Đang tải... (xem toàn văn)
Giáo trình Vi xử lý - Chương 1
Giáo trình vi xử lý Tổ chức hệ thống vi xử lý CHƯƠNG 1: TỔ CHỨC HỆ THỐNG VI XỬ LÝ Các hệ thống số dùng máy tính loại mã 1.1 Hệ thập phân (Decimal Number System) Trong thực tế, ta thường dùng hệ thập phân để biểu diễn giá trị số Ở hệ thống này, ta dùng tổ hợp chữ số để biểu diễn giá trị Một số hệ thập phân biểu diễn theo số mũ 10 VD: Số 5346.72 biểu diễn sau: 5346.72 = 5x103 + 3x102 + 4x10 + + 7x10-1 + 2x10-2 Tuy nhiên, mạch điện tử, việc lưu trữ phân biệt 10 mức điện áp khác khó khăn việc phân biệt hai mức điện áp lại dễ dàng Do đó, người ta sử dụng hệ nhị phân để biểu diễn giá trị hệ thống số 1.2 Hệ nhị phân (Binary Number System) Hệ nhị phân dùng chữ số để biểu diễn giá trị số Một số nhị phân (binary digit) thường gọi bit Một chuỗi gồm bit nhị phân gọi nibble, chuỗi bit gọi byte, chuỗi 16 bit gọi word chuỗi 32 bit gọi double word Chữ số nhị phân bên phải chuỗi bit gọi bit có ý nghĩa nhỏ (least significant bit – LSB) chữ số nhị phân bên trái chuỗi bit gọi bit có ý nghĩa lớn (most significant bit – MSB) Một số hệ nhị phân biểu diễn theo số mũ Ta thường dùng chữ b cuối chuỗi bit để xác định số nhị phân VD: Số 101110.01b biểu diễn giá trị số: 101110.01b 1x25 + 0x24 + 1x23 +1x22 + 1x21 + + 0x2-1 + 1x2-2 Chuyển số nhị phân thành số thập phân: Để chuyển số nhị phân thành số thập phân, ta cần nhân chữ số số nhị phân với giá trị thập phân cộng tất giá trị lại VD: 1011.11B 1x23 + 0x22 + 1x21 + + 1x2-1 + 1x2-2 = 11.75 Chuyển số thập phân thành số nhị phân: Để chuyển số thập phân thành số nhị phân, ta dùng phương pháp sau: Phương pháp 1: Ta lấy số thập phân cần chuyển trừ 2i 2i số lớn nhỏ hay số thập phân cần chuyển Sau đó, ta lại lấy kết thực tương tự 20 dừng Trong trình thực hiện, ta ghi lại giá trị hay cho bit tuỳ theo trường hợp số thập phân nhỏ 2i (0) hay lớn 2i (1) Phạm Hùng Kim Khánh Trang Giáo trình vi xử lý Tổ chức hệ thống vi xử lý i VD: Xét số 21 số lớn 24 16 21 = 23 22 1 21 20 1 ( 21 10101B) Phương pháp 2: Lấy số cần chuyển chia cho 2, ta nhớ lại số dư lấy tiếp thương kết chia cho thực tương tự thương cuối Kết chuyển đổi chuỗi bit số dư lấy theo thứ tự ngược lại VD: Chuyển 227 số nhị phân Số bị chia Thương 227 113 113 56 56 28 28 14 14 7 3 1 ( 227 11100011b) Số dư ( LSB) 0 1 ( MSB) Để thực chuyển số thập phân nhỏ sang số nhị phân, ta làm sau: lấy số cần chuyển nhân với 2, giữ lại phần nguyên lại lấy phần lẻ nhân với Quá trình tiếp tục phần lẻ dừng Kết chuyển đổi chuỗi bit giá trị phần nguyên VD: Chuyển 0.625 thành số nhị phân: 0.625 × = 1.25 0.25 × = 0.5 0.5 × = 1.0 ( 0.625 = 0.101b) Để thực chuyển đổi số nhị phân bất kỳ, ta thực chuyển đổi tương ứng với số nhị phân lớn nhỏ VD: Chuyển 227.625 thành số nhị phân: 227 11100011b 0.625 0.101b 227.625 11100011.101b 1.3 Hệ thập lục phân (Hexadecimal Number System) Như biết trên, dùng hệ nhị phân cần số lượng lớn bit để biểu diễn Giả sử số 1024 = 210 cần 10 bit để biểu diễn Để rút ngắn kết Phạm Hùng Kim Khánh Trang Giáo trình vi xử lý Tổ chức hệ thống vi xử lý biểu diễn, ta dùng hệ thập lục phân dựa sở số mũ 16 Khi đó, bit hệ nhị phân (1 nibble) biểu diễn chữ số hệ thập lục phân (gọi số hex) Trong hệ thống này, ta dùng số kí tự A F để biểu diễn cho giá trị số Thông thường, ta dùng chữ h cuối để xác định số thập lục phân 1.4 Mã BCD (Binary Coded Decimal) Trong thực tế, số ứng dụng đếm tần, đo điện áp, … ngõ dạng số thập phân, ta dùng mã BCD Mã BCD dùng bit nhị phân để mã hoá cho số thập phân Như vậy, số hex A F không tồn mã BCD Mã BCD gồm có loại: - Mã BCD không nén (unpacked): biểu diễn số BCD bit nhị phân Mã BCD nén (packed): biểu diễn số BCD bit nhị phân VD: Số thập phân Số BCD không nén 0000 0101b 0000 0010b 0000 1001b Số BCD nén 1.5 0101b 0010b 1001b Mã hiển thị Led đoạn (7-segment display) Đối với ứng dụng dùng hiển thị số liệu Led đoạn, ta dùng mã hiển thị Led đoạn Ứng với loại Led đoạn (anode hay cathode chung) tuỳ theo sơ đồ kết nối có bảng mã riêng Một ví dụ mã Led đoạn cho bảng 1.1 a f g e a b c d e f g b c d Hình 1.1 – Led đoạn dạng cathode chung Bảng 1.1: Số thập phân Số thập lục phân Phạm Hùng Kim Khánh Số nhị phân 0000 0001 0010 0011 0100 0101 0110 0111 Mã Led đoạn a b c d e f g Hiển thị 1111110 0110000 1101101 1111011 0110011 1011011 1011111 1110000 Trang Giáo trình vi xử lý Tổ chức hệ thống vi xử lý 10 11 12 13 14 15 A B C D E F 1000 1001 1010 1011 1100 1101 1110 1111 1111111 1110011 1111101 0011111 0001101 0111101 1101111 1000111 A B C D E F Các phép toán số học 2.1 Hệ nhị phân 2.1.1 Phép cộng Phép cộng hệ nhị phân thực giống hệ thập phân Bảng thật phép cộng bit với bit nhớ (carry) sau: Bảng 1.2: A 0 0 1 1 Vào B 0 1 0 1 CIN 1 1 S 1 0 Ra COUT 0 1 1 S = A ⊕ B ⊕ CIN COUT = AB + CIN(A ⊕ B) VD: 1001 1010b + 1100 1100b Nhớ 0111 0110b 2.1.2 Số bù (2’s component) Trong hệ thống số thông thường, để biểu diễn số âm ta cần thêm dấu – vào chữ số Tuy nhiên, hệ thống máy tính, ta khơng thể biểu diễn Phương pháp thông dụng dùng bit có ý nghĩa lớn (MSB) làm bit dấu (sign bit): MSB = số âm MSB = số dương Khi đó, bit lại biểu diễn độ lớn (magnitude) số Như vậy, ta dùng bit để biểu diễn thu 256 tổ hợp ứng với giá trị 255 (số không dấu) hay –127 –0 +0 … +127 (số có dấu) Phạm Hùng Kim Khánh Trang Giáo trình vi xử lý Tổ chức hệ thống vi xử lý Để thuận tiện việc tính tốn số có dấu, ta dùng dạng biểu diễn đặc biệt số bù Số bù số nhị phân xác định cách lấy đảo bit cộng thêm VD: Số biểu diễn : 0000 0111b có MSB = (biểu diễn số dương) Số bù : 111 1000b + 1b = 111 1001b Số đại diện cho số – là: 1111 1001b có MSB = (biểu diễn số âm) Ta thấy, để thực việc xác định số bù số A, cần phải: - Biểu diễn số A theo mã bù Đảo bit (tìm số bù A) Cộng thêm vào để nhận số bù Khi biểu diễn theo số bù 2, sử dụng bit ta có giá trị số thay đổi từ 128 127 2.1.3 Phép trừ Phép trừ số nhị phân thực tương tự hệ thập phân Bảng thật phép trừ bit với bit mượn (borrow) sau: Bảng 1.3: A 0 0 1 1 Vào B BIN 0 1 1 0 1 1 D 1 0 Ra BOUT 1 0 S = A ⊕ B ⊕ BIN BOUT = AB + A ⊕ B BIN ( VD: ) 0110 1101b 149 - 0011 0001b 0011 1100b 49 100 Ngoài cách trừ trên, ta thực phép trừ thông qua số bù số trừ VD: 0110 1101b - 0011 0001b Số bù 0110 1101b → Nhớ + 1100 1111b 0011 1100b 100 1110b + 1b = 100 1111b (Số bù 2) Phạm Hùng Kim Khánh Trang Giáo trình vi xử lý Tổ chức hệ thống vi xử lý Trong phép cộng với số bù 2, ta bỏ qua bit nhớ cuối → kết phép cộng số bù 0011 1100 Đây kết phép trừ, bit MSB = cho biết kết số dương VD: 77 - 88 - 11 0100 1101b - 0101 1000b → 0100 1101b + 1010 1000b 1111 0101b Số 88 0101 1000b → số bù 010 0111 → số bù 2: 010 1000 bit dấu = -88 trở thành 1010 1000b Kết phép cộng số bù 1111 0101b có MSB = nên số âm Số bù 000 1010b → số bù 2: 000 1011b Kết 11 nên phép trừ cho kết –11 Ta thấy, để thực chuyển số bù thành số có dấu cần thực hiện: - Lấy bù bit để tìm số bù Cộng với Thêm dấu trừ để xác định số âm 2.1.4 Phép nhân Phép nhân số nhị phân tương tự số thập phân Chú ý phép nhân nhân số bit có kết số bit, số bit có kết số 16 bit, … VD: 11 X9 99 1011b 1001b 1011 0000 0000 1011 1100011b Đối với máy tính, phép nhân thực phương pháp cộng dịch phải (add-and-right-shift): - Thành phần dầu tiên tổng số bị nhân LSB số nhân Ngược lại, LSB số nhân thành phần Mỗi thành phần thứ i tính tương tự với điều kiện phải dịch trái số bị nhân i bit Kết cần tìm tổng thành phần nói 2.1.5 Phép chia Phép chia số nhị phân tương tự số thập phân Phạm Hùng Kim Khánh Trang Giáo trình vi xử lý Tổ chức hệ thống vi xử lý VD: 30/5 = 11110 b 110 011 000 110 110 110b 101b Tương tự phép nhân, ta dùng phép trừ phép dịch trái thực phép trừ Tuy nhiên, để thuận tiện cho tính tốn, thay dùng phép trừ số chia, ta thực phép cộng số bù số chia - Đổi số chia số bù Lấy số bị chia cộng với số bù số chia + Nếu kết có bit dấu = bit tương ứng thương = + Nếu kết có bit dấu = bit tương ứng thương = ta phải khôi phục lại giá trị số bị chia cách cộng kết với số chia - Dịch trái kết thu thực tiếp tục kết hay nhỏ số chia 2.2 Hệ thập lục phân 2.2.1 Phép cộng Thực chuyển số hex cần cộng thành số nhị phân, tính kết số nhị phân sau chuyển lại thành số hex 7Ah → 0111 1010b 3Fh B9h VD: → ← 0011 1111b 1011 1001b Thực cộng trực tiếp số hex, kết cộng lớn 15 nhớ trừ cho 16 VD: Ah Fh 1010 2510 → B9h Ah + Fh = 1010 + 1510 = 2510 → nhớ 2510 – 1610 = 910 = 9h 7h + 3h = 710 + 310 = 1010 → cộng số nhớ: 1010 + 110 = 1110 = Bh 2.2.2 Phép trừ Thực tương tự phép cộng Phạm Hùng Kim Khánh Trang Giáo trình vi xử lý Tổ chức hệ thống vi xử lý Các thiết bị số 3.1 Cổng đệm (buffer) cổng logic (logic gate) Cổng đệm: A A X A X Cổng NOT: A X = A Cổng AND: A B X = AB A 0 1 B 1 X 0 X = AB A 0 1 B 1 X 1 X= A + B A 0 1 B 1 X 1 A 0 1 B 1 X 0 Cổng NAND: A B Cổng OR: A B Cổng NOR: A B Phạm Hùng Kim Khánh X= A + B Trang Giáo trình vi xử lý Tổ chức hệ thống vi xử lý Cổng EX-OR: A B X=A⊕B A 0 1 B 1 X 1 A 0 1 B 1 X 0 Cổng EX-NOR: A X = A ⊕B 3.2 Thiết bị logic lập trình Thay sử dụng cổng logic rời rạc, ta dùng thiết bị logic lập trình (programmable logic device) PLA (Programmable Logic Array), PAL (Programmable Array of Logic) để liên kết thiết bị LSI (Large Scale Intergration) PLA (hay FPLA – Field PLA): Dùng ma trận cổng AND OR để lập trình cácc phá huỷ cầu chì FPLA linh động lại khó lập trình A B AB AB B A B AB A + AB AB + B Hình 1.2 – Sơ đồ PLA Phạm Hùng Kim Khánh Trang Giáo trình vi xử lý Tổ chức hệ thống vi xử lý PAL: ma trận OR cố định sẵn ta lập trình ma trận AND A B AB AB B A A+ A B AB + B A +B AB + A B Hình 1.3 – Sơ đồ PAL 3.3 Chốt, flipflop ghi Chốt (latch): Chốt thiết bị số lưu trữ lại giá trị số ngõ D Q D X CLK CLK 1 Q QN Flipflop: PR D Q CLK Q CL CL: clear CL D CLK Q 1 1 PR 1 1 0 X X X X X ↑ ↑ X X X QN QN PR: Preset Phạm Hùng Kim Khánh Q QN QN CLK: Clock Trang 10 Giáo trình vi xử lý Tổ chức hệ thống vi xử lý Tín hiệu BHE /S7 (Bus High Enable) xuất trạng thái T1 Khi chân mức thấp, AD8 ÷ AD15 liên quan đến việc truyền liệu Q trình xảy truy xuất nhớ, I/O hay truy xuất byte liệu từ địa lẻ Bus liệu (AD0 ÷ AD15): 16 chân tạo thành bus liệu hai chiều Các đường hợp lệ trạng thái T2 ÷ T4 Trong trạng thái T1, chúng giữ 16 bit thấp địa nhớ I/O Bus địa (AD0 ÷ AD15 AD16/S3 ÷ AD19/S6): 20 chân tương ứng với bus địa 20 bit cho phép μP truy xuất MB vị trí nhớ Các đường hợp lệ trạng thái T1, chuyển thành đường liệu trạng thái trạng thái T2 ÷ T4 Chọn chế độ MX : Chân dùng để chọn chế độ hoạt động cho 8086, mức cao hoạt động chế độ tối thiểu cịn mức thấp hoạt động chế độ tối đa 5.3 Kiến trúc nội μP có khả thực tác vụ liệu theo tập lệnh bên Một lệnh ghi nhận mã định nghĩa trước, gọi mã lệnh (opcode) Trước thực thi lệnh, μP phải nhận mã lệnh từ nhớ chương trình Q trình xử lý gọi chu kỳ nhận lệnh (fetch cycle) Một mã nhận giải mã mạch bên μP tiến hành thực thi (execute) mã lệnh EU ← Hàng lệnh ← BIU Bus hệ thống Hình 1.23 – Kiến trúc nội μP 8086 BIU (Bus Interface Unit – đơn vị giao tiếp bus) nhận mã lệnh từ nhớ đặt chúng vào hàng chờ lệnh EU (Execute Unit – đơn vị thực thi) giải mã thực lệnh hàng Chú ý đơn vị EU BIU làm việc độc lập với nên BIU có khả nhận lệnh EU dang thực thi lệnh trước Khi EU thực xong lệnh, lấy mã lệnh hàng đợi lệnh (instruction queue) Phạm Hùng Kim Khánh Trang 28 Giáo trình vi xử lý Tổ chức hệ thống vi xử lý Kiến trúc nội μP 8086 hình 1.24 Nó có xử lý riêng: BIU EU BIU cung cấp chức phần cứng, bao gồm tạo địa nhớ I/O để chuyển liệu EU bên μP BIU EU Điều khiển bus sinh địa Σ AH AL BH BL CH CL DH DL CS BP ES DI SS SI DS SP IP Internal bus Thanh ghi cờ ALU Hình 1.24 – Kiến trúc nội 8086 EU nhận mã lệnh chương trình liệu từ BIU, thực thi lệnh chứa kết ghi Ngồi ra, liệu chứa vị trí nhớ hay ghi vào thiết bị xuất Chú ý EU khơng có bus hệ thống nên phải thực nhận xuất tất liệu thơng qua BIU Phạm Hùng Kim Khánh Trang 29 Giáo trình vi xử lý Tổ chức hệ thống vi xử lý Sự khác biệt μP 8086 8088 BIU Trong 8088, đường bus liệu bit 8086 16 bit Ngoài hàng lệnh 8088 dài byte 8086 byte Tuy nhiên EU hai loại μP giống nên chương trình viết cho 8086 chạy 8088 mà khơng cần thay đổi 5.4 Các ghi μP 8086/8088 có tất 14 ghi nội Các ghi phân loại sau: - Thanh ghi liệu (data register) Thanh ghi số trỏ (index & pointer register) Thanh ghi đoạn (segment register) Thanh ghi trạng thái điều khiển (status & control register) 5.4.1 Các ghi liệu Các ghi liệu gồm có ghi 16 bit AX, BX, CX DX nửa cao nửa thấp ghi định địa cách độc lập Các nửa ghi (8 bit) có tên AH AL, BH BL, CH CL, DH DL Các ghi sử dụng phép toán số học logic hay trình chuyển liệu Bảng 1.11: Thanh ghi Sử dụng AX MUL, IMUL (tốn hạng nguồn kích thước word) DIV, IDIV (tốn hạng nguồn kích thước word) IN (nhập word) OUT (xuất word) CWD Các phép toán xử lý chuỗi (string) AL MUL, IMUL (tốn hạng nguồn kích thước byte) DIV, IDIV (tốn hạng nguồn kích thước byte) IN (nhập byte) OUT (xuất byte) XLAT AAA, AAD, AAM, AAS (các phép toán ASCII) CBW (đổi sang word) DAA, DAS (số thập phân) Các phép toán xử lý chuỗi (string) AH MUL, IMUL (tốn hạng nguồn kích thước byte) DIV, IDIV (tốn hạng nguồn kích thước byte) CBW (đổi sang word) BX XLAT CX LOOP, LOOPE, LOOPNE Các phép toán string với tiếp dầu ngữ REP Phạm Hùng Kim Khánh Trang 30 Giáo trình vi xử lý Tổ chức hệ thống vi xử lý CL RCR, RCL, ROR, ROL (quay với số đếm byte) SHR, SAR, SAL (dịch với số đếm byte) MUL, IMUL (tốn hạng nguồn kích thước word) DIV, IDIV (tốn hạng nguồn kích thước word) DX AX (ACC – Accumulator): ghi tích luỹ BX (Base): ghi sở CX (Count): đếm DX (Data): ghi liệu 5.4.2 Các ghi số trỏ Bao gồm ghi 16 bit SP, BP, SI DI, thường chứa giá trị offset (độ lệch) cho phần tử định địa phân đoạn (segment) Chúng sử dụng phép toán số học logic Hai ghi trỏ (SP – Stack Pointer BP – Base Pointer) cho phép truy xuất dễ dàng đến phần tử ngăn xếp (stack) hành Các ghi số (SI – Source Index DI – Destination Index) dùng để truy xuất phần tử đoạn liệu doạn thêm (extra segment) Thông thường, ghi trỏ liên hệ đến đoạn stack hành ghi số liên hệ đến doạn liệu hành SI DI dùng phép toán chuỗi 5.4.3 Các ghi đoạn Bao gồm ghi 16 bit CS (Code segment), DS (Data segment), SS (stack segment) ES (extra segment), dùng để định địa vùng nhớ MB cách chia thành 16 đoạn 64 KB Tất lệnh phải đoạn mã hành, định địa thông qua ghi CS Offset (độ lệch) mã xác định ghi IP Dữ liệu chương trình thường đặt đoạn liệu, định vị thông qua ghi DS Stack định vị thông qua ghi SS Thanh ghi đoạn thêm sử dụng để định địa toán hạng, liệu, nhớ phần tử khác đoạn liệu stack hành 5.4.4 Các ghi điều khiển trạng thái Thanh ghi trỏ lệnh IP (Instruction Pointer) giống đếm chương trình (Program Counter) Thanh ghi điều khiển BIU quản lý nhằm lưu trữ offset từ bắt đầu đoạn mã đến lệnh thực thi Ta xử lý trực tiếp ghi IP Thanh ghi cờ (Flag register) hay từ trạng thái 16 bit chứa bit điều khiển (TF, IF DF) bit trạng thái (OF, SF, ZF, AF, PF CF) cịn bit cịn lại mà 8086/8088 khơng sử dụng khơng thể truy xuất 15 X 14 X 13 X 12 X 11 10 OF DF IF Phạm Hùng Kim Khánh TF SF ZF X AF X PF X CF Trang 31 Giáo trình vi xử lý - Tổ chức hệ thống vi xử lý OF (Overflow - tràn): OF = xác định tràn số học, xảy kết vượt phạm vi biểu diễn DF (Direction- hướng): xác định hướng chuyển string, DF = μP làm việc với string theo thứ tự từ phải sang trái IF (Interrupt - ngắt): cho phép hay cấm interrupt có mặt nạ TF (Trap - bẫy): đặt μP vào chế độ bước, dùng cho chương trình gỡ rối (debugger) SF (Sign - dấu): dùng để kết số học số dương (SF = 0) hay âm (SF = 1) ZF (Zero): = kết phép toán trước AF (Auxiliary – nhớ phụ): dùng số thập phân để nhớ từ nửa byte thấp hay mượn từ nửa byte cao PF (Parity): PF = kết phép toán có tổng số bit chẵn (dùng để kiểm tra lỗi truyền liệu) CF (Carry): CF = có nhớ hay mượn từ bit cao kết Cờ dùng cho lệnh quay Phân đoạn nhớ Ta biết dù 8086 μP 16 bit (có bus liệu 16 bit) dùng nhớ theo byte Điều cho phép μP làm việc với byte word, quan trọng giao tiếp với thiết bị I/O máy in, thiết bị đầu cuối modem (chúng thiết kế để chuyển liệu mã hố ASCII hay bit) Ngồi ra, nhiều mã lệnh 8086/8088 có chiều dài byte nên cần phải truy xuất byte riêng biệt để xử lý lệnh 8086/8088 có bus địa 20 bit nên cho phép truy xuất 220 = 1048576 địa nhớ khác Byte 1048575 Word 524287 Byte 1048574 Byte Word Byte Hình 1.25 – Vùng nhớ 8086/8088 có 1048576 byte hay 524288 word Để thực đọc 16 bit từ nhớ, 8086 thực đọc đồng thời byte có địa lẻ byte có địa chẵn Do đó, 8086 tổ chức nhớ thành bank chẵn lẻ Theo hình 1.25, ta thấy word bắt đầu địa chẵn ta Phạm Hùng Kim Khánh Trang 32 Giáo trình vi xử lý Tổ chức hệ thống vi xử lý đọc word có địa lẻ cách thực chu kỳ đọc nhớ: chu kỳ đọc byte thấp chu kỳ đọc byte cao Điều làm chậm tốc độ xử lý Đối với 8088 bus liệu bit nên dù word có địa chẵn hay lẻ, cần phải thực chu kỳ đọc hay ghi nhớ giao tiếp với nhớ bank Byte 1048574 Byte 1048575 Byte 1048575 Byte 1048572 Byte 1048573 Byte 1048574 Byte Byte Byte Byte Byte Đọc lần Đọc lần Byte Byte Byte Word liệu 16 bit Hình 1.26 – Đọc word địa chẵn địa lẻ Ngoài nhớ chia thành 16 khối, khối có kích thước 64 KB, bắt đầu địa 00000h kết thúc FFFFFh Địa bắt đầu khối tăng lên số hex có ý nghĩa nhiều thay đổi từ khối sang khối Ví dụ khối 00000h → 10000h → 20000h … FFFFFh F0000h FFFFFh Dự trữ FFFFBh Dành riêng FFFF0h 20000h 10000h 0007Fh Dự trữ 00013h Dành riêng 00000h 00000h Hình 1.27 – Bảng nhớ cho 8086/8088 Phạm Hùng Kim Khánh Trang 33 Giáo trình vi xử lý Tổ chức hệ thống vi xử lý Các ghi phân đoạn: 8086/8088 định nghĩa khối nhớ 64KB: đoạn mã (code segment) giữ mã lệnh chương trình, đoạn ngăn xếp (stack segment) lưu địa trả từ chương trình (subroutine) hay trình phục vụ ngắt (interrupt subroutine), đoạn liệu (data segment) lưu trữ liệu cho chương trình đoạn thêm (extra segment) thường dùng cho liệu dùng chung Các ghi đoạn (CS, DS, SS ES) dùng để vị trí đoạn Các ghi có 16 bit địa nhớ 20 bit nên để xác dịnh vị trí nhớ, ta thêm bit vào bit thấp ghi đoạn Giả sử ghi CS chứa giá trị 1111h tới địa 11110h Chú ý địa bắt đầu đoạn tuỳ ý mà phải bắt đầu địa chia hết cho 16 Nghĩa bit thấp phải Ta ý đoạn khơng tách rời mà chồng lấp lên ta cho giá trị ghi đoạn nghĩa đoạn trùng VD: Thanh ghi DS có giá trị 1000h địa 10000h Địa kết thúc tìm cách cộng địa với giá trị FFFFh (64K) → địa kết thúc 10000h + FFFFh = 1FFFFh Như đoạn liệu có địa từ 10000h = 1FFFFh Các vị trí nhớ khơng định nghĩa đoạn hành truy xuất Muốn truy xuất đến vị trí đó, ta phải định nghĩa lại ghi đoạn sau cho đoạn phải chứa vị trí Như vậy, thời điểm ta truy xuất tối đa × 64 KB = 256 KB nhớ Nội dung ghi đoạn xác định thơng qua phần mềm VD: Giả sử ghi đoạn có giá trị CS = 2800h, DS = E000h, SS = 2900h ES = 1000h Ta có vị trí đoạn bảng nhớ sau: EFFFFh Đoạn liệu E0000h 38FFFh 37FFFh 29000h 28000h Đoạn stack 29000h ÷ 38FFFh Đoạn mã 28000h ÷ 37FFFh 1FFFFh Đoạn thêm 10000h Hình 1.28 – Vị trí phân đoạn theo giá trị ghi đoạn Phạm Hùng Kim Khánh Trang 34 Giáo trình vi xử lý Tổ chức hệ thống vi xử lý Địa logic địa vật lý: Các địa đoạn thay đổi từ 0000h ÷ FFFFh, tương ứng với chiều dài đoạn 64 KB Một địa đoạn gọi địa logic hay offset Ví dụ địa logic 0010h đoạn mã hình 1.28 có địa thật 28000h + 0010h = 28010h Địa gọi địa vật lý Như vậy, địa vật lý địa thật xuất bus địa chỉ, có chiều dài 20 bit địa logic độ lệch (offset) từ vị trí đoạn cho trước VD: Giả sử xét đoạn hình 1.28 Địa vật lý tương ứng với địa logic 1000h đoạn stack là: 29000h + 1000h = 2A000h Địa vật lý tương ứng với địa logic 2000h đoạn mã là: 28000h + 2000h = 2A000h Ta thấy địa vật lý trùng địa logic khác nghĩa địa vật lý có nhiều địa logic khác Để địa logic 1000h đoạn mã, ta dùng ký hiệu CS:1000h Tương tự cho đoạn khác, nghĩa địa logic 1111h đoạn liệu DS:1111h Mọi lệnh tham chiếu nhớ có ghi đoạn Thanh ghi IP cung cấp địa offset truy xuất đến đoạn mã BP cho đoạn stack Ví dụ IP = 1000h CS = 2000h BIU truy xuất đến địa 20000h + 1000h = 21000h nhận byte vị trí Bảng 1.12: Tham chiếu nhớ Nhận lệnh Tác vụ stack Dữ liệu tổng quát Nguồn string Đích string BX dùng làm trỏ BP dùng làm trỏ Đoạn CS SS DS DS ES DS SS Đoạn khác Không Không CS,ES,SS CS,ES,SS Không CS,ES,SS CS,ES,SS Offset IP SP Địa hiệu dụng SI DI Địa hiệu dụng Địa hiệu dụng VD: Ta sử dụng lệnh MOV [BP],AL với BP = 2C00h Ở BP dùng làm trỏ nên dùng đoạn stack Giả sử phân đoạn hình 2.11 địa vật lý 29000h + 2C00h = 2BC00h Định nghĩa vị trí nhớ: Thơng thường ta cần biết đến địa vật lý vị trí nhớ mà ta quan tâm đến địa logic mà thơi Lý địa vật lý cịn phải phụ thuộc vào nội dung ghi đoạn địa logic giữ không đổi xét Phạm Hùng Kim Khánh Trang 35 Giáo trình vi xử lý Tổ chức hệ thống vi xử lý Các cách định địa Bảng 1.13: Cách định địa Mã đối tượng Ví dụ Đoạn Hoạt động truy xuất Tức thời B80010 MOV AX,1000h Mã AH ← 10h AL ← 00h Thanh ghi 8BD1 MOV DX,CX Trong μP DX ← CX Trực tiếp 8A260010 MOV AH,[1000h] Dữ AH ← [1000h] lieäu Dữ liệu MOV AX,[SI] Gián tiếp 8B04 AL ← [SI]; AH ←[SI+1] Dữ liệu JMP [DI] ghi FF25 IP←[DI+1:DI] Stack INC BYTE PTR [BP] FE4600 [BP]←[BP]+1 Dữ liệu DEC WORD PTR [BX] FF0F [BX+1:BX]← [BX+1:BX]-1 Có số 8B4406 MOV AX,[SI+6] Dữ liệu AL ← [SI+6]; AH ←[SI+7] FF6506 JMP [DI+6] Dữ liệu IP←[DI+7:DI+6] Có 8B4602 MOV AX,[BP+2] Stack AL←[BP+2]; AH ←[BP+3] FF6702 JMP [BP+2] Dữ liệu IP←[BX+3:BX+6] AL←[BX+SI];AH←[BX+SI+1] MOV AX,[BX+SI] Có 8B00 Dữ liệu IP←[BX+DI+1:BX+DI] JMP [BX+DI] có số FF21 Dữ liệu INC BYTE PTR [BP+SI] Stack FE02 [BP+SI]←[BP+SI]+1 DEC WORD PTR [BP+DI] Stack FF0B [BP+DI+1:BP+DI]← [BP+DI+1:BP+DI]-1 MOV AX,[BX+SI+5] Có 8B4005 Dữ liệu AL←[BX+SI+5] có số FF6105 AH←[BX+SI+1] JMP [BX+DI+5] với độ dời FE4205 Dữ liệu IP←[BX+DI+6:BX+DI+5] INC BYTE PTR [BP+SI+5] Stack FF4B05 [BP+SI+5]←[BP+SI+5]+1 DEC WORD PTR [BP+DI+5] Stack [BP+DI+6:BP+DI+5]← [BP+DI+6:BP+DI+5]-1 String A4 MOVSB Thêm, [ES:DI] ← [DS:DI] liệu Nếu DF = SI ← SI + 1; DI ← DI + Nếu DF = SI ← SI - 1; DI ← DI - - Từ gợi nhớ Mô tả (1) (2) (3) (4) (5) (6) (7) (8) (9) BYTE PTR WORD PTR tránh lầm truy xuất byte word Độ dời cộng vào ghi trỏ hay số nhị phân dạng bù (1): nguồn liệu lệnh (2): đích nguồn ghi μP (3): địa nhớ cung cấp lệnh (4): địa nhớ cung cấp ghi trỏ hay số (5): địa nhớ tổng ghi số cộng với độ dời lệnh (6): địa nhớ tổng ghi BX hay BP cộng với độ dời lệnh (7): địa nhớ tổng ghi số ghi Phạm Hùng Kim Khánh Trang 36 Giáo trình vi xử lý - Tổ chức hệ thống vi xử lý (8): địa nhớ tổng ghi số, ghi độ dời lệnh (9): địa nguồn nhớ ghi SI đoạn liệu địa đích nhớ ghi DI đoạn thêm 7.1 Định địa tức thời Các lệnh dùng cách định địa tức thời lấy liệu lệnh làm phần lệnh Trong cách này, liệu chứa đoạn mã thay đoạn liệu Dữ liệu cho lệnh MOV AX,1000h cung cấp tức thời sau mã lệnh B8 Chú ý mã đối tượng byte liệu cao sau byte liệu thấp Cách định địa tức thời thường dùng để nạp ghi hay vị trí nhớ với liệu ban đầu Sau đó, lệnh làm việc với liệu Tuy nhiên, cách định địa không sử dụng cho ghi đoạn 7.2 Định địa ghi Một số lệnh làm công việc chuyển liệu ghi μP Ví dụ MOV DX,CX chuyển liệu từ ghi CX vào ghi DX Ở ta không cần thực tham chiếu nhớ Ta kết hợp cách định địa tức thời định địa ghi để nạp liệu cho ghi đoạn VD: MOV AX, 1000h MOV CS,AX Sau thực lệnh này, giá trị ghi CS 1000h 7.3 Định địa trực tiếp Ngoài cách định địa trên, tất cách định địa lại cho bảng 2.6 cần phải truy xuất đến nhớ với toán hạng Trong cách định địa trực tiếp, địa nhớ cung cấp trực tiếp phần lệnh Ví dụ lệnh MOV AH,[1000h] đưa nội dung chứa ô nhớ DS:1000h vào ghi AH hay lệnh MOV [2000h],AX đưa nội dung chứa AX vào ô nhớ liên tiếp DS:2000h DS:2001h 7.4 Định địa truy xuất nhớ gián tiếp Các cách định địa trực tiếp thuận lợi cho truy xuất nhớ không thường xuyên Tuy nhiên, ô nhớ cần phải truy xuất nhiều lần chương trình trình nhận địa (2 byte) phải thực nhiều lần Điều không hiệu Để giải vấn đề này, ta thực lưu trữ địa ô nhớ cần truy xuất ghi trỏ, số hay ghi sở (BX, BP, SI hay DI) Ngoài ra, Phạm Hùng Kim Khánh Trang 37 Giáo trình vi xử lý Tổ chức hệ thống vi xử lý ta sử dụng độ dời bù cách cộng vào ghi để dời so với vị trí ghi đến Bảng 2.13: Cách định địa Gián tiếp ghi Có số Có Có số Có số với độ dời Địa hiệu dụng (EA – Effective Address) Độ dời Thanh ghi Thanh ghi số Không BX hay BP Không Không Không SI hay DI Khơng SI hay DI -128 ÷ 127 BX hay BP Khơng -128 ÷ 127 BX hay BP SI hay DI Khơng BX hay BP SI hay DI -128 ÷ 127 Như vậy, độ dời cộng vào ghi kết cộng tiếp vào ghi số Địa thu gọi địa hiệu dụng EA Ngoài ta viết cách định địa gián tiếp sau: MOV AX,table[SI] Trong table nhãn gán cho vị trí nhớ Lệnh truy xuất phần tử thứ SI dãy table (giả sử SI = truy xuất phần tử thứ 2) Ta viết lệnh sau: MOV AX,[table + SI] Chú ý đoạn mặc định cho cách định địa gián tiếp đoạn stack dùng BP, đoạn liệu dùng BX, SI hay DI VD: Lệnh: MOV AH,10h MOV AX,[BP + 10] thực định địa có MOV AH,[BP + SI] 7.5 thực định địa tức thời thực định địa có có số Định địa chuỗi Chuỗi dãy liên tục byte hay word lưu trữ nhớ dạng ký tự ASCII 8086/8088 có lệnh dùng để xử lý chuỗi, lệnh sử dụng cặp ghi DS:SI để nguồn chuỗi ký tự ES:DI để đích chuỗi Lệnh MOVSB chuyển byte liệu nguồn đến vị trí đích SI DI tăng hay giảm tuỳ theo giá trị DF (xem 2.3.4 bảng 2.13) Phạm Hùng Kim Khánh Trang 38 Giáo trình vi xử lý 7.6 Tổ chức hệ thống vi xử lý Thay đổi ghi đoạn mặc định Như nói phần trên, sử dụng lệnh định địa ghi, ta cần dùng ghi để xác định độ lệch ghi đoạn hiểu mặc định Ví dụ ta dùng lệnh MOV AH,[BP] đưa liệu ô nhớ SS:BP vào ghi AH Trong trường hợp khơng muốn dùng ghi đoạn mặc định, ta thay đổi cách thêm tên ghi đoạn vào để loại bỏ ghi đoạn mặc định Ví dụ lệnh MOV AH,CS:[BP] đưa liệu CS:[BP] vào AH Phạm Hùng Kim Khánh Trang 39 Giáo trình vi xử lý Tổ chức hệ thống vi xử lý BÀI TẬP CHƯƠNG 1 Cần byte để tạo thành word 32 bit? Giả sử μP có tất 16 đường địa chỉ, hỏi xử lý tất địa chỉ? Nếu IC nhớ có dung lượng 1024 × bits để tạo 2KB nhớ phải cần IC? Nếu IC nhớ có dung lượng 256 × bits để tạo 1KB nhớ phải cần IC? Nếu IC nhớ có dung lượng 8K × bits cần phải có đường địa chỉ? Giả sử IC nhớ có dung lượng KB bắt đầu địa 1000h bảng nhớ Xác định vùng địa IC Ngõ giải mã 74LS138 tích cực (mức thấp) liệu ngõ vào từ A7 ÷ A0 = 11110111? Nếu muốn ngõ Y4 tích cực liệu ngõ vào phải bao nhiêu? A2 A3 A4 A7 A6 A5 A1 A0 6 A B C G1 G2A G2B Y0 Y1 Y2 Y3 Y4 Y5 Y6 Y7 15 14 13 12 11 10 74LS138 Xác định bảng nhớ: A19 A18 A17 A15 A12 A13 A14 A B C A16 3 G1 G2A G2B Y0 Y1 Y2 Y3 Y4 Y5 Y6 Y7 74LS138 15 14 13 12 11 10 19 18 17 16 11 19 18 17 16 11 Phạm Hùng Kim Khánh A0 A1 A2 A3 A4 A5 A6 A7 A8 A9 A10 A11 D0 D1 D2 D3 15 14 13 12 CS WE A0 A1 A2 A3 A4 A5 A6 A7 A8 A9 A10 A11 D0 D1 D2 D3 15 14 13 12 CS WE Trang 40 Giáo trình vi xử lý Tổ chức hệ thống vi xử lý Thiết kế mạch giải mã địa dùng 74LS138 cổng logic cho ROM kích thước 8K × bits, RAM 4K × bits ROM 16K x bits dùng bus địa 20 bits (A0 ÷ A19) Thiết kế nhớ có dung lượng 16KB từ nhớ có dung lượng 2K x bits Thiết kế mạch giải mã địa chọn chip theo vùng địa sau: CS0: 8000h – 9FFFh CS1: A000h – BFFFh CS2: C000h - DFFFh CS3: E000h – FFFFh 10 Tìm địa I/O port giá trị chân IOR , IOW thực xuất liệu Led đọc bàn phím D2 A17 A16 A15 A10 A11 A12 A B C A14 A13 G1 G2A G2B Y0 Y1 Y2 Y3 Y4 Y5 Y6 Y7 13 14 17 18 15 14 13 12 11 10 11 D0 D1 D2 D3 D4 D5 D6 D7 Q0 Q1 Q2 Q3 Q4 Q5 Q6 Q7 12 15 16 19 LED D3 LED OC CLK 74LS374 74LS138 IOW IOR Đến mã hoá phím 11 Xác định dãy địa thiết bị: A13 A14 A15 A16 A B C A17 3 A18 G1 G2A G2B Y0 Y1 Y2 Y3 Y4 Y5 Y6 Y7 15 14 13 12 11 10 ROM 4K x ROM 8K x RAM 2K x 74LS138 A19 12 Xác định giá trị cờ SF, ZF, AF CF sau thực phép toán sau: a 1000h - 1234h b 1234h + 13FFh c ABCDh + 1234h d 2345h – 2345h 13 Xác định phương pháp định địa lệnh sau: Phạm Hùng Kim Khánh Trang 41 Giáo trình vi xử lý Tổ chức hệ thống vi xử lý a MOV AH,DS:[SI] b MOV AL,AH c MOV DS:[BX+1],AX d MOV AL,DS:[BX+SI] e MOV CX,DS:[BX+SI+10] f MOV DX,20h g MOV DS:[10],CL Phạm Hùng Kim Khánh Trang 42 ... 11 111 10 011 0000 11 011 01 111 1 011 011 0 011 10 110 11 1 011 111 11 10000 Trang Giáo trình vi xử lý Tổ chức hệ thống vi xử lý 10 11 12 13 14 15 A B C D E F 10 00 10 01 1 010 10 11 110 0 11 01 111 0 11 11 111 111 1... 77 - 88 - 11 010 0 11 01b - 010 1 10 00b → 010 0 11 01b + 10 10 10 00b 11 11 010 1b Số 88 010 1 10 00b → số bù 010 011 1 → số bù 2: 010 10 00 bit dấu = -8 8 trở thành 10 10 10 00b Kết phép cộng số bù 11 11 010 1b... ) 011 0 11 01b 14 9 - 0 011 0001b 0 011 11 00b 49 10 0 Ngoài cách trừ trên, ta thực phép trừ thơng qua số bù số trừ VD: 011 0 11 01b - 0 011 0001b Số bù 011 0 11 01b → Nhớ + 11 00 11 11b 0 011 11 00b 10 0 11 10b
