Безусловные переходы. Основы программирования МП устройств (Лекция) Команда безусловного перехода относится к операции передачи

Команды микропроцессора.

Теперь остановимся подробнее на выполняемых командах. Весь набор команд любого микропроцессора можно разделить на несколько групп.

Первая группа - это команды перемещения данных. Повинуясь этим командам, процессор копирует содержимое одной ячейки памяти в другую, копирует информацию из ячейки памяти в один из внутренних регистров либо, наоборот, копирует содержимое регистра в одну из ячеек памяти. Кроме того, данные могут копироваться из одного внутреннего регистра в другой.

Следует заметить, что так называемые команды перемещения, по сути, не перемещают данные из ячейки в ячейку, а копируют эти данные. Операция перемещения в цифровой технике бессмысленна. В общепри­нятом понимании переместить означает убрать из одного места и поме­стить в другое. Но убрать данные из ячейки памяти невозможно!

Любой бит любой ячейки памяти всегда равен либо нулю, либо единице. То есть всегда содержит какое-либо число. Поэтому команды перемещения считывают байт данных из ячейки-источника и записывают их в ячейку-приемник. При этом в ячейке-источнике данные не изменяются.

Ко второй группе относятся команды преобразования данных. Именно в эту группу входят команды сложения, вычитания, логических преобразований, сдвига разрядов и т. д.

К третьей группе относятся команды передачи управления. Вот об этом классе команд я хотел бы поговорить подробнее. Сложно пред­ставить себе программу, состоящую лишь из одной последовательной цепочки команд. Подавляющее число алгоритмов требуют разветвления программы. Это значит, что программа должна уметь выполнять разные последовательности действий в зависимости от некоторого условия.

Пример.

Допустим, что наше микропроцессорное устройство имеет кнопки управления. При нажатии каждой кнопки должно выполняться свое определенное действие. Например, при нажатии одной кнопки исполнительный механизм должен повернуться влево. При нажа­тии другой - повернуться вправо и т. п. Для того, чтобы это было возможно, программа периодически считывает состояние кнопок. Затем программа должна оценить их состояние. Если нажата первая кнопка, выполняется некая последовательность команд, выдающая на соответствующий порт код, приводящий к включению двигателя в прямом направлении. Если нажата вторая кнопка, то выполняется другая последовательность команд, выдающая в тот же порт совсем другой код. Этот код должен вызвать включение двигателя в реверсном направлении.

Очевидно, что для реализации данного алгоритма придется прервать последовательное выполнение команд. Для того, чтобы программа имела возможность менять алгоритм своей работы в зависимости от какого-либо условия, в системе команд любого процессора обязательно имеются команды передачи управления. К командам передачи управления отно­сятся следующие виды команд: команды условного перехода; команды безусловного перехода; команды перехода к подпрограмме; команды организации цикла. Рассмотрим все эти виды команд по порядку.

Команды условного и безусловного перехода

Оба этих вида команд предназначены для того, чтобы прерывать после­довательное выполнение программы и вызывать так называемый переход. Причем условный переход происходит только при соблюдении какого-либо условия. Безусловный переход выполняется всегда, как только программа встретит соответствующую команду. В качестве условий перехода может выступать одно из следующих логических выражений:

♦ величина А равна величине В;

♦ величина А не равна величине В;

♦ величина А меньше величины В;

♦ величина А больше величины В;

♦ величина А меньше или равна величине В;

♦ величина А больше или равна величине В.

В качестве величин для сравнения может выступать содержимое любых внутренних регистров процессора, содержимое любых ячеек памяти или просто константы.

Пример.

Рассмотрим пример применения условного и безусловного переходов. Для наглядности изобразим цепочку команд в программной памяти в виде последовательности графических элементов (см. рис. 2.2). Ход выполнения программы показан при помощи стрелок. Квадратиками обозначены обычные команды (команды перемещения и команды пре­образования данных). Кружочек с вопросом - это команда условного перехода. Скругленный элементе восклицательным знаком - это безусловный переход. Такая программа имеет две ветви. В случае, если условие есть ложь, выполняется ветвь номер 1. В случае, если условие - истина, выполняется ветвь номер 2.

Допустим, что условный переход производит сравнение кода нажатой клавиши с некоторой константой. Тогда действие, выполняемое услов­ным оператором, можно записать так: «Если код нажатой клавиши равен 0, перейти к выполнению ветви номер 2». Соответственно, в случае невы­полнения условия (например, считанное число равно 1), программа про­должит свою работу в обычном режиме и перейдет, таким образом, к выполнению ветви номер 1.

К группе команд безусловной передачи управления относятся команды соб- ственно безусловного перехода, команды перехода к подпрограмме (вызова под- программ) и команды возврата из подпрограмм.

Команда безусловного перехода имеет уже упоминавшийся мнемокод jmр.

Для организации безусловного перехода в регистры сs и iр (или только iр) загру- жается их новое содержимое, то есть новый указатель. При этом их старое содер- жимое - старый указатель - безвозвратно теряется. Это значит, что после со- вершения перехода восстановить точку программы, из которой он был совершен, невозможно. На рис. 4.36, а приведен пример выполнения безусловного перехо- да по команде jmр Ml.

Обращение к подпрограмме происходит следующим образом. Вначале старое значение указателя из регистров сs:iр помещается в стек (рис. 4.36, б). Отме- тим, что в момент выполнения команды call регистры сs:iр содержат адрес команды, которая расположена непосредственно за этой командой вызова под- программы. На рис. 4.36, б эта точка программы отмечена меткой VI. Затем из команды вызова выбирается новый указатель (в примере на рисунке это указа- тель на метку Р1 начала подпрограммы), который загружается в регистры сs:iр. Тем самым обеспечивается переход к выполнению вызванной подпрограммы.

Сохранение в стеке адреса, откуда был совершен переход в подпрограмму, обес- печивает возможность при необходимости вернуться в точку вызова. Чтобы та- кой возврат произошел, в подпрограмму должна быть включена команда rеt (от return - возврат), схема выполнения которой показана на рис. 4.36, в. По коман- де rеt производятся выборка указателя из вершины стека и последующая его загрузка в пару регистров сs:iр. В примере на рис. 4.36 из стека выбирается
указатель, соответствующий метке VI, которой отмечена команда, непосредст- венно следующая за командой вызова call Рl.

Предполагается, что в теле подпрограммы Р2 других вызовов нет. Поэтому в мо- мент выполнения находящейся в теле подпрограммы Р2 команды rеt из верши- ны стека выбирается адрес второй точки возврата V2 (рис. 4.37, в) и таким обра- зом осуществляется возвращение в первую подпрограмму Рl, в ту ее точку, из которой была вызвана подпрограмма Р2.

Когда закончится выполнение подпрограммы Рl и начнется выполнение ее ко- манды rеt (рис. 4.37, г), из вершины стека окажется выбранным адрес первой точки возврата VI и, следовательно, осуществится возврат в основную программу.

Обсуждаемая схема обеспечивает корректную обработку вызовов подпрограмм с произвольной глубиной вложенности. Если быть точным, то глубина вложен- ности вызовов ограничивается только объемом стека.

По косвенному адресу

PCHL – адрес перехода хранится в регистровой паре HL. При ее выполнении (HL) → PC.

Команды условного перехода

Jcon @, где con – мнемоника условия от английского слова condition.

Ранее отмечалось, что в качестве условия перехода используют состояние разрядов (флажков) РгП (F). Мнемоника, соответствующая этим состояниям, представлена на рис. 6.18.

Например: JC 8BFE – при C=1 переход по адресу 8BFE, при C=0 выполняется следующая по адресу команда.

Команды вызова ПП и возврата

Ранее отмечалось, что адрес возврата автоматически сохраняется в стеке, т.е. (PC) ® стек.

Безусловные команды

CALL @ – вызов подпрограммы;

RET – возврат из подпрограммы.

Условные команды

Ccon @ – вызов подпрограммы;

Rcon – возврат из подпрограммы.

Действие команд аналогично действию команд условного перехода, т.е. если условие истинно, то вызов или возврат. Если нет, то выполняются следующие команды.

Прочие команды управления

RST n, где n = 0,1,...,7 – рестарт по вектору прерывания n.

При выполнении этой команды происходит передача управления подпрограмме, обслуживающей данное прерывание. В процессе выполнения команды RST содержимое счетчика команд PC запоминается в стеке, а в PC записывается адрес соответствующего вектора прерывания.

Этот адрес задается следующим образом. Команда RST имеет структуру 11NN N111, т.е. один байт. Трехразрядная комбинация NNN задается значением n (n = 0...7). В счетчик команд РС заносится значение 0000 0000 00NN N000, которое служит адресом соответствующего вектора прерывания.

Таким образом, задавая определенное значение n, можно сформировать адрес одного из 8- векторов прерывания. Эти адреса располагаются в зоне от 0000H до 0038H адресного пространства и идут через 8 байт, т.е. под них зарезервированы первые 64 ячейки памяти (каждому из 8- векторов отведено по 8 байт). В этих зонах (по 8 байт) записывают только команды перехода к соответствующим подпрограммам (обработчикам), которые располагаются в других областях памяти.

Прерывающие подпрограммы (как и обычные подпрограммы) обязательно заканчиваются командой RET. В процессе выполнения этой команды адрес команды основной программы, перед которой произошло прерывание, выбирается из стека и передается в регистр адреса РА, а увеличенное на 1 значение заносится в счетчик команд.

EI – разрешение прерывания. Эта команда ставится в начале участка программы, на котором разрешено прерывание. По этой команде триггер разрешения прерывания в УУ МП устанавливается в состояние 1.

DI – запрещение прерывания. Эта команда ставится в конце участка программы, на котором разрешалось прерывание, и сбрасывает триггер в состояние 0.

NOP – "пустая" команда. Осуществляет пропуск 4- тактов. Изменяется только PC.

HLT – останов. Вызывает прекращение выполнения программы и переход в состояние останова. МП отключается от внешних шин адреса и данных (т.е. их буферы переходят в состояние Z). На выходе WAIT (ожидание) устанавливается уровень 1. Это состояние может быть прервано сигналами запуска МП либо переводом его в состояние прерывания.

ВОПРОСЫ ДЛЯ САМОПРОВЕРКИ

1. Какие устройства необходимы для создания простейшей микро-ЭВМ?

2. Перечислите 5 вариантов структур микро-ЭВМ.

3. Использование промежуточного интерфейса.

4. Что включает в себя понятие "контроллер ПУ"?

5. Перечислите характеристики процессора I8080.

6. Регистры данных. Их назначение.

7. Регистры признаков. Какие признаки хранятся в этих регистрах?

8. Опишите принцип двунаправленного обмена данными между внутренней и внешней ШД.

9. Какими регистрами программист может пользоваться?

10. Приведите структурную схему микро-ЭВМ на базе МП КР580ВМ80.

11. Из каких тактов состоит машинный цикл?

12. Перечислите форматы данных МП КР580ВМ80.

13. Перечислите форматы команд МП КР580ВМ80.

14. Какие способы адресации используются в МП КР580ВМ80?

15. На какие группы можно разделить команды МП КР580ВМ80?

16. Пересылки однобайтовые. Приведите примеры команд из этой группы.

17. Пересылки двухбайтовые. Приведите примеры команд из этой группы.

18. Какие операции в аккумуляторе вы знаете.

19. Операции в РОН и памяти. Какие операции к ним относятся?

20. Перечислите команды управления.

КОНТРОЛЬНЫЕ ЗАДАНИЯ

1. На листах ответа должны быть указаны номер группы, фамилия студента и номер его варианта.

2. Номера вопросов выбираются студентом в соответствии с его двумя последними цифрами в зачетной книжке. В табл.6.1 а n-1 – это предпоследняя цифра номера, а n – последняя цифра. В клетках таблицы стоят номера вопросов, на которые необходимо дать письменный ответ.

Номера вопросов Таблица 6.1

Предыдущее обсуждение выявило некоторые детали механизма перехода. Команды перехода модифицируют регистр указателя команды EIP/IP и, возможно, сегментный регистр кода CS. Что именно должно подвергнуться модификации, зависит:

от типа операнда в команде безусловного перехода (ближний или дальний);

от модификатора, который указывается перед адресом перехода в команде перехода и может принимать следующие значения (сам адрес при прямом переходе находится непосредственно в команде, а при косвенном - в регистре или ячейке памяти):

NEAR PTR - прямой переход на метку внутри текущего сегмента кода, при этом модифицируется только регистр EIP/IP (в зависимости от заданного типа сегмента кода use16 или use32) на основе указанного в команде адреса (метки) или выражения, использующего символ извлечения значения счетчика адреса команд ($);

FAR PTR - прямой переход на метку в другом сегменте кода, при этом адрес перехода задается в виде непосредственного операнда или адреса (метки) и состоит из 16-разрядного селектора и 16/32-разрядного смещения, которые загружаются, соответственно, в регистры CS и EIP/IP;

WORD PTR - косвенный переход на метку внутри текущего сегмента кода, при этом модифицируется (значением смещения размером 16 или 32 бита из памяти по указанному в команде адресу или из регистра) только регистр EIP/IP;

DWORD PTR - косвенный переход на метку в другом сегменте кода, при этом модифицируются (значением из памяти - и только из памяти, из регистра нельзя) оба регистра, CS и EIP/IP (первое слово/двойное слово адреса перехода, представляющее собой смещение, загружается в EIP/IP; второе/третье слово - в CS).

Команда безусловного перехода

Синтаксис команды безусловного перехода без сохранения информации о точке

возврата:

jmp [модификатор] адрес_перехода

Здесь адрес_перехода представляет метку или адрес области памяти, в которой находится указатель перехода.

Всего в системе команд процессора есть несколько кодов машинных команд безусловного перехода JMP. Их различия определяются дальностью перехода и способом задания целевого адреса. Дальность перехода определяется местоположением операнда адрес_перехода. Этот адрес может находиться в текущем сегменте кода или в некотором другом сегменте. В первом случае переход называется внутрисегментным, или близким, во втором - межсегментным, или дальним.

Внутрисегментный переход предполагает, что изменяется только содержимое регистра EIP/IP. Можно выделить три варианта внутрисегментного использования команды JMP:

Прямой короткий переход;

Прямой переход;

Косвенный переход.

Прямой короткий внутрисегментный переход применяется, когда расстояние от команды JMP до адреса перехода не превышает -128 или +127 байт. В этом случае транслятор ассемблера формирует машинную команду безусловного перехода длиной всего два байта (размер обычной команды внутрисегментного безусловного перехода составляет три байта). Первый байт в этой команде - код операции, значение которого говорит о том, что процессор должен особым образом трактовать второй байт команды. Значение второго байта вычисляется транслятором как разность между значением смещения команды, следующей за JMP, и значением адреса перехода. При осуществлении прямого короткого перехода нужно иметь в виду следующий важный момент, связанный с местоположением адреса перехода и самой команды JMP. Если адрес перехода расположен до команды JMP, то ассемблер формирует короткую команду безусловного перехода без дополнительных указаний. Если адрес перехода расположен после команды JMP, транслятор не может сам определить, что переход короткий, так как у него еще нет информации об адресе перехода. Для оказания помощи компилятору в формировании команды короткого безусловного перехода в дополнение к ранее упомянутым модификаторам используют модификатор SHORT PTR:

jmp short ptr ml

... ;не более 35-40 команд (127 байт)

Еще вариант:

...;не более 35-40 команд (-128 байт)

Прямой внутрисегментный переход отличается от прямого короткого внутрисегментного перехода тем, что длина машинной команды JMP в этом случае составляет три байта. Увеличение длины связано с тем, что поле адреса перехода в машинной команде JMP расширяется до двух байтов, а это, в свою очередь, позволяет производить переходы в пределах 64 Кбайт относительно следующей за JMP команды:

Расстояние более 128 байт и менее 64 Кбайт

Косвенный внутрисегментный переход подразумевает «косвенность» задания адреса перехода. Это означает, что в команде указывается не сам адрес перехода, а место, где он «лежит». Приведем несколько примеров, в которых двухбайтовый адрес перехода выбирается либо из регистра, либо из области памяти:

jmp bx ;адрес перехода в регистре bх

jmp addr_ml ;адрес перехода в ячейке памяти addrjnl

Еще несколько вариантов косвенного внутрисегментного перехода:

<3>addr dw ml

<10>jmpaddr;адрес перехода в слове памятиaddr+(si)

<12>mov si.2

<13>jmp cycl

В этом примере одна команда JMP (строка 10) может выполнять переходы на разные метки. Выбор конкретной метки перехода определяется содержимым регистра SI. Операнд команды JMP определяет адрес перехода косвенно после вычисления выражения addr+(SI).

<3>addr dw ml

<7> lea si ,addr

<8> jmp near ptr ;адрес перехода в ячейке памяти addr

В данном случае указание модификатора NEAR PTR обязательно, так как, в отличие от предыдущего способа, адрес ячейки памяти addr с адресом перехода транслятору передается неявно (строки 3, 7 и 8), и, не имея информации о метке, он не может определить, какой именно переход осуществляется - внутрисегментный или межсегментный. Межсегментный переход предполагает другой формат машинной команды JM Р. При осуществлении межсегментного перехода кроме регистра EIP/IP

модифицируется также регистр CS. Аналогично внутрисегментному переходу, межсегментный переход поддерживают два варианта команд безусловного перехода:

прямой и косвенный.

Команда прямого межсегментного перехода имеет длину пять байтов, из которых два байта составляют значение смещения и два байта - значение сегментной составляющей адреса:

jmp far ptr m2 ;здесь far обязательно

jmp ml ;здесь far необязательно

Рассматривая этот пример, обратите внимание на модификатор FAR PTR в команде JMP. Его необходимость объясняется все той же логикой работы однопроходного транслятора. Если описание метки (метка ml) встречается в исходном тексте программы раньше, чем соответствующая ей команда перехода, то задание модификатора необязательно, так как транслятор все знает о данной метке и сам формирует нужную пятибайтовую форму команды безусловного перехода. В случае, когда команда перехода встречается до описания соответствующей метки, транслятор не имеет еще никакой информации о метке, и модификатор FAR PTR в команде JMP опускать нельзя, так как транслятор не знает, какую форму команды формировать - трехбайтную или пятибайтную. Без специального указания модификатора транслятор будет формировать трехбайтную команду внутрисегментного перехода.

Команда косвенного межсегментного перехода в качестве операнда имеет адрес области памяти, в которой содержатся смещение и сегментная часть целевого адреса перехода:

addrjnl dd ml ;в поле addr_ml значения смещения

;и адреса сегмента метки ml

Как вариант косвенного межсегментного перехода необходимо отметить косвенный регистровый межсегментный переход. В этом виде перехода адрес перехода указывается косвенно - в регистре. Это очень удобно для программирования динамических переходов, в которых адрес перехода может изменяться на стадии выполнения программы:

addr_ml dd ml ;в поле addr_ml значения смещения

;и адреса сегмента метки ml

jmp dword ptr

Таким образом, модификаторы SHORT PTR, NEAR PTR и WORD PTR применяются для организации внутрисегментных переходов, a FAR PTR и DWORD PTR - межсегментных.

Для полной ясности нужно еще раз подчеркнуть, что если тип сегмента - use32, то в тех местах, где речь шла о регистре IP, можно использовать регистр EIP и, соответственно, размеры полей смещения увеличить до 32 битов.

Нарушение естественного порядка следования команд, когда адрес следующей выполняемой команды автоматически вычисляется программным счетчиком, осуществляется путем загрузки в программный счетчик и, при необходимости, в сегментный регистр CS новых адресов. Эти действия выполняются при помощи команд условных и безусловных переходов.

Безусловные переходы

Безусловный переход - это переход, который выполняется всегда. Безусловный переход осуществляется с помощью команды JMP . У этой команды один операнд, который может быть непосредственным адресом, регистром или ячейкой памяти, содержащей адрес. Примеры безусловных переходов:

Jmp metka ;Переход на метку jmp bx ;Переход по адресу в BX jmp word ;Переход по адресу, содержащемуся в памяти по адресу в BX

Условные переходы

Условный переход осуществляется, если выполняется определённое условие, заданное флагами процессора. Cостояние флагов изменяется после выполнения арифметических, логических и некоторых других команд. Если условие не выполняется, то управление переходит к следующей команде.

Существует много команд для различных условных переходов. Давайте рассмотрим подробнее все эти команды:

У всех этих команд один операнд - имя метки для перехода. Сравнения «выше» и «ниже» относятся к беззнаковым числам, а «больше» и «меньше» - к числам со знаком.

Команды CMP и TEST

Для формирования условий переходов используются команды CMP и TEST . Команда CMP предназначена для сравнения чисел. Она выполняется аналогично команде SUB : из первого операнда вычитается второй, но результат не записывается на место первого операнда, изменяются только значения флагов. Например:

Cmp al,5 ;Сравнение AL и 5 jl c1 ;Переход, если AL

Команда TEST работает аналогично команде AND , но также результат не сохраняется, изменяются только флаги. С помощью этой команды можно проверить состояние различных битов операнда. Например:

Test bl,00000100b ;Проверить состояние 2-го бита BL jz c2 ;Переход, если 2-й бит равен 0