Битовые операции

При программировании операций управления или контроля часто возникает необходимость проверять или изменять состояние отдельных битов многозарядных кодов. Для проведения битовых операций в систему команд микропроцессора КР580 введены логические команды, команды сдвигов и команды с флагом переноса С.

Изменение состояния отдельных разрядов кода в аккумуляторе производится логической командой, вторым операндом которой является специально сформированный код маски:

очистка разряда – логическое умножение (или конъюнкция) – очищает разряд кода, если в соответствующем разряде маски записан нуль, и не изменяет его, если в разряде маски записана 1;

установка разряда – логическое сложение (или дизъюнкция) устанавливает разряд кода в 1, если в соответствующем разряде маски записана 1, и не изменяет его, если в разряде маски записан нуль;

инверсия разряда – логическое «исключающее или» (неэквивалентность, сложение по модулю 2) инвертирует содержимое разряда кода, если в соответствующем разряде маски записана 1, и не изменяет его, если в этом разряде маски записан нуль.

При выполнении всех логических команд формируется разряды Z, S, P, A, C регистра признаков (в разряд С записывается нуль). Это позволяет проверять состояние любого разряда кода в аккумуляторе и выполнять условные переходы в программе.

Ход работы:

Проведем исследование программы 1. Сама программа представлена в таблице 1.

Таблица 1. Программа 1

Адрес	Машинный код	Мнемокод	Комментарии
8200	21 FF 83	LXI H, 83FF	Подготовка клавиатуры и дисплея.
8203	3E E0	MVI A, E0
8205	D3 02	OUT 02
8207	DB 00	IN 00	Ввод с клавиатуры
8209	2F	CMA	Инверсия аккумулятора.
820A	E6 F0	ANI F0	Логическое умножение с маской F0
820C	77	MOV M, A	Запись результата в ячейку по адресу М.
820D	C3 07 82	JMP 8207	Переход на ячейку 8207

План исследования программы 1:

1. Ввести программу 1, осуществить пуск и исследовать результат ее выполнения по светящимся сегментам дисплея.

2. Заменяя в программе 1 команду ANI на команды ORI(F6), XRI(EE), исследовать результат ее выполнения.

3. Заменяя в программе 1 команду ANI на команды AMT A(A7), ORA A(B7), XRA A (AF) совместно с командой NOP (код 00), исследовать результат ее выполнения.

Исследование:

Программа 1 должна принять код с клавиш 0 – 7 клавиатуры в аккумулятор, провести логическую операцию и результат выдать на крайний правый индикатор.

1. На рисунке 1 представлен результат работы программы 1.

Рисунок 1 – Результат работы программы 1.

На рисунке 1 видно, что после нажатия клавиши 4 (код 00010000) и выполнения программой всех логических операций (инверсия и конъюнкция с маской 11110000), на крайнем правом сегменте дисплея выводится код 11100000

2. При замене команды ANI на команды ORI (дизъюнкция) и XRI (сложение по модулю 2) и при нажатии клавиши 4 (код 00010000) получаем соответственно коды 11111111 (при ORI) и 00011111 (при XRI).

3. В случае замены команды ANI на ANA A (конъюнкция кода в аккумуляторе, код команды A7) и ORA А (дизъюнкция кода в аккумуляторе, код команды В7) и добавления команды NOP (команда не производит никаких действий, служит для резервирования места в коде, код команды 00) код в аккумуляторе не изменяется, поскольку содержимое аккумулятора совпадает с маской операции (содержимое аккумулятора и есть маска).

Например, при нажатии клавиши 4 (код 00010000, но после выполнения инверсии, командой CMA, код 11101111), результатом является код 11101111.

При замене команды ANI на XRI A (сложение по модулю 2, код команды AF), независимо от нажатой клавиши, результатом работы программы является код 00000000.

Проведем исследование программы 2. Сама программа представлена в таблице 2.

Таблица 2. Программа 2

Адрес	Машинный код	Мнемокод	Комментарии
8200	21 FF 83	LXI H, 83FF	Подготовка клавиатуры и дисплея.
8203	3E E0	MVI A, E0
8205	D3 02	OUT 02
8207	DB 00	IN 00	Ввод с клавиатуры
8209	2F	CMA	Инверсия аккумулятора.
820A	E6 10	ANI 10	Логическое умножение с маской F0
820C	3E 06	MVI A, 06	Запись в аккумулятор кода 06 (код символа 1).
820E	C2 13 82	JMZ 8213	Если клавиша 4 не нажата, то переход на ячейку 8213
8211	F6 3F	ORI 3F	Иначе, формируем код символа 0
8213	77	MOV M, A	Записываем содержимое аккумулятора по адресу в HL
8214	C3 07 82	JMP 8207	Переход в начало

План исследования программы 2:

1. Ввести в УОУ программу 2, осуществить пуск и убедиться, что при ее выполнении УОУ реагирует лишь на состояние клавиши 4.

2. Ввести программу 5, запустить ее и исследовать.

Исследование:

Программа 2 опрашивает клавиши 0 – 7 и передает на дисплей символ, соответствующий состоянию клавиши 4: 0 –отпущена, 1 – нажата.

1. После ввода и исследования программы 2 (рисунок 2), подтвердилось, что программа действительно реагирует только на нажатие клавиши 4, однако результат программы отличается от предполагаемого: программа должна была вывести на дисплей символ 0, в случае если клавиша 4 отпущена, и символ 1 если нажата. В действительности же результат противоположный: если клавиша 4 отпущена, на дисплей выводится символ 1, а если нажата то символ 0.

Рисунок 2 – Результат работы программы 2.

2. Введем в УОУ и проведем исследование программы 5, которая должна выдавать на дисплей 1, если численное значение принятого от клавиатуры кода превышало 9, и 0 – в противном случае. Сама программа 5 представлена в таблице 3, результат работы программы 5 представлен на рисунке 3.

Таблица 3. Программа 5

Адрес	Машинный код	Мнемокод	Комментарии
8200	21 FF 83	LXI H, 83FF	Подготовка клавиатуры и дисплея.
8203	3E E0	MVI A, E0
8205	06 3F	MVI B, 3F	Сохраняем в регистр B код 3F (код символа 0).
8207	0E 06	MVI C, 06	Сохраняем в регистр C код 06 (код символа 1).
8209	70	MOV M, B	Вывод на дисплей символа 0 (поскольку условие вывода символа 1 еще не выполнено).
820A	DB 00	IN 00	Ввод с клавиатуры.
820C	57	MOV D, A	Сохранение полученного кода в регистр D.
820D	E6 F0	ANI F0	Логическое умножение по маске F0.
820F	C2 1E 82	JNZ 821E	Если результат не нулевой, значит, полученный код заведомо превышает 9, переходим на вывод символа 1, иначе продолжаем проверку.
8213	7A	MOV A, D	Восстанавливаем содержимое аккумулятора из регистра D.
8214	E6 06	ANI 08	Логическое умножение по маске 08.
8216	CA 09 82	JZ 8209	Если результат нулевой, значит, полученный код не может превышать 9, переходим на вывод символа 0, иначе выводим символ 1.
8218	7A	MOV A, D	Восстанавливаем содержимое аккумулятора из регистра D.
8219	E6 06	ANI 06	Логическое умножение по маске 06.
821B	CA 09 82	JZ 8209	Если результат нулевой, значит, полученный код не может превышать 9, переходим на вывод символа 0, иначе выводим символ 1.
821E	71	MOV M, C	Вывод символа 1.
821F	C3 0A 82	JMP 820A	Переходим в начало.

Рисунок 3 – Результат работы программы 5.

План исследования программы 5:

1. Ввести в УОУ программу 5, осуществить пуск и убедиться, что программа работает правильно.

2. Изучить алгоритм работы программы 5.

Исследование:

1. После проведения исследования подтвердилось, что программа работает правильно, в случае если полученный код превышает 9, на дисплей выводится символ 1, в противном случае – выводится символ 0.

2. Проверка полученного кода происходит по следующему алгоритму:

После получения аккумулятором кода нажатых клавиш клавиатуры (на рисунке 3 – это клавиши 4 и 6 – код 01010000) производится логическое умножение по маске F0 = (11110000). Этим проверяется содержимое последних четырех бит, если хотя бы один из них равен 1, то код не зависимо от значений остальных бит, превышает 9, дальнейшую проверку можно не проводить, выводим на дисплей символ 1.

В противном случае продолжаем проверку. Производим логическое умножение по маске 08 = (00001000). Этим проверяется содержимое четвертого бита, если он равен 0, то код не зависимо от содержания первых трех бит, не может превышать 9, дальнейшую проверку можно не проводить, выводим на дисплей символ 0.

Иначе продолжаем проверку. Производим логическое умножение по маске 06 = (00000110). Этим проверяется содержание второго и третьего бита кода, если хотя бы один из них равен 1, то полученный код превышает 9, выводим символ 1, в противном случае код меньше 9 и выводим символ 0.

Проведем исследование программы 3, которая должна опрашивать клавиши 0 – 7, и в случае если нажата хотя бы одна из клавиш 0, 2, 4, 6 то вывести на дисплей символ Ч. В противном случае вывести символ Н. Программа 3 представлена в таблице 4.

Таблица 4. Программа 3

Адрес	Машинный код	Мнемокод	Комментарии
8200	3E E0	MVI A, 0E	Подготовка клавиатуры и дисплея.
8202	D3 02	OUT 02
8204	3E 76	MVI A, 76	Выводим на дисплей символ Н, т.к. условие вывода символа Ч еще не выполнено.
8206	32 F8 83	STA 83F8
8209	AF	XRA A	Очистка аккумулятора
820A	DB 00	IN 00	Ввод с клавиатуры.
820C	E6 FF	ANI FF	Логическое умножение по маске FF.
820E	CA 04 82	JZ 8204	Если результат равен нулю, то переходим в начало.
8211	E6 55	ANI 55	В противном случае выполняем логическое умножение по маске 55.
8213	CA 00 81	JZ 8204	Если результат равен нулю, то переходим в начало.
8216	3E 66	MVI A, 66	Выводим на дисплей символ Ч, т.к. условие вывода выполнено.
8218	32 F8 83	STA 83F8
821B	C3 0A 82	JMP 820A	Переход в начало.

Результат работы программы 3 представлен на рисунке 4.

Рисунок 4 – Результат работы программы 3.

План исследования программы 3:

3. Ввести в УОУ программу 3, осуществить пуск и убедиться, что программа работает правильно.

4. Изучить алгоритм работы программы 3.

Исследование:

1. В ходе исследования подтвердилось, что программа работает правильно (рисунок 4). Действительно, если нажата хотя бы одна из клавиш 0, 2, 4, 6, то на дисплей выводится символ Ч, во всех остальных случаях – символ Н.

2. Программа 3 работает по следующему алгоритму:

Сначала идет логическое умножение по маске FF = (11111111), чтобы выявить было ли нажатие на клавиши. Если результат нулевой, то возвращаемся в начало и выводим символ Н. В противном случае, выполняем проверку дальше.

Затем, проверяем было ли нажатие клавиш 0, 2, 4, 6. Для этого производим логическое умножение по маске 55 = (01010101). Если результат операции нулевой, значит, нажатия не было, возвращаемся в начало и выводим символ Н, иначе – выводим символ Ч.

Проведем исследование программы 4, которая должна выдавать на дисплей символ F, если одновременно нажаты одна из клавиш 0 – 3 и одна из клавиш 4 – 7, либо символа 0 в противоположном случае. Программа 4 представлена в таблице 5.

Таблица 5. Программа 4

Адрес	Машинный код	Мнемокод	Комментарии
8200	3E E0	MVI A, 0E	Подготовка клавиатуры и дисплея.
8202	D3 02	OUT 02
8204	3E 76	MVI A, 3F	Выводим на дисплей символ 0, т.к. условие вывода символа F еще не выполнено.
8206	32 F8 83	STA 83F8
8209	AF	XRA A	Очистка аккумулятора
820A	DB 00	IN 00	Ввод с клавиатуры.
820C	57	MOV D, A	Сохраняем полученный код в регистре D.
820D	E6 F0	ANI F0	Производим логическое умножение по маске F0.
821F	CA 04 82	JZ 8204	Если результат равен нулю, то переходим в начало.
8212	7A	MOV A, D	Восстанавливаем значение аккумулятора из регистра D
8213	E6 0F	ANI 0F	Производим логическое умножение по маске 0F.
8215	CA 04 82	JZ 8204	Если результат равен нулю, то переходим в начало.
8218	3E 71	MVI A, 71	Иначе, выводим символ F.
821A	32 F8 83	STA 83F8
821D	C3 0A 82	JMP 820A	Переход в начало.

Результат работы программы 4 представлен на рисунке 5.

Рисунок 5 – Результат работы программы 4.

План исследования программы 4:

1. Ввести в УОУ программу 4, осуществить пуск и убедиться, что программа работает правильно.

2. Изучить алгоритм работы программы 4.

Исследование:

1. В ходе исследования подтвердилось, что программа работает правильно (рисунок 5). Действительно, если нажата хотя бы одна из клавиш 0 – 3 и одна из клавиш 4 – 7, то на дисплей выводится символ F, во всех остальных случаях – символ 0.

2. Программа 4 работает по следующему алгоритму:

Сначала идет логическое умножение по маске F0 = (11110000), чтобы выявить было ли нажатие на клавиши 0 - 3. Если результат нулевой, то возвращаемся в начало и выводим символ 0. В противном случае, выполняем проверку дальше.

Затем, проверяем было ли нажатие клавиш 4 - 7. Для этого производим логическое умножение по маске 0F = (00001111). Если результат операции нулевой, значит, нажатия не было, возвращаемся в начало и выводим символ 0, иначе – выводим символ F.

Вывод:

Выполнив данную лабораторную работу, мы изучили команды логических операций и передачи управления; изучили программные способы поразрядной обработки данных и организации условных переходов в УОУ.