Iсторiя обчислювальної технiки за кордоном

Iсторiя обчислювальної технiки за рубежем
Мапа музею
Iсторiя розвитку iнформацiйних технологiй в Українi

Мiкропроцесор 8080
Едуард Пройдаков

Так склалося, що мiкропроцесор Intel 8080, що з'явився на свiт божий 1 квiтня 1974 р., зiграв дуже велику роль на визначеному етапi розвитку ОТ у СРСР. Причин тому було трохи: на вiдмiну вiд досить твердої архiтектури 16-розрядного мiкропроцесора LSI 11, що йшла вiд мiнiкомпютерiв, 8-розрядний 8080 був дивно простий. Студенти старших курсiв Фiзтеха, що проходили практику в мене в лабораторiї в iнститутi проблем керування (IПК), збирали на ньому одноплатнi комп'ютери в себе в гуртожитку. З елементною базою в лабораторiї завжди було непогано, i ми навiть заохочували подiбнi речi - так студент швидше починав розумiти, що до чого.

На цьому процесорi, i його аналогах, сумiсних з ним, були зробленi такi мiкро-ЕОМ:

ВеФормiка (НДIФЕФ);
К-1715 (Роботрон, НДР);
СМ-1800 (IНЕКМ, Москва);
АПОС-80 (п/я 300, Е.Цибульський, С.Макеєв, Е.Пройдаков та iн.)

Єдиний iстотний недолiк - процесор вимагав трьох рiвнiв напруги живлення.

Система команд 8080 нараховувала 79 iнструкцiй (см. Довiдник по системi команд мiкропроцесора Intel 8080).

Київське НВО "Кристал" в кiнцi 70-х рокiв випустило мiкропроцесорний комплект К580, в який входили наступнi мiкросхеми:

К580ВМ80 - процесор, сумiсний з i8080;
К580ВВ51 - адаптер послiдовного iнтерфейсу, аналог Intel 8151;
К580ВВ53 - iнтервальний таймер;
К580ВВ55А - адаптер рiвнобiжного iнтерфейсу;
К580ВТ57 - контролер прямого доступу до пам'ятi;
К580ВН59А - контролер переривань;
К580ВГ72 - контролер нагромаджувача на гнучких дисках;
К580ВГ75 - контролер електронно-променевої трубки;
К580ВГ79 - контролер клавiатури та iндикацiї;
К580ВК91А - контролер каналу загального користування;
К580ВГ92А - контролер приладового iнтерфейсу.

На жаль, у мене описи цих мiкросхем не збереглися, тому буду вдячний усiм, хто надiшле опис програмування зазначених БIС.

Вiдзначу, що в корпорацiї Intel для 8080/85 випускалася мiкросхема арифметичного прискорювача. Однак тому що 8080 складав реальну погрозу просуваємому Мепом мiкропроцесору "Електронiка-60", те ця мiкросхема в СРСР нiколи не вiдтворювалася.

Лiтература:

Озерецковский С. К 25-летию первого микропроцессора Intel.
http://www.ritmpress.ru/it/press/cwm/41_96/list.htm.
Эмулятор компьютера Радио-РК.
http://www.members.tripod.com/~barsuk.
Сайт Николая Жеведя, посвященный истории компьютера ОРИОН-128 (конструкция опубликована в первом номере журнале "Радио" за 1990 г.)
http://orion128.nm.ru/.
Справочник по микропроцессорам.
http://www.microprocessor.sscc.ru/chiplist.

Архитектура процессора 8080


	Регiстровий файл

Тому що адресний простiр всього 64 Кб, то повна адреса займає 2 байти. Команди цього процесора бувають одно-, двох- i трьохбайтними. У першому байтi завжди мiститься код операцiї. Єдиний iстотний недолiк - процесор вимагав трьох рiвнiв напруги живлення.

Довiдник по системi команд мiкропроцесора Intel 8080

Команди цього процесора бувають одне-, двох- i трьохбайтними. У першому байтi завжди мiститься код операцiї.

Позначення.

A, B, ..., L - назва 8-розрядних регiстрiв.

BC, DE, HL - назва регiстрових пар, що утворять 16-розряднi регiстри.

SP - 16-розрядний покажчик стеку.

PSW - слово стану програми, мiстить регiстр прапорiв.

a16 - двобайтова адреса.

d8 - байт безпосереднiх даних.

d16 - два байти безпосереднiх даних.

pp - номер порту вводу-виводу.

Команда	Код	Описание
ADD A	87	A<-(A) + (A)
ADD B	80	A<-(B) + (A)
ADD C	81	A<-(C) + (A)
ADD D	82	A<-(D) + (A)
ADD E	83	A<-(E) + (A)
ADD H	84	A<-(H) + (A)
ADD L	85	A<-(L) + (A)
ADD M	86	A<-Loc(HL) + (A)
ADI d8	C6	A<-d8 + (A)
ADC A	8F	A<-(A) + (A) + CY
ADC B	88	A<-(B) + (A) + CY
ADC C	89	A<-(C) + (A) + CY
ADC D	8A	A<-(D) + (A) + CY
ADC E	8B	A<-(E) + (A) + CY
ADC H	8C	A<-(H) + (A) + CY
ADC L	8D	A<-(L) + (A) + CY
ADC M	8E	A<-Loc(HL) + (A) + CY
ACI d8	CE	A<-d8 + (A) + CF
ANA A	A7	Проверка A
ANA B	A0	Логическое И B с A
ANA C	A1	Логическое И C с A
ANA D	A2	Логическое И D с A
ANA E	A3	Логическое И E с A
ANA H	A4	Логическое И H с A
ANA L	A5	Логическое И L с A
ANA M	A6	Логическое И Loc(HL) с A
ANI d8	E6	Логическое И непосредственные данные с A
CALL a16	CD	Передать управление подпрограмме по адресу aa
CZ a16	CC	Вызвать подпрограмму по адресу aa, если нуль
СNZ a16	C4	То же, если не нуль
СP a16	F4	То же, если плюс
СM a16	FC	То же, если минус
CC a16	DD	То же, если перенос
CNC a16	D4	То же, если нет переноса
CPE a16	EC	То же, если четно
CPO a16	E4	То же, если нечетно
CMA	2F	Инвертировать A
CMC	3F	Инвертировать перенос
CMP A	BF	Установить флаг FZ
CMP B	B8	Сравнить A с B
CMP C	B9	Сравнить A с C
CMP D	BA	Сравнить A с D
CMP E	BB	Сравнить A с E
CMP H	BC	Сравнить A с H
CMP L	BD	Сравнить A с L
CMP M	BE	Сравнить A с Loc(HL)
CPI d8	FC	Сравнить A с непосредственными данными, заданными в команде
DAA	27	Десятичная коррекция аккумулятора (совершенно бесполезная команда. Я так и ни разу ей и не воспользовался:)
DAD	B	Сложить BC с HL
DAD	D	Сложить DE с HL
DAD	H	Сложить HL с HL (удвоение HL)
DAD	SP	Сложить SP с HL
DCR A	3D	A<-(A) - 1 (декремент A)
DCR B	05	B<-(B) - 1
DCR C	0D	C<-(C) - 1
DCR D	15	D<-(D) - 1
DCR E	1D	E<-(E) - 1
DCR H	25	H<-(H) - 1
DCR L	2D	L<-(L) - 1
DCR M	3D	Loc (HL)<-(Loc(HL)) -1
DCX B	0B	BC<-(BC) - 1
DCX D	1B	DE<-(DE) -1
DCX H	2B	HL<-(HL) - 1
DCX SP	0B	SP<-(SP) -1
DI	F3	Запретить прерывания
EI	FB	Разрешить прерывания
HLT	76	Останов процессора
IN pp	DB	Ввести данные из порта pp
INR A	3C	A<-(A) + 1 (инкрементировать A)
INR B	04	Инкрементировать B
INR C	0C	Инкрементировать C
INR D	3C	Инкрементировать D
INR E	3C	Инкрементировать E
INR H	3C	Инкрементировать H
INR L	3C	Инкрементировать L
INR M	34	Инкрементировать содержимое Loc(HL)
INX B	03	Инкрементировать BС
INX D	13	Инкрементировать DE
INX H	23	Инкрементировать HL
INX SP	33	Инкрементировать SP
JMP a16	C3	Перейти по адресу a16
JZ a16	CA	То же, если нуль
JNZ a16	C2	То же, если не нуль
JP a16	F2	То же, если плюс
JM a16	FA	То же, если минус
JC a16	DA	То же, если перенос
JNC a16	D2	То же, если нет переноса
JPE a16	EA	Перейти по адресу a16, если паритет четный
JPO a16	E2	Перейти по адресу a16, если паритет нечетный
LDA aaaaa	3A	Загрузить A из ячeйки с адресом a16
LDAX B	0A	Загрузить A из ячeйки с адресом Loc(BC)
LDAX D	1A	Загрузить A из ячeйки с адресом Loc(DE)
LHLD a16	2A	Загрузить в HL содержимое ячейки с адресом a16
LXI B,d16	01	Загрузить в BC непосредственные данные d16
LXI H,d16	21	Загрузить в HL непосредственные данные d16
LXI SP,d16	31	Загрузить в SP непосредственные данные d16
MOV A,B	78	Переслать из A в B (B<-(A) )
MOV A,C	79	Переслать из A в C
MOV A,D	7A	Переслать из A в D
MOV A,E	7B	Переслать из A в E
MOV A,H	7C	Переслать из A в H
MOV A,L	7D	Переслать из A в L
MOV A,M	7E	Переслать из A в Loc(HL)
MOV B,A	47	Переслать из B в A
MOV B,C	41	Переслать из B в C
MOV B,D	42	Переслать из B в D
MOV B,E	43	Переслать из B в E
MOV B,H	44	Переслать из B в H
MOV B,L	45	Переслать из B в L
MOV B,M	46	Переслать из B в Loc(HL)
MOV C,A	4F	Переслать из C в A
MOV C,B	48	Переслать из C в B
MOV C,D	4A	Переслать из C в D
MOV C,E	4B	Переслать из C в E
MOV C,H	4C	Переслать из C в H
MOV C,L	4D	Переслать из C в L
MOV C,M	4E	Переслать из C в Loc(HL)
MOV D,A	57	Переслать из D в A
MOV D,B	50	Переслать из D в B
MOV D,C	51	Переслать из D в C
MOV D,E	53	Переслать из D в E
MOV D,H	54	Переслать из D в H
MOV D,L	55	Переслать из D в L
MOV D,M	56	Переслать из D в Loc(HL)
MOV E,A	5F	Переслать из E в A
MOV E,B	58	Переслать из E в B
MOV E,C	59	Переслать из E в C
MOV E,D	5A	Переслать из E в D
MOV E,H	5C	Переслать из E в H
MOV E,L	5D	Переслать из E в L
MOV E,M	5E	Переслать из E в Loc(HL)
MOV H,A	67	Переслать из H в A
MOV H,B	60	Переслать из H в B
MOV H,C	61	Переслать из H в C
MOV H,D	62	Переслать из H в D
MOV H,E	63	Переслать из H в E
MOV H,L	65	Переслать из H в L
MOV H,M	66	Переслать из H в Loc(HL)
MOV L,A	6F	Переслать из L в A
MOV L,B	68	Переслать из L в B
MOV L,C	69	Переслать из L в C
MOV L,D	6A	Переслать из L в D
MOV L,E	6B	Переслать из L в E
MOV L,H	6C	Переслать из L в H
MOV L,M	6E	Переслать из L в Loc(HL)
MOV M,A	77	Переслать из M в A
MOV M,B	70	Переслать из M в B
MOV M,C	71	Переслать из M в C
MOV M,D	72	Переслать из M в D
MOV M,E	73	Переслать из M в E
MOV M,H	74	Переслать из M в H
MOV M,L	75	Переслать из M в L
MVI A,d8	3E	Переслать d8 в A
MVI B,d8	06	Переслать d8 в B
MVI C,d8	0E	Переслать d8 в C
MVI D,d8	16	Переслать d8 в D
MVI E,d8	1E	Переслать d8 в E
MVI H,d8	26	Переслать d8 в H
MVI L,d8	2E	Переслать d8 в L
MVI M,d8	36	Переслать d8 в Loc(HL)
NOP 00	Нет операции
ORA A	B7	Проверить A и сбросить перенос
ORA B	B0	Логичеcкая операция B ИЛИ A
ORA C	B1	Логичеcкая операция C ИЛИ A
ORA D	B2	Логичеcкая операция D ИЛИ A
ORA E	B3	Логичеcкая операция E ИЛИ A
ORA H	B4	Логичеcкая операция H ИЛИ A
ORA L	B5	Логичеcкая операция L ИЛИ A
ORA M	B6	Логичеcкая операция M ИЛИ A
ORI d8	F6	Логичеcкая операция d8 ИЛИ A
OUT pp	D3	Записать A в порт pp
PCHL	E9	Передать управление по адресу в HL
POP B	C1	Извлечь слово из стека в BC
POP D	D1	Извлечь слово из стека в DE
POP H	E1	Извлечь слово из стека в HL
POP PSW	F1	Извлечь слово из стека в PSW
PUSH B	C5	Поместить в стек содержимое BC
PUSH D	D5	Поместить в стек содержимое DE
PUSH H	E5	Поместить в стек содержимое HL
PUSH PSW	F5	Поместить в стек содержимое PSW
RAL	17	Циклический сдвиг CY + A влево
RAR	1F	Циклический сдвиг CY + A вправо
RLG	07	Сдвинуть A влево на один разряд с переносом
RRG	0F	Сдвинуть A вправо на один разряд с переносом
RIM	20	Считать маску прерывания (в 8085)
RET	C9	Возврат из подпрограммы
RZ	C8	Возврат из подпрограммы, если FZ=0
RNZ	C0	Возврат из подпрограммы, если FZ=1
RP	F0	Возврат из подпрограммы, если FP=1
RM	F8	Возврат из подпрограммы, если FP=0
RC	D8	Возврат из подпрограммы, если FC=1
RNC	D0	Возврат из подпрограммы, если FC=0
RPE	E8	Возврат из подпрограммы, если паритет четный
RPO	E0	Возврат из подпрограммы, если паритет нечетный
RST 0	C7	Запуск программы с адреса 0
RST 1	CF	Запуск программы с адреса 8h
RST 2	D7	Запуск программы с адреса 10h
RST 3	DF	Запуск программы с адреса 18h
RST 4	E7	Запуск программы с адреса 20h
RST 5	EF	Запуск программы с адреса 28h
RST 6	F7	Запуск программы с адреса 30h
RST 7	FF	Запуск программы с адреса 38h
SIM 30	Установить маску прерывания (только в 8085)
SPHL	F9	Загрузить SP из HL
SHLD a16	22	Записать HL по адресу a16
STA a16	32	Записать A по адресу a16
STAX B	02	Записать A по адресу Loc(BC)
STAX D	12	Записать A по адресу Loc(DE)
STC	37	Установить флаг переноса (CF=1)
SUB A	9F	Вычесть А из А (очистить А)
SUB B	98	Вычесть B из А
SUB C	99	Вычесть C из А
SUB D	9A	Вычесть D из А
SUB E	9B	Вычесть E из А
SUB H	9C	Вычесть H из А
SUB L	9D	Вычесть L из А
SUB M	9E	Вычесть M из А
SUI d8	DE	Вычесть d8 из А
SBB A	9F	Вычесть А из А (очистить А)
SBB B	98	Вычесть c заемом B из А
SBB C	99	Вычесть c заемом C из А
SBB D	9A	Вычесть c заемом D из А
SBB E	9B	Вычесть c заемом E из А
SBB H	9C	Вычесть c заемом H из А
SBB L	9D	Вычесть c заемом L из А
SBB M	9E	Вычесть c заемом M из А
SBI d8	DE	Вычесть c заемом d8 из А
XCHG	EB	Обмен содержимым DE и HL
XTHL	E3	Обмен содержимого вершины стека с содержимым HL
XRA A	AF	Исключающее ИЛИ A с A (очистка A)
XRA B	A8	Исключающее ИЛИ B с A
XRA C	A9	Исключающее ИЛИ C с A
XRA D	AA	Исключающее ИЛИ D с A
XRA E	AB	Исключающее ИЛИ E с A
XRA H	AC	Исключающее ИЛИ H с A
XRA L	AD	Исключающее ИЛИ L с A
XRA M	AE	Исключающее ИЛИ Loc(HL) с A
XRI d8	EE	Исключающее ИЛИ d8 с A

Про виконання деяких команд i8080

Команди пересилання даних мiж регiстрами кодуються в одному байтi (це типовий випадок реєстрової адресацiї) у такий спосiб:

01DDDSSSгде DDD - номер регiстру призначення; SSS - номер регiстру приймача. Вiдповiдно 01 - код операцiї пересилки. Нiяких флагiв команди пересилання не встановлюють. На виконання команди витрачається один машинний цикл.

Пересилання з комiрки пам'ятi в регiстр i з регiстра в пам'ять здiйснюються за допомогою побiчно реєстрової адресацiї. Це означає, що адреса комiрки пам'ятi завантажується в реєстрову пару HL, а в командах типу MOV A,M (такi команди кодуються як 01DDD110) у регiстрA буде завантажений вмiст комiрки пам'ятi, адреса якого мiститься в HL. Тому що в таких командах потрiбно звертання до пам'ятi, то на їхнє виконання потрiбно два машинних цикли. Система команд процесора дуже економiчна - вона не розрахована на пiдтримку мов високого рiвня. Усе це з'явиться в Intel-процесорах пiзнiше.

Зауважу, що середня довжина команди в типовiй програмi дорiвнює двом байтам, а для програм бiльш пiзнiх 16-розрядних процесорiв типу 8086 вона дорiвнює 4,1. Тому на логiчних програмах 8-розряднi процесори не сильно поступалися 16-розрядним.

Аналогiчно працюють i команди запису в пам'ять.

Команди безпосереднього пересилання двубайтовi. У першому байтi кодуються код операцiї i регiстр, а другий мiстить байт даних, що пересилається:

00DDD110 XXXXXXXXОчевидно, що для виконання команди потрiбно два цикли.

Бiльш цiкава версiя цiєї команди MVI data, коли байт безпосереднiх даних пишеться в пам'ять.MVI data, коли байт безпосереднiх даних пишеться в пам'ять.

Вона кодується так:

00110110 ХХХХХХХХВиконання займає три цикла.

Дуже корисна група командLXIбезпосереднього завантаження реєстрових пар безпосереднiм значенням. Вона дозволяє однiєю командою перемiстити вiдразу два байти даних i широко використовується програмiстами як в операцiях адресної арифметики, так i при виконаннi цiлочисельних обчислень.

Команда кодується так:

00RP0001 xxxxxxxx zzzzzzzz где RP - регiстрова пара; хххххххх - молодший байт даних, zzzzzzzzz - старший байт даних.

При виконаннi команди, що вимагає трьох машинних циклiв, старший байт даних вантажиться в старший регiстр реєстрової пари, а молодший байт - у молодший регiстр. Назва старшого регiстра стоїть в назвi пари першою.

Команда прямого завантаження акумулятора дозволяє завантажити в нього данi, на якi вказує адреса, що мiститься в самiй командi.

Довжина команди три байта. Кодується она так:

001110010 хххххххх zzzzzzzz де xxxxxxxx - молодша частина адреси; zzzzzzzz - старша частина адреси.

Виконання займає машинних чотири цикли.

Симетрична по дiї команда STA.

Команда LHLD addr (мнемонiка розшифровується Load H and L Direct) завантажує в L вмiст комiрки пам'ятi за адресою, кодуємому в другому i третьому байтах команди (тобто адресацiя пряма). В H завантажується байт з комiрки addr+1.

Команда виконується за п'ять машинних циклiв. Зворотна їй по дiї командаSHLD (Store H and L Direct).

Команда LDAX reg (мнемонiка от Load accumulator indirect). Вмiст комiрки пам'ятi, адресуємої реєстровою парою BC чи DE, за два цикли завантажується в акумулятор.

Зворотна по дiї команда STAX reg.

Дуже корисна команда XCHG. (H)<->(D), (L)<->(E). Виконується за один цикл.

Арифметичнi команди

Почнемо з додавання. Скласти акумулятор iз вмiстом регiстра ADD reg

Кодування: 10000RRR

Виконується за один цикл. Звернiть увагу, що всi арифметичнi команди змiнюють флаги: Z,S,P,CY,AC.

Для виконання багатобайтового додавання необхiдно враховувати перенос. Тому молодшi байти доданкiв складаються за допомогою команди ADD, а всi наступнi за допомогою команди ADC reg. Вона враховує при додаваннi вмiст флагу переносу. Зрозумiло, що в цiй системi команд легко написати арифметику, що буде працювати з цiлими числами довжиною декiлька кiлобайт (що i було зроблено в системi muMATH-80).

Аналогiчно улаштованi команди вирахування.

Рiзновидом команди додавання є команда iнкремента регiстра, необхiдна для адресної арифметики й органiзацiї циклiв.

INR reg
Кодування: 00ККК100

Установлюються всi флаги, за винятком CY.

Зворотна по дiї командаDCR reg.

Досить рiдко використовується командаDAA (мнемонiка от Decimal Adjust Accumulator) виконує наступнi дiї: якщо вмiст молодшого напiвбайта (нибла) акумулятора менше 9 чи встановлений флаг CY, то (A) + 6, якщо значення старшого напiвбайта бiльше 9 чи встановлений флаг CY, то 6 додається до вмiсту старшого напiвбайта.

При цьому установлюються всi флаги.

Логiчнi команди

ANA reg
Флаг CY знiмається, а AC встановлюється (в 8085). У мiкропроцесорi 8080 на цi флаги впливає результат операцiї над третiми бiтами операндiв.

В командах груп XRA i ORA флаги CY та AC знiмаються.

CMP reg - порiвняти регiстр (Compare register), вiднiмає вмiст регiстра з акумулятора. Вмiст акумулятора не змiнюється. Флаги встановлюються як при вирахуваннi. Z=1, якщо (A) = (reg). CR = 1, якщо (A) < (reg) CR = 1, если (A) < (reg).

Циклiчне зрушення влiво RCL працює в такий спосiб. Вмiст акумулятора зрушується на одну позицiю влiво, тобто кожен старший бiт одержує значення молодшого бiта, що стоїть поруч з ним. Вмiст сьомого бiта переходить у нульовий бiт акумулятора:

(CY) <-(b7).

RRC - зрушує вмiст акумулятора вправо. (CY)<- {b0}, (b7)<-(b0).

RAL - (Rotate Left trough Carry). Спочатку (CY) заноситься в молодший бiт акумулятора, а потiм в CY записується вмiст старшого його бiта.

Формально: (b0)<-(CY), (CY)<-(b7).

Аналогiчно зi зрушенням вправо: (Bn)<-(Bn+1), (CY)<-(b0), (b7)<-(CY).

Команда CMA (мнемонiка вiд Complement Accumulator) iнвертує кожен бiт акумулятора, тобто 0 стає 1 i навпаки. Флаги не встановлюються.

Команда CMC iнвертує вмiст флагу переносу. Iншi флаги не встановлюються.

По командах керування варто вiдзначити виконання команди виклику пiдпрограми.

CALL addr - при її виконаннi в стек записується адреса наступної за CALL команди, значення покажчика стека двiчi декрементується, а керування передається по зазначенiй адресi.

Команда повернення з пiдпрограми записує в лiчильник команд адресу з вершини стека, збiльшує покажчик стека на 2 i передає керування на нову адресу. Тому якщо модифiкувати адресу повернення в стецi, то можна перейти зовсiм в iнше мiсце.

Для цього є, утiм, бiльш зручна можливiсть - команда PCHL. Вона дозволяє передати керування за адресою в реєстровiй парi HL.

Iнодi в системних програмах використовується команда зупинки HLT. Процесор зупиняється, регiстри i флаги не встановлюються. Для запуску важливо подати сигнал Reset.

IN port - данi з порту з зазначеним номером зчитуються в акумулятор. Циклiв 3. Флаги не змiнюються.

OUT port - вмiст акумулятора мiститься на шину даних для запису в зазначений у командi порт.

Як бачимо, система команд проста i невигадлива. Її легко освоювали навiть електронщики. Написано безлiч емуляторiв системи 8080, 8085 i Z-80 для PC, а також навчальних програм для студентiв.

Звичайно, через двадцять рокiв можна i Бейсiк забути. Тому, можливо, якiсь моменти я пропустив. Буду щиро вдячний усiм надiславшим на адресу chief@pcweek.ru свої доповнення i зауваження, приклади навчальних програм i т.п.

Переклад з росiйської Малашок Т.I.
Матерiали опублiкованi з дозволу редакцiї сайту "Виртуальный компьютерный музей"