Программирование, базы данных, ПО на языке ассемблер для микропроцессоров 8080 и 8085

ВВЕДЕНИЕ

Интенсивное развитие микроэлектроники и повышения степени интеграции открыли новое направление в ВТ — создание микропроцессоров и микрокомпьютеров. Появились вы числительные системы с малым уровнем потребления энергии и универсальными возможностями, которые позволяют решать задачи управления объектами различной физической природы. На основе их применения снижаются затраты на автоматизацию основных технических и вспомогательных процессов. В результате будет решена задача комплексной автоматизации производства во всех отраслях. Это позволит увеличить производительность труда, уменьшить себестоимость выпускаемой продукции и значительно сократить ручные операции в промышленности. Однако для широкого развития работ в данном направлении необходимо готовить значительное число инженеров — системотехников, умеющих создавать и применять микропроцессоры и микрокомпьютеры. Кроме того, следует выпускать и много инженеров — математиков, разрабатывающих соответствующее программное обеспечение. Для их обучения необходимо иметь учебные пособия, посвященные аппаратным и программным средствам современной вычислительной техники.

Несмотря на то, что выпущено значительное количество литературы, посвященной разработке и применению микропроцессоров и микрокомпьютеров, а также описание программных средств, предлагаемая книга представляет определенный интерес комплексным подходом и методической целостностью.

На обзор представлена книга американских авторов Левенталя Л. и Сэйвилла У. «Программирование на языке ассемблер для микропроцессоров 8080 и 8085». Книга переведена с английского, напечатана в 1987 г. в издательстве Радио и связь. Издание включает в себя 488 страниц.

Для начала рассмотрим содержание этой книги, чтобы сделать окончательный анализ по ее достоинствам и недостаткам, а также конкретизировать к какой группе эта книга предназначена. На обзор кратко будут представлены части этой книги, затем остановим свое внимание на определенной главе.

Книга состоит из двух частей: обзора вопросов программирования на языке ассемблера и набора подпрограмм. Первая часть хорошо проиллюстрирована большим числом примеров, позволяющих быстро усвоить основные навыки программирования для рассматриваемых микропроцессоров. Подпрограммы, приведенные во второй части книги, могут удовлетворять потребности большинства программистов в стандартных процедурах.

Эта книга, можно сказать, является как бы справочным пособием для программистов, работающих на языке ассемблера. Она содержит краткий обзор вопросов программирования на языке ассемблера для конкретного микропроцессора и набор полезных подпрограмм. В этих подпрограммах использовались стандартные соглашения по формату, документированному оформлению и методам передачи параметров. При этом соблюдались правила наиболее распространенных ассемблеров; кроме того, описаны назначение, процедура, параметры, результаты, время выполнения и требования к памяти.

ГЛАВА 1. ОБЩИЕ МЕТОДЫ ПРОГРАММИРОВАНИЯ

Служит введением в программирование для данного процессора; в ней приводятся основные отличия этого процессора от других микропроцессоров и мини-ЭВМ. В этой главе описываются общие методы написания программ на языке ассемблера для микропроцессора 8080 и 8085. Она содержит способы выполнения следующих операций:

  • загрузка и сохранение регистров;
  • запоминание данных в памяти;
  • арифметические и логические операции;
  • работа с разрядами;
  • проверка разрядов;
  • проверка на определенные значения;
  • числовые сравнения;
  • организация циклов (повторяющихся последовательностей операций);
  • обработка массивов;
  • поиск в таблице;
  • работа с символами;
  • преобразование кодов;
  • арифметические операции повышенной точности;
  • умножение и деление;
  • обработка списков;
  • обработка структур данных.

В отдельных разделах описываются передача параметров подпрограммам, общие методы написания драйверов ввода-вывода и программ обработки прерываний, а также приемы, позволяющие ускорить выполнение программ и уменьшить используемую ими память.

Для тех, кто знаком с программированием на языке ассемблера на других вычислительных машинах, здесь дается краткий обзор особенностей процессоров 8080 и 8085.

  1. Арифметические и логические операции разрешены только между аккумулятором и байтом непосредственных данных или между аккумулятором и регистром общего назначения. Однако один регистр общего назначения в действительности указывает на адрес в памяти; это регистр М, который в действительности обращается к адресу в памяти, содержащемуся в регистрах Н и L. Таким образом, команда ADD M, например, означает: прибавить к аккумулятору содержимое байта памяти, адресуемого через регистры H и L.
  2. Аккумулятор и регистры Н и L являются специальными регистрами. Они являются единственными регистрами, которые могут быть прямо загружены или записаны в память. Аккумулятор является единственным регистром, который может быть инвертирован, сдвинут, косвенно загружен с использованием адреса в паре регистров В или D, косвенно записан в память по адресу, содержащемуся в паре регистров В или D, или использован в командах IN и ОUT. Регистры Н и L составляют единственную пару, которая может быть использована косвенно в арифметических командах, при записи в память данных, заданных непосредственно в команде, или при загрузке и записи в память других регистров, отличных от аккумулятора. Регистры Н и L являются также единственной парой, которая может быть передана в счетчик команд или указатель стека. Более того, эти регистры используются как аккумулятор двойной длины при сложении 16-разрядных чисел (команда DAD). Регистры D и Е являются в некотором смысле также специальными, поскольку одной командой (XCHG) можно поменять их содержимое с содержимым регистров Н и L. Таким образом, регистры в 8080 и 8085 весьма асимметричны, и программист должен аккуратно выбирать, для каких данных и адресов какими регистрами пользоваться.
  3. Часто для одних и тех же физических регистров используются несколько имен. Для многих команд A, B, C, D, E, H и L являются 8-разрядными регистрами. Для других команд регистры В и С (В- старший по значению), D и Е (D- старший по значению) или Н и L (Н- старший по значению) являются 16-разрядной парой регистров. Термины пара регистров В, регистры В и С и пара регистров ВС имеют одно и тоже значение; подобные же варианты существуют для регистров D и Е и H и L. Заметим, что пара регистров и два одиночных регистра физически одно и то же, и они не могут служить одновременно для различных целей. Регистры Н и L фактически почти всегда применяют для косвенного адреса из-за наличия команд, имеющих доступ к регистру М, и таких специальных команд, как SPHL, PCHL, XTHL и XTHG. Благодаря тому, что существует команда XCHG, для второго адреса берут регистры D и Е, а не В и С. Регистры В и С используют обычно как отдельные 8-разрядные регистры для временного хранения данных.
  4. Воздействие различных команд на флаги весьма непоследовательно. К некоторым особенно необычным действиям относятся следующие:

логические команды очищают флаг переноса; команды сдвига не действуют на другие флаги, кроме флага переноса; команды загрузки, записи, пересылки, увеличивают на 1 пары регистров и уменьшают на 1 пары регистров вообще не оказывают влияния на флаги; 16-разрядное сложение действует только на флаг переноса.

Отсутствует косвенная адресация через память и индексация. Отсутствие косвенной адресации через память компенсируется загрузкой косвенного адреса в регистры Н и L. Действительная косвенная адресация, таким образом, является двухшаговым процессом. При желании загрузить или записать в память аккумулятор можно также загрузить косвенный адрес в регистры В и С или D и Е. Отсутствие индексной адресации компенсируется добавлением пары регистров с помощью команды DAD. Эта команда добавляет пару регистров к Н и L. Таким образом, индексация требует нескольких шагов:

загрузить индекс в пару регистров, загрузить базовый адрес в другую пару (одной из пар регистров должны быть Н и L), в) используя команду DAD, сложить две пары и г) использовать сумму как косвенный адрес (при помощи обращения к регистру М). Индексация в 8080 и 8085 — долгий и неудобный процесс.

Нет флага переполнения при получении дополнения до двух, так что надо определять такое переполнение программным путем. Из этого следует, что трудно работать с числами со знаком. Многие обычные команды отсутствуют, но могут быть легко смоделированы с помощью регистровых команд. Примерами являются очистка аккумулятора (с использованием SUB A или XRA A), логический сдвиг аккумулятора влево (с помощью ADD A), очистка флага переноса (ANA A или ORA A) и проверка аккумулятора (ANA A или ORA A). Команда ANA A и ORA A очищают флаг переноса и устанавливают остальные флаги в соответствии с содержимым аккумулятора. Причем загрузка регистра не действует на флаги. Нет относительных переходов. Фактически, единственной командой перехода, которая не требует абсолютного адреса, является PCHL, по которой загружается счетчик команд из регистров Н и L и, таким образом, производится косвенный переход. Есть два отдельных набора команд увеличения и уменьшения на 1. Команды DCR и INR применяются к 8-разрядным регистрам и действуют на все флаги, за исключением флага переноса. Команды DCX и INX применяются к 16-различным парам регистров и вообще не действуют на флаги. Можно использовать 16-разрядные пары регистров как обыкновенные счетчики, но единственным способом проверки пары на 0 является использование команды логическое ИЛИ к двум регистрам вместе с аккумулятором. Нет арифметических или логических сдвигов. Единственными командами сдвига являются команды циклического сдвига с флагом переноса или без него. Другие сдвиги могут быть смоделированы при помощи команд циклического сдвига (RRC, RLC, RAR и RAL) и команд сложения (ADD A, ADC A и DAD H). Флаг переноса может быть установлен с помощью STC, а очищен с помощью ANA A (или ORA A). Аккумулятор является единственным регистром, который может быть сдвинут, инвертирован или использован для ввода или вывода. Единственными командами, которые оперируют непосредственно с регистрами общего назначения, являются команды MOV (пересылка содержимого в другой регистр или из другого регистра), MVI (загрузка непосредственного операнда), DCR (уменьшает на 1) и INR (увеличение на 1). Эти команды могут оперировать также с регистром М, т. е. байтом из памяти, адресуемым через регистры Н и L. В стек или из стека могут быть переданы только пары регистров. Одной из таких пар является слово состояния процессора (PSW), которое содержит аккумулятор (старший байт) и флаги (младший байт). Команды CALL и RETURN передают адреса в стек или из него. В микропроцессоре 8080 отсутствует читаемый флаг системы прерываний. Это создает трудности в том случае, когда исходное состояние системы прерываний должно быть восстановлено после выполнения секции команд, которая должна выполняться при закрытых прерываниях. Для решения этой проблемы можно копию состояния прерываний хранить в ОЗУ. С другой стороны, 8085 имеет читаемый флаг разрешения прерываний. В микропроцессорах 8080 и 8085 приняты следующие общие соглашения.

  • При записи всех 16-разрядных адресов младший байт записывается первым (т.е. по меньшему адресу). Порядок байтов в адресах тот же, что и в микропроцессоре Z80 и 6502, но является обратным порядком байтов, принятому в микропроцессорах 6800 и 6809.
  • Указатель стека содержит младший адрес, действительно занятый в стеке. Это соглашение также принято в микропроцессорах Z80 и 6809, но явно противоположно принятому 6502 и 6800 (следующий доступный адрес). Согласно всем командам 8080 и 8085 данные в стек записываются с предварительным уменьшением на 1 (вычитанием перед записью байта 1 из указателя стека) и загружаются из стека с последующим увеличением на 1 (добавлением после загрузки байта 1 к указателю стека).
  • Флаг разрешения прерываний (только в 8085), равный 1, разрешает прерывания, а 0 — запрещает их. Такое же соглашение принято и в Z80, но оно обратно принятому в 6502,6800 и 6809.

Представленная часть первой главы рассмотрела особенности процессоров, она так и называется — краткий обзор для опытных программистов. Теперь будем рассматривать дальше, причем не указывая конкретно команды, а описывая понятия и особенности операций представленной на обзор первой главы данной книги.

ЗАГРУЗКА РЕГИСТРОВ ИЗ ПАМЯТИ

В микропроцессорах 8080 и 8085 предусмотрены четыре способа адресации, которыми можно пользоваться при загрузке регистров из памяти: прямая (из памяти с конкретным адресом), непосредственная (с конкретным значением), косвенная (из адреса, помещенного в паре регистров) и стековая (из вершины стека).

ЗАПОМИНАНИЕ РЕГИСТРОВ В ПАМЯТИ

Для запоминания регистров в памяти существуют три способа адресации: прямая (в память с конкретным адресом), косвенная (в память с адресом, который находится в паре регистров) и стековая (в вершину стека).

ЗАПОМИНАНИЕ ДАННЫХ В ОЗУ

Начальные значения ячеек ОЗУ задаются либо через аккумулятор, либо прямо или косвенно с использованием регистров Н и L.