группы по функциональному назначению. Например, выделяют команды пересылки кодов, команды логических и арифметических действий, команды передачи управления и ряд команд других групп.

Условное обозначение команды помимо мнемоники может также включать названия регистров r или регистровых пар rp, если их наличие предусмотрено типом микропроцессора. При описании системы команд будем придерживаться принципа обобщенности изложения материала и автономности мнемоник и условных обозначений. Это значит, что представленные в данном разделе команды и их мнемоники абстрагированы от какого-либо конкретного микропроцессора, а отражают общие принципы построения систем команд большинства микропроцессоров и микроконтроллеров. Отметим лишь то, что приведенные в качестве примера команды в большей степени характерны для восьмиразрядных микропроцессоров и микроконтроллеров с аккумуляторной архитектурой. Это значит, что в большинстве команд для сохранения результата используется аккумулятор. Также он используется и в качестве источника одного из операндов арифметических или логических команд.

Воспользуемся для примера гипотетическими, не привязанными к конкретному типу микропроцессора, обозначениями регистров - аккумулятором А и регистрами общего назначения В и С. Безусловно, в реальных микропроцессорах количество регистров общего назначения может быть значительно больше и они могут иметь иные обозначения. Будем считать, что восьмиразрядные регистры B и C могут объединяться в шестнадцатиразрядную регистровую пару BC. Эта же регистровая пара будет выполнять функцию указателя адреса данных при косвенной адресации. При описании системы команд восьмиразрядный операнд будем условно обозначать data, а шестнадцатиразрядный операнд – data16. Номер (адрес) порта обозначим как port, а адрес ячейки памяти – как addr. При использовании команд в программе вместо обозначений data, data16, port и addr должны быть подставлены конкретные числовые значения операндов и адресов.

При разборе примеров команд будем, кроме введенных гипотетических аккумулятора А и регистров общего назначения В и С, пользоваться обозначением внешнего регистра M, организованного в памяти. Иными словами будем рассматривать регистр М как косвенно адресуемую ячейку памяти, адрес которой определяется содержимым регистра-указателя адреса при косвенной адресации. В нашем случае роль такого адресного регистра будет выполнять регистровая пара BC.

Кроме самих мнемонических обозначений команд в системе команд указываются обычно машинные коды для каждой команды и время их выполнения либо в тактах, либо в машинных циклах, если длина всех машинных циклов микропроцессора одинакова. Следует отметить, что передача данных как между внутренними регистрами микропроцессора, так и между микропроцессором и периферийными модулями всегда осуществляется с сохранением содержимого источника информации. Для удобства сведем все рассматриваемые команды в таблицу 13.1.

Наряду с описанными выше условными обозначений приведем прочие обозначения, используемые при описании нашей системы команд:

• SP - указатель стека;

• PC - счетчик команд;

• ЯП – ячейка памяти;

• ( ) - содержимое регистра (регистровой пары), указанного внутри скобок;

• [ ] - содержимое ячейки памяти (порта), адрес которой указан внутри скобок;

•  - направление передачи;

• , ,  - логическии операции “ИЛИ”, “И”, “ИСКЛЮЧАЮЩЕЕ ИЛИ” соответственно;

• -CON - обобщенное обозначение, заменяемое на мнемонику условия перехода. Договоримся использовать следующие мнемонические обозначения этих условий: NZ (no zero) - ненулевой результат (флаг ZF=0); Z (zero) - нулевой результат (флаг ZF=1); NC (no carry) - отсутствие переноса (флаг CF=0); C (carry) - наличие переноса (флаг СF=1); PO (parity odd) - нечетное число единиц в коде результата (флаг PF=0); PE (parity even) - четное число единиц в коде результата (флаг PF=1); P (plus) - неотрицательный результат (флаг SF=0); M (minus) - отрицательный результат (флаг SF=1).

Таблица 13.1. Типовая система команд.

Группа команд	Условное бозначение	Описание команды
Команды пересылки Данных	1. MOV r1,r2	(r1)  (r2)
	2. MOV r,M	(r)  [BC]
	3. MOV M,r	[BC]  (r)
	4. LDI r,data	(r)  КОНСТАНТА
	5. LDI M,data	[BC]  КОНСТАНТА
	6. LDRP rp,data16	(rp)  КОНСТАНТА
	7. LDS A,addr	(A)  [АДРЕС ЯП]
	8. LDX A,rp	(A)  [РЕГ.ПАРА]
	9. STS addr,A	[АДРЕС ЯП]  (A)
	10. STX rp,A	[РЕГ.ПАРА]  (A)
	11. PUSH r	[SP]  (r)
	12. POP r	(r)  [SP]
	13. IN A,port	(A)  [АДРЕС ПОРТА]
	14. OUT port,A	[АДРЕС ПОРТА]  (A)
Команды выполнения арифметических операций	1. ADD A,r	(A)  (A) + (r)
	2. ADC A,r	(A)  (A) + (r) + (СF)
	3. ADD A,M	(A)  (A) + [BC]
	4. ADC A,M	(A)  (A) + [BC] + (СF)
	5. ADDI A,data	(A)  (A) + КОНСТАНТА
	6. ADCI A,data	(A)  (A) + КОНСТАНТА + (СF)
	7. SUB A,r	(A)  (A) - (r)
	8. SBC A,r	(A)  (A) - (r) - (СF)
	9. SUB A,M	(A)  (A) – [BC]
	10. SBC A,M	(A)  (A) – [BC] - (СF)
	11. SUBI A,data	(A)  (A) – КОНСТАНТА
	12. SBCI A,data	(A)  (A) – КОНСТАНТА - (СF)
	13. MUL A,B	(B)15-8 (А)7-0  (А) х (B)
	14. DIV A,B	(A)15-8 (B)7-0  (А) / (B)
	15. DA A	Десятичная коррекция сложения
	16. INC r	(r)  (r) + 1
	17. DEC r	(r)  (r) – 1
	18. INC M	[BC]  [BC] + 1
	19. DEC M	[BC]  [BC] – 1
	20. INRP rp	(rp)  (rp) + 1
	21. DCRP rp	(rp)  (rp) – 1
Команды выполнения логических операций	1. AND A,r	(A)  (A)  (r)
	2. AND A,M	(A)  (A)  [BC]
	3. ANDI A,data	(A)  (A)  КОНСТАНТА
	4. OR A,r	(A)  (A)  (r)
	5. OR A,M	(A)  (A)  [BC]
	6. ORI A,data	(A)  (A)  КОНСТАНТА
	7. XOR A,r	(A)  (A)  (r)
	8. XOR A,M	(A)  (A)  [BC]
	9. XORI A,data	(A)  (A)  КОНСТАНТА
	10. CMP A,r	(A) – (r)
	11. CMP A,M	(A) – [BC]
	12. CMPI A,data	(A) – КОНСТАНТА
	13. CM A	(A)  ()
	14. RLC A	(ai+1)  (ai) (a0)  (CF) (CF)  (an)
	15. RRC A	(ai)  (ai+1) (an)  (CF) (CF)  (a0)
	16. RAL A	(ai+1)  (ai) (a0)  (an) (CF)  (an)
	17. RAR A	(ai)  (ai+1) (an)  (a0) (CF)  (a0)
	18. SAL A	(ai+1)  (ai) (a0)  0 (CF)  (an)
	19. SAR A	(ai)  (ai+1) (an)  (an) (CF)  (a0)
Команды передачи управления	1. JMP addr	(PC)  АДРЕС ПЕРЕХОДА
	2. J-CON addr	(PC)  АДРЕС ПЕРЕХОДА
	3. CALL addr	[SP]  (PC) (PC)  АДРЕС ПОДПРОГРАММЫ
	4. RET	(PC)  [SP]
Команды специальные	1. EI	Разрешить прерывание
	2. DI	Запретить прерывание
	3. NOP	(PC)  (PC) + 1
	4. HLT	Останов