Программирование микропроцессорной системы

Языки программирования
Языки высокого уровня — удобные для разработчика, не зависят от аппаратуры, имеют развитые готовые средства обработки и отображения, программы легко переносятся на другую аппаратуру; но формируют большие и медленные программы (Си, Паскаль, Фортран и т.д.);
Языки низкого уровня — максимально приближены к аппаратуре, трудно писать сложные программы обработки, программы могут не работать на другой аппаратуре; но формируют максимально компактные и быстрые программы (язык машинных кодов, Ассемблер);
Сочетание языков высокого и низкого уровней даёт оптимальные результаты.

Команды процессора
Могут состоять из одного или нескольких байт; сколько именно байт команды читать процессору — указано в первом байте (слове). Короче команда — быстрее, длиннее команда — сложнее операция.
Включают в себя код операции, которую должен выполнить процессор, а также указания на операнды, с которыми надо выполнять операцию.
Образуют систему команд, сложность и полнота которой определяет быстродействие процессора, его универсальность и удобство использования.
Преобразуются процессором в последовательность внутренних микрокоманд.

Операнды
Операнды — это коды данных, с которыми производятся операции при выполнении программы (входные и выходные);
Расположение операндов:
Во внутренних регистрах процессора — самое удобное и легкодоступное, но недостаточно места;
В ячейках памяти — самое часто встречающееся и достаточно удобное (доступно большое количество ячеек) — массивы;
В устройствах ввода/вывода — самый редкий случай, при обмене с внешними устройствами.
Адресация операндов — это способ указания процессору на место расположения операндов (присутствует в каждой команде).

Непосредственная адресация и прямая адресация операндов

Регистровая адресация и косвенная адресация операндов

Автоинкрементная адресация и автодекрементная адресация
Автоинкрементная адресация: похожа на косвенную, но после выполнения операции содержимое регистра увеличивается на 1 или на 2 (инкрементируется — постинкремент);
Автодекрементная адресация работает, как косвенная, но перед выполнением операции содержимое регистра уменьшается на 1 или на 2 (декрементируется — предекремент);
Оба типа адресации применяются для работы с массивами данных (последовательного их сканирования вверх или вниз);
Если оба типа адресации используются одновременно, то мы получаем буфер типа LIFO (например, в стеке).

Адресация слов и байтов

Сегментирование памяти

Вычисление адреса в памяти при сегментировании

Основные группы команд процессора
Команды пересылки данных — данные пересылаются (копируются) между памятью, регистрами процессора и УВВ. Не требуют выполнения каких-нибудь операций над данными;
Арифметические команды — выполнение арифметических операций (сложение, вычитание, и т.д.). Один или два входных операнда и один выходной;
Логические команды — выполнение логических операций (И, ИЛИ, инверсия, очистка, сдвиги). Один или два входных операнда и один выходной;
Команды переходов — условные и безусловные. Операндов нет. Изменяется состояние регистра-счётчика команд. Вызов подпрограмм, ветвление алгоритмов.

Команды пересылки данных
Загрузка (запись) содержимого во внутренние регистры процессора;
Сохранение в памяти (в стеке) содержимого внутренних регистров процессора;
Копирование содержимого из одной области памяти в другую область памяти (одиночные и строчные);
Запись в устройства ввода/вывода и чтение из устройств ввода/вывода (одиночные и строчные);
Обмен информацией между двумя регистрами или между регистром и памятью;
Обмен информацией между байтами регистра или памяти.

Арифметические команды
Команды операций с фиксированной запятой (сложение, вычитание, умножение, деление) — числа как со знаком, так и без знака;
Команды операций с плавающей запятой (сложение, вычитание, умножение, деление) — операнды в двух или более ячейках памяти, в сложных процессорах: тригонометрические, логарифмические, мультимедийные и т.д.;
Команды очистки (выполняются быстрее команд пересылок, иногда считаются логическими командами);
Команды инкремента и декремента — увеличение на 1 или уменьшение на 1;
Команда сравнения — формирует флаги результата на основании сравнения (вычитания) операндов.

Логические (побитовые) команды
Логическое И, логическое ИЛИ, сложение по модулю 2 (Исключающее ИЛИ) — маскирование битов в 0 или 1, побитная инверсия по маске;
Логические, арифметические и циклические сдвиги — вправо или влево с разными значениями вдвигаемых битов;
Проверка битов и операндов — устанавливает флаги состояния на основании проверки (на нуль, на знак);
Установка и очистка битов (флагов) регистра состояния процессора (PSW) — для принудительного перевода процессора в тот или иной режим.

Выполнение сдвигов (вправо)

Команды переходов
Команды безусловных переходов (независимо ни от чего);
Команды переходов с возвратом в исходную точку;
Команды условных переходов (в зависимости от значений флагов регистра состояния процессора):
Переход, если равно нулю;
Переход, если не равно нулю;
Переход, если есть переполнение;
Переход, если нет переполнения;
Переход, если больше нуля;
Переход, если меньше или равно нулю и т.д.;
Для проверки условий перехода можно применять команду сравнения, но флаги устанавливаются и любой другой командой, кроме команд переходов.

Регистр состояния (FLAGS) процессора Intel 8086
CF — флаг переноса при арифметических операциях,
PF — флаг четности результата,
AF — флаг дополнительного переноса,
ZF — флаг нулевого результата,
SF — флаг знака (старший бит результата),
TF — флаг пошагового режима (для отладки),
IF — флаг разрешения аппаратных прерываний,
DF — флаг направления при строковых операциях,
OF — флаг переполнения.

Реализация разветвления на две ветки

Реализация разветвления на три ветки

Команды перехода с возвратом в исходную точку (прерывания)
Используются для вызова часто выполняемых подпрограмм;
Обслуживаются по механизму прерываний (сохранение в стеке параметров возврата);
Требуют задания входного числа — смещения в памяти для адреса начала подпрограммы или номера прерывания (номера элемента в таблице векторов прерываний) — программные прерывания;
Для возврата в исходную точку используется специальная команда (безусловный переход) в конце подпрограммы, которая извлекает из стека параметры возврата.
Упрощают написание программ, но замедляет их исполнение.