Giáo trình Vi xử lý (Phần 1) - Phạm Hùng Kim Khánh

126 trang ngocly 3250

Download

Bạn đang xem 20 trang mẫu của tài liệu "Giáo trình Vi xử lý (Phần 1) - Phạm Hùng Kim Khánh", để tải tài liệu gốc về máy bạn click vào nút DOWNLOAD ở trên

Tài liệu đính kèm:

giao_trinh_vi_xu_ly_pham_hung_kim_khanh.pdf

Nội dung text: Giáo trình Vi xử lý (Phần 1) - Phạm Hùng Kim Khánh

Giáo trình vi xử lý Biên tập bởi: Phạm Hùng Kim Khánh
Giáo trình vi xử lý Biên tập bởi: Phạm Hùng Kim Khánh Các tác giả: Phạm Hùng Kim Khánh Phiên bản trực tuyến:
MỤC LỤC 1. Giáo trình vi xử lý-Đại cương 2. Tổ chức hệ thống vi xử lý 3. Lập trình hợp ngữ 4. Tập lệnh hợp ngữ 5. Các cấu trúc cơ bản trong lập trình hợp ngữ 6. Tổ chức nhập / xuất 7. Cấu trúc cổng nối tiếp 8. Truyền thông giữa hai nút 9. Truy xuất trực tiếp thông qua cổng 10. Truyền thông nối tiếp dùng ActiveX 11. Giao tiếp với vi điều khiển 12. Giao tiếp với MODEM 13. Mạng 485 14. Giao tiếp cổng song song Tham gia đóng góp 1/214
Giáo trình vi xử lý-Đại cương Các hệ thống số dùng trong máy tính và các loại mã Hệ thập phân (Decimal Number System) Trong thực tế, ta thường dùng hệ thập phân để biểu diễn các giá trị số. Ở hệ thống này, ta dùng các tổ hợp của các chữ số 0 9 để biểu diễn các giá trị. Một số trong hệ thập phân được biểu diễn theo các số mũ của 10. Số 5346,72 biểu diễn như sau: 5346,72 = 5.103 + 3.102 + 4.10 + 6 + 7.10-1 + 2.10-2 Tuy nhiên, trong các mạch điện tử, việc lưu trữ và phân biệt 10 mức điện áp khác nhau rất khó khăn nhưng việc phân biệt hai mức điện áp thì lại dễ dàng. Do đó, người ta sử dụng hệ nhị phân để biểu diễn các giá trị trong hệ thống số. Hệ nhị phân (Binary Number System) Hệ nhị phân chỉ dùng các chữ số 0 và 1 để biểu diễn các giá trị số. Một số nhị phân (binary digit) thường được gọi là bit. Một chuỗi gồm 4 bit nhị phân gọi là nibble, chuỗi 8 bit gọi là byte, chuỗi 16 bit gọi là word và chuỗi 32 bit gọi là double word. Chữ số nhị phân bên phải nhất của chuỗi bit gọi là bit có ý nghĩa nhỏ nhất (least significant bit - LSB) và chữ số nhị phân bên trái nhất của chuỗi bit gọi là bit có ý nghĩa lớn nhất (most significant bit - MSB). Một số trong hệ nhị phân được biểu diễn theo số mũ của 2. Ta thường dùng chữ B cuối chuỗi bit để xác định đó là số nhị phân. Số 101110.01b biểu diễn giá trị số: 101110.01b = 1x25 + 0x24 + 1x23 +1x22 + 1x21 + 0 + 0x2-1 + 1x2-2 • Chuyển số nhị phân thành số thập phân: Để chuyển một số nhị phân thành một số thập phân, ta chỉ cần nhân các chữ số của số nhị phân với giá trị thập phân của nó và cộng tất cả các giá trị lại. 1011.11B = 1x23 + 0x22 + 1x21 + 1 + 1x2-1 + 1x2-2 = 11.75 • Chuyển số thập phân thành số nhị phân: 2/214
Để chuyển một số thập phân thành số nhị phân, ta dùng 2 phương pháp sau: • Phương pháp 1: Ta lấy số thập phân cần chuyển trừ đi 2i trong đó 2i là số lớn nhất nhỏ hơn hay bằng số thập phân cần chuyển. Sau đó, ta lại lấy kết quả này và thực hiện tương tự cho đến 20 thì dừng. Trong quá trình thực hiện, ta sẽ ghi lại các giá trị 0 hay 1 cho các bit tuỳ theo trường hợp số thập phân nhỏ hơn 2i (0) hay lớn hơn 2i (1). Xét số 21 thì số 2i lớn nhất là 24 • Phương pháp 2: Lấy số cần chuyển chia cho 2, ta nhớ lại số dư và lấy tiếp thương của kết quả trên chia cho 2 và thực hiện tương tự cho đến khi thương cuối cùng bằng 0. Kết quả chuyển đổi sẽ là chuỗi các bit là các số dư lấy theo thứ tự ngược lại. Chuyển 227 ra số nhị phân Để thực hiện chuyển các số thập phân nhỏ hơn 1 sang các số nhị phân, ta làm như sau: lấy số cần chuyển nhân với 2, giữ lại phần nguyên và lại lấy phần lẻ nhân với 2. Quá trình tiếp tục cho đến khi phần lẻ bằng 0 thì dừng. Kết quả chuyển đổi là chuỗi các bit là giá trị các phần nguyên. Chuyển 0.625 thành số nhị phân 0.625 × 2 = 1.25 0.25 × 2 = 0.5 0.5 × 2 = 1.0 3/214
( 0.625 = 0.101b) Hệ thập lục phân (Hexadecimal Number System) Như đã biết ở trên, nếu dùng hệ nhị phân thì sẽ cần một số lượng lớn các bit để biểu diễn. Giả sử như số 1024 = 210 sẽ cần 10 bit để biểu diễn. Để rút ngắn kết quả biểu diễn, ta dùng hệ thập lục phân dựa cơ sở trên số mũ của 16. Khi đó, 4 bit trong hệ nhị phân (1 nibble) sẽ biểu diễn bằng 1 chữ số trong hệ thập lục phân (gọi là số hex). Trong hệ thống này, ta dùng các số 0 9 và các kí tự A F để biểu diễn cho một giá trị số. Thông thường, ta dùng chữ h ở cuối để xác định đó là số thập lục phân. Mã BCD (Binary Coded Decimal) Trong thực tế, đối với một số ứng dụng như đếm tần, đo điện áp, ngõ ra ở dạng số thập phân, ta dùng mã BCD. Mã BCD dùng 4 bit nhị phân để mã hoá cho một số thập phân 0 9. Như vậy, các số hex A F không tồn tại trong mã BCD. Số thập phân 5 2 9 Số BCD 0101 0010 1001 Mã hiển thị Led 7 đoạn (7-segment display) Đối với các ứng dụng dùng hiển thị số liệu ra Led 7 đoạn, ta dùng mã hiển thị Led 7 đoạn . 4/214
Các phép toán số học Hệ nhị phân Phép cộng Phép cộng trong hệ nhị phân cũng thực hiện giống như trong hệ thập phân. Bảng sự thật của phép cộng 2 bit với 1 bit nhớ (carry) như sau: 5/214
S = A ⊕ B ⊕ CIN COUT = AB + CIN(A ⊕ B) Số bù 2 (2’s component) Trong hệ thống số thông thường, để biểu diễn số âm ta chỉ cần thêm dấu - vào các chữ số. Tuy nhiên, trong hệ thống máy tính, ta không thể biểu diễn được như trên. Phương pháp thông dụng là dùng bit có ý nghĩa lớn nhất (MSB) làm bit dấu (sign bit): nếu MSB = 1 sẽ là số âm còn MSB = 0 là số dương. Khi đó, các bit còn lại sẽ biểu diễn độ lớn (magnitude) của số. Như vậy, nếu ta dùng 8 bit để biểu diễn thì sẽ thu được 256 tổ hợp ứng với các giá trị 0 255 (số không dấu) hay -127 -0 +0 +127 (số có dấu). Để thuận tiện hơn trong việc tính toán số có dấu, ta dùng một dạng biểu diễn đặc biệt là số bù 2. Số bù 2 của một số nhị phân xác định bằng cách lấy đảo các bit rồi cộng thêm 1. Số 7 biểu diễn là : 0000 0111 có MSB = 0 (biểu diễn số dương) Số bù 2 là : 1111 1000 + 1 = 1111 1001. Số này sẽ đại diện cho số – 7. Ta thấy, để thực hiện việc xác định số bù 2 của một số A, cần phải: - Biểu diễn số A theo mã bù 2 của nó. - Đảo các bit (tìm số bù 1 của A). - Cộng thêm 1 vào để nhận được số bù 2. 6/214
Khi biểu diễn theo số bù 2, nếu sử dụng 8 bit ta sẽ có các giá trị số thay đổi từ - 128 127. Phép trừ Phép trừ các số nhị phân cũng được thực hiện tương tự như trong hệ thập phân. Bảng sự thật của phép trừ 2 bit với 1 bit mượn (borrow) như sau: Ngoài cách trừ như trên, ta cũng có thể thực hiện phép trừ thông qua số bù 2 của số trừ. Trong phép cộng với số bù 2, ta bỏ qua bit nhớ cuối cùng → kết quả phép cộng số bù 2 là 0011 1100. Đây cũng chính là kết quả phép trừ, bit MSB = 0 cho biết kết quả là số dương. Số 88 = 0101 1000 → số bù 1 là 1010 0111 → số bù 2: 1010 1000 .Kết quả phép cộng số bù 2 là 1111 0101 có MSB = 1 nên là số âm. Số bù 1 là 0000 1010 → số bù 2: 0000 1011. Kết quả này chính là 11 nên phép trừ sẽ cho kết quả là -11. Ta thấy, để thực hiện chuyển số bù 2 thành số có dấu thì cần thực hiện: - Lấy bù các bit để tìm số bù 1. 7/214
- Cộng với 1. - Thêm dấu trừ để xác định là số âm. Phép nhân Phép nhân các số nhị phân cũng tương tự như đối với các số thập phân. Đối với phép nhân nếu nhân 2 số 4 bit sẽ có kết quả là số 8 bit, 2 số 8 bit sẽ có kết quả là số 16 bit, Đối với máy tính, phép nhân được thực hiện bằng phương pháp cộng và dịch phải (add- and-right-shift): - Thành phần dầu tiên của tổng sẽ chính là số bị nhân nếu như LSB của số nhân là 1. Ngược lại, nếu LSB của số nhân bằng 0 thì thành phần này bằng 0. - Mỗi thành phần thứ i kế tiếp sẽ được tính tương tự với điều kiện là phải dịch trái số bị nhân i bit. - Kết quả cần tìm chính là tổng các thành phần nói trên. Phép chia Phép chia các số nhị phân cũng tương tự như đối với các số thập phân. Tương tự như đối với phép nhân, ta có thể dùng phép trừ và phép dịch trái cho đến khi không thể thực hiện phép trừ được nữa. Tuy nhiên, để thuận tiện cho tính toán, thay vì dùng phép trừ đối với số chia, ta sẽ thực hiện phép cộng đối với số bù 2 của số chia. - Đổi số chia ra số bù 2 của nó. 8/214
- Lấy số bị chia cộng với số bù 2 của số chia. + Nếu kết quả này có bit dấu = 0 thì bit tương ứng của thương = 1. + Nếu kết quả này có bit dấu = 1 thì bit tương ứng của thương = 0 và ta phải khôi phục lại giá trị của số bị chia bằng cách cộng kết quả này với số chia. • Dịch trái kết quả thu được và thực hiện tiếp tục như trên cho đến khi kết quả là 0 hay nhỏ hơn số chia. Hệ thập lục phân Phép cộng Thực hiện chuyển các số hex cần cộng thành các số nhị phân, tính kết quả trên số nhị phân và sau đó chuyển lại thành số hex. Thực hiện cộng trực tiếp trên số hex, nếu kết quả cộng lớn hơn 15 thì sẽ nhớ và trừ cho 16. Phép trừ Thực hiện tương tự như phép cộng. Các thiết bị số cơ bản Cổng đệm (buffer) và các cổng logic (logic gate) • Cổng đệm • Cổng NOT 9/214
• Cổng AND • Cổng NAND • Cổng OR • Cổng NOR • Cổng EX-OR • Cổng EX-NOR 10/214
Thiết bị logic lập trình được Thay vì sử dụng các cổng logic rời rạc, ta có thể dùng các thiết bị logic lập trình được (programmable logic device) như PLA (Programmable Logic Array), PAL (Programmable Array Logic) hay PROM (Programmable Read Only Memory) để liên kết các thiết bị LSI (Large Scale Intergration). • PLA (hay FPLA - Field PLA): Dùng ma trận cổng AND và OR để lập trình bằng cácc phá huỷ các cầu chì. FPLA rất linh động nhưng lại khó lập trình. Sơ đồ PLA • PAL: ma trận OR đã cố định sẵn và ta chỉ lập trình trên ma trận AND. Sơ đồ PAL • PROM: ma trận AND cố định sẵn và ta chỉ lập trình trên ma trận OR. 11/214
Sơ đồ PROM AB +A B Chốt, flipflop và thanh ghi • Chốt (latch): Chốt là thiết bị số lưu trữ lại giá trị số tại ngõ ra của nó. • Flipflop: CL: clear PR: Preset CLK: Clock - Nếu xuất hiện cạnh lên của tín hiệu CLK thì ngõ ra Q sẽ có giá trị theo dữ liệu tại D. - Nếu PR = 0 thì Q = 1. Nếu CL = 0 thì Q = 0. - Trạng thái PR = CL = 0 là trạng thái cấm, ngõ ra sẽ không ổn định. 12/214
• Thanh ghi (register): Thanh ghi là một nhóm các flipflop được kết nối song song để lưu trữ các số nhị phân. Giá trị nhị phân sẽ được đưa vào ngõ vào của các flipflop. Khi có tác động cạnh lên của tín hiệu CLK thì ngõ ra các flipflop sẽ lưu trữ giá trị nhị phân cho đến khi một số nhị phân mới được đưa vào và tác động một cạnh len cho tín hiệu CLK. Thanh ghi dạng đơn giản Trong trường hợp các flipflop được kết nối nối tiếp với nhau, ta sẽ có thanh ghi dịch (shift register). Thanh ghi dịch Bộ nhớ Các kiểu bộ nhớ • ROM (Read Only Memory): Đặc tính chung của ROM là dữ liệu lưu trữ sẽ không bị mất đi dù cho không còn nguồn cung cấp cho ROM (tính nonvolatile - ổn định). Ta chỉ có thể thực hiện tác vụ đọc đối với ROM. ROM có thể được chia thành: ROM che mặt nạ (Masked ROM), PROM (ROM lập trình được), EPROM (ROM có thể xoá bằng tia cực tím) và EEPROM (ROM có thể xoá bằng điện). • RAM (Random Access Memory): RAM có đặc tính là tất cả nội dung chứa trong RAM sẽ bị mất đi khi không còn nguồn cung cấp cho RAM (tính volatile - không ổn định). Có 2 loại RAM: tĩnh và động. 13/214
- SRAM (Static RAM): dùng các ma trận flipflop để lưu trữ dữ liệu nên ta có thể ghi các giá trị nhị phân vào RAM bằng cách đưa dữ liệu vào các ngõ vào các flipflop và cấp xung clock cho các flipflop này. - DRAM (Dynamic RAM): tạo ra bằng các cổng transistor và lưu trữ bằng điện tích. Tuy nhiên, do hiện tượng rò rỉ điện tích theo thời gian, ta phải thực hiện nạp điện lại. Quá trình này gọi là làm tươi (refreshing) bộ nhớ. Thuận lợi của DRAM là một số lượng lớn transistor có thể được đặt trên một chip nhớ nên nó có dung lượng cao hơn và nhanh hơn SRAM. Cấu trúc bên trong của bộ nhớ (Chip Select):cho phép bộ nhớ hoạt động (Output Enable): cho phép đọc dữ liệu từ bộ nhớ ra bên ngoài (Write Enable): cho phép ghi dữ liệu vào trong bộ nhớ Row address decoder, Column address decoder: các bộ giải mã hàng và cột để chọn vị trí của memory cell (flipflop hay tụ điện) Three-state driver: bộ lái ngõ ra 3 trạng thái để đệm ngõ ra 14/214
Giới thiệu vi xử lý Các thế hệ vi xử lý - Thế hệ 1 (1971 - 1973): vi xử lý 4 bit, đại diện là 4004, 4040, 8080 (Intel) hay IPM-16 (National Semiconductor). + Độ dài word thường là 4 bit (có thể lớn hơn). + Chế tạo bằng công nghệ PMOS với mật độ phần tử nhỏ, tốc độ thấp, dòng tải thấp nhưng giá thành rẻ. + Tốc độ 10 ÷ 60 µs / lệnh với tần số xung nhịp 0.1 ÷ 0.8 MHz. + Tập lệnh đơn giản và phải cần nhiều vi mạch phụ trợ. - Thế hệ 2 (1974 - 1977): vi xử lý 8 bit, đại diện là 8080, 8085 (Intel) hay Z80 (Zilog). + Tập lệnh phong phú hơn. + Địa chỉ có thể đến 64 KB. Một số bộ vi xử lý có thể phân biệt 256 địa chỉ cho thiết bị ngoại vi. + Sử dụng công nghệ NMOS hay CMOS. + Tốc độ 1 ÷ 8 µs / lệnh với tần số xung nhịp 1 ÷ 5 MHz - Thế hệ 3 (1978 - 1982): vi xử lý 16 bit, đại diện là 68000/68010 (Motorola) hay 8086/ 80286/80386 (Intel) + Tập lệnh đa dạng với các lệnh nhân, chia và xử lý chuỗi. + Địa chỉ bộ nhớ có thể từ 1 ÷ 16 MB và có thể phân biệt tới 64KB địa chỉ cho ngoại vi + Sử dụng công nghệ HMOS. + Tốc độ 0.1 ÷ 1 µs / lệnh với tần số xung nhịp 5 ÷ 10 MHz. - Thế hệ 4: vi xử lý 32 bit 68020/68030/68040/68060 (Motorola) hay 80386/80486 (Intel) và vi xử lý 32 bit Pentium (Intel) + Bus địa chỉ 32 bit, phân biệt 4 GB bộ nhớ. + Có thể dùng thêm các bộ đồng xử lý (coprocessor). + Có khả năng làm việc với bộ nhớ ảo. 15/214
+ Có các cơ chế pipeline, bộ nhớ cache. + Sử dụng công nghệ HCMOS. Vi xử lý (µP - microproccessor) Phân loại vi xử lý - Multi chip: dùng 2 hay nhiều chip LSI (Large Scale Intergration: tích hợp từ 1000 ÷ 10000 transistor) cho ALU và control. - Microprocessor: dùng 1 chip LSI/VLSI (Very Large Scale Intergration: tích hợp ÷ 10000 transistor) cho ALU và control. - Single chip microprocessor (còn gọi là microcomputer / microcontroller): là 1 chip LSI/VLSI chứa toàn bộ các khối như hình 1.7. Sơ đồ khối một máy tính cổ điển Sơ đồ khối một máy tính cổ điển - ALU (đơn vị logic số học): thực hiện các bài toán cho máy tính bao gồm: +, -, *, /, phép toán logic, - Control (điều khiển): điều khiển, kiểm soát các đường dữ liệu giữa các thành phần của máy tính. - Memory (bộ nhớ): lưu trữ chương trình hay các kết quả trung gian. - Input (nhập), Output (Xuất): các thiết bị xuất nhập dữ liệu (còn gọi là thiết bị ngoại vi). Sơ đồ khối của µP Có 3 khối chức năng: đơn vị thực thi (EU - Execution unit), bộ tuần tự (Sequencer) và đơn vị giao tiếp bus (BIU - Bus interface unit). - EU: thực hiện các lệnh số học và logic. Các toán hạng được chứa trong các thanh ghi dữ liệu (data register) hay thanh ghi địa chỉ (address register), hay từ bus nội (internal bus). 16/214
- Bộ tuần tự: gồm bộ giải mã lệnh (instruction decoder) và bộ đếm chương trình (program counter) + Bộ đếm chương trình chứa các lệnh kế tiếp sẽ thực hiện + Bộ giải mã sẽ thực hiện các bước cần thiết để thực thi lệnh. Khi chương trình bắt đầu, bộ đếm chương trình (PC) sẽ ở địa chỉ bắt đầu. Địa chỉ này được chuyển qua bộ nhớ thông qua address bus. Khi tín hiệu Read đưa vào control bus, nội dung bộ nhớ liên quan sẽ đưa vào bộ giải mã lệnh. Bộ giải mã lệnh sẽ khởi động các phép toán cần thiết để thực thi lệnh. Quá trình này đòi hỏi một số chu kỳ máy (machine cycle) tuỳ theo lệnh. Sau khi lệnh đã thực thi, bộ giải mã lệnh sẽ đặt PC đến địa chỉ của lệnh kế. Sơ đồ khối của vi xử lý 17/214
Sơ đồ khối của hệ vi xử lý cơ bản Sơ đồ khối hệ vi xử lý Mọi hoạt động cơ bản của một hệ vi xử lý đều giống nhau, không phụ thuộc loại vi xử lý hay quá trình thực hiện. µP sẽ đọc một lệnh từ bộ nhớ (memory), thực thi lệnh và sau đó đọc lệnh kế. Quá trình đọc lệnh gọi là instruction fetch còn quá trình thực hiện tuần tự như trên gọi là fetch - execute sequence. Tuy nhiên có một số µP sẽ nhận một số lệnh rồi mới bắt đầu thực thi. • Các port I/O: Các port nhập (input) và xuất (output) dùng để giao tiếp giữa µP và thiết bị ngoại vi (không thể nối trực tiếp với các bus). Port xuất là một thanh ghi. Khi µP ghi dữ liệu ra địa chỉ của Port thì Port sẽ chứa dữ liệu hiện tại trên data bus. Dữ liệu này sẽ được chốt tại Port cho đến khi µP ghi dữ liệu mới ra Port. Port nhập là một driver 3 trạng thái. Khi µP đọc vào từ địa chỉ của Port, driver 3 trạng thái lái dữ liệu từ bên ngoài vào data bus. Sau đó, µP đọc dữ liệu từ bus. • Các tín hiệu tiêu biểu của một µP: 18/214
Các tín hiệu cơ bản trong µP Các bus dùng để liên kết các thành phần của hệ thống với µP. µP sẽ chọn một thiết bị cần sử dụng thông qua address bus và đọc hay ghi dữ liệu thông qua data bus. Data bus là bus 2 chiều, dùng chung cho tất cả các quá trình trao đổi dữ liệu. Mỗi chu kỳ bus (bus cycle) là việc thực hiện trao đổi một từ dữ liệu giữa µP và ô nhớ hay thiết bị I/O. Mỗi chu kỳ bus bắt đầu khi µP xuất một địa chỉ nhằm chọn thiết bị I/O hay chọn một ô nhớ nào đó. Định thì bus cơ bản Giao tiếp với bộ nhớ Giao tiếp bus cơ bản - Các bit địa chỉ thấp (giả sử 13 đường A0 ÷ A12) nối trực tiếp đến chip bộ nhớ (giả sử RAM có dung lượng 8K × 8) - Các bit địa chỉ cao (giả sử A13 ÷ A19) nối với bộ giải mã địa chỉ (address decoder) tạo tín hiệu cho phép chip bộ nhớ. Do đó, khi thiết kế ta phải xác định mỗi chip bộ nhớ thuộc vùng địa chỉ nào. Tập hợp các vùng này theo bảng gọi là bảng bộ nhớ (memory map). 19/214
Giao tiếp bus cơ bản Quan hệ giữa giải mã địa chỉ và bảng bộ nhớ: Bảng bộ nhớ Giải mã địa chỉ Dùng 74LS138 Giải mã địa chỉ dùng 74LS138 Dùng nhiều 74LS138 20/214
74LS138 mắc cascaded (xâu chuỗi) Dùng bộ so sánh Giải mã dùng bộ so sánh Định thì bộ nhớ • Thời gian truy xuất (access time): - Với chu kỳ đọc: thời gian truy xuất là thời gian tính từ lúc địa chỉ mới xuất hiện ở bộ nhớ cho đến khi có dữ liệu đúng ở ngõ ra của bộ nhớ. - Với chu kỳ ghi: thời gian truy xuất là thời gian tính từ lúc địa chỉ mới xuất hiện ở bộ nhớ cho đến khi dữ liệu đã đưa vào bộ nhớ. • Thời gian chu kỳ (cycle time): là thời gian từ lúc bắt đầu chu kỳ bộ nhớ đến khi bắt đầu chu kỳ kế tiếp. 21/214
Ngoài ra, µP có thể sử dụng thêm một số trạng thái chờ khi đọc bộ nhớ. Các đường trì hoãn trong giao tiếp µP với bộ nhớ tdbuf: thời gian trì hoãn ở bộ đệm dữ liệu (data buffer) tabuf: thời gian trì hoãn ở bộ đệm địa chỉ (address buffer) tOE: thời gian đáp ứng của bộ nhớ với tín hiệu cho phép ngõ ra (ouput enable) tCS: thời gian bộ nhớ truy xuất từ Chip Select tACC: thời gian bộ nhớ truy xuất từ địa chỉ, thông thường tACC = tcs tdec: thời gian trì hoãn ở bộ giải mã (decoder) • Định thì đọc bộ nhớ: Thời gian truy xuất tổng cộng của hệ thống bộ nhớ chính là tổng thời gian trì hoãn trong các bộ đệm và thời gian truy xuất (access time) bộ nhớ. Hiệu giữa thời gian truy xuất cần thiết bởi µP với thời gian truy xuất thật sự của bộ nhớ gọi là biên định thì (timing margin). tDS (Data Setup): thời gian thiết lập dữ liệu cung cấp bởi hệ thống bộ nhớ tDH (Data Hold): thời gian giữ dữ liệu cung cấp bởi hệ thống bộ nhớ 22/214
Định thì đọc bộ nhớ • Định thì ghi bộ nhớ: Định thì ghi bộ nhớ taw: thời gian truy xuất ghi (access write) twp: độ rộng xung ghi tối thiểu (write pulse) tAS: thời gian địa chỉ hợp lệ trước khi WR = 0 23/214
Thông thường, ta không quan tâm đến địa chỉ cho đến khi xác nhận CS nên thường tcw = taw. 24/214
Tổ chức hệ thống vi xử lý Giới thiệu Tất cả các máy vi tính IBM họ PC hoặc các máy vi tính tương thích IBM đều sử dụng µP Intel họ iAPX. Bảng 2.1 liệt kê các đặc tính cơ bản của một số µP của Intel trong đó 80486 chứa một bộ điều khiển cache tích hợp và 8 KB RAM tĩnh, Pentium chứa cache 16 KB RAM tĩnh. Bảng 1: Kiến trúc các µP của Intel 8 bit, 16 bit và 32 bit µP 8086/8088 Mô tả Định thì chu kỳ bus Mỗi chu kỳ bus bắt đầu bằng việc xuất địa chỉ bộ nhớ hoặc I/O port (chu kỳ xung nhịp T1). Với 8086 thì địa chỉ này có thể là địa chỉ bộ nhớ 20 bit, địa chỉ I/O gián tiếp 16 bit (thanh ghi DX) hay địa chỉ I/O trực tiếp 8 bit. Bus điều khiển có 4 tín hiệu tác động mức thấp là và . 25/214
Các chuỗi sự kiện xảy ra trong một chu kỳ bus đọc bộ nhớ: T1: µP xuất địa chỉ bộ nhớ 20 bit. Các đường dữ liệu không hoạt động và các đường điều khiển bị cấm T2: Đường điều khiển xuống mức thấp. Đơn vị bộ nhớ ghi nhận chu kỳ bus này là quá trình đọc bộ nhớ và đặt byte hay word có địa chỉ đó lên data bus. T3: µP đặt cấu hình để các đường data bus là nhập. Trạng thái này chủ yếu để bộ nhớ có thời gian tìm kiếm byte hay word dữ liệu T4: µP đợi dữ liệu trên data bus. Do đó, nó thực hiện chốt data bus và giải phóng các đường điều khiển đọc bộ nhớ. Quá trình này sẽ kết thúc chu kỳ bus. Định thì chu kỳ bus Trong một chu kỳ bus, µP có thể thực hiện đọc I/O, ghi I/O, đọc bộ nhớ hay ghi bộ nhớ. Các đường address bus và control bus dùng để xác định địa chỉ bộ nhớ hay I/O và hướng truyền dữ liệu trên data bus. µP điều khiển tất cả các quá trình trên nên bộ nhớ bắt buộc phải cung cấp được dữ liệu vào lúc MEMR lên mức cao trong trạng thái T4. Nếu không, µP sẽ đọc dữ liệu ngẫu nhiên không mong muốn trên data bus. Để giải quyết vấn đề này, ta có thể dùng thêm các trạng thái chờ (wait state). 26/214
Mô tả chân Sơ đồ chân của 8086 8086 có bus địa chỉ 20 bit, bus dữ liệu 16 bit, 3 chân nguồn và 17 chân dùng cho các chức năng điều khiển. Tuy nhiên, ta có thể dùng kỹ thuật ghép kênh thời gian (time multiplexing) để cho phép một chân có nhiều chức năng nên các chân sẽ được phân ra: - 16 chân dữ liệu và địa chỉ (AD0 ÷ AD15): các chân này sẽ là các đường địa chỉ trong trạng thái T1 và dữ liệu trong các trạng thái T2 - T4. - 4 chân địa chỉ và trạng thái - 3 chân nguồn - 17 chân định thì và điều khiển 8086 có thể hoạt động ở chế độ tối thiểu (minimum mode) hay chế độ tối đa(maximum mode). Chế độ tối thiểu chỉ dùng cho các hệ thống µP đơn giản còn chế độ tối đa dùng cho các hệ thống phúc tạp hơn giao tiếp với các bộ nhớ và I/O riêng. • Các tín hiệu chung cho cả hai chế độ tối đa và tối thiểu: 27/214
• Các tín hiệu chỉ dùng trong chế độ tối thiểu: • Các tín hiệu chỉ dùng trong chế độ tối đa: • Trạng thái bus: Bảng 4:Trạng thái bus 28/214
• Trạng thái hàng lệnh: • Nguồn cung cấp và xung nhịp (VCC, GND và CLK): - 8086 sử dụng nguồn cấp điện +5V và có 2 chân đất. - Dòng điện cực đại là 340 mA (10 mA cho loại CMOS). - Xung nhịp dùng dạng xung chữ nhật có chu kỳ với thời gian cạnh lên và xuống nhỏ hơn 10 ns. - Tiêu hao công suất và tần số xung nhịp cực đại: • Các chân trạng thái trong chế độ tối đa (S0, S1 và S2 - status): Các chân này sử dụng bởi bộ điều khiển bus 8288 để tạo các tín hiệu điều khiển như bảng 2.5. • Các chân điều khiển bus (HOLD,HLDA, ): Chế độ tối thiểu: - HOLD (giữ): ngõ vào tác động mức cao làm cho µP hở mạch tất cả các bus của nó, tách µP khỏi bộ nhớ của nó và I/O để cho phép thiết bị khác xử lý bus hệ thống. Quá trình này gọi là truy xuất bộ nhớ trực tiếp (DMA - Direct Memory Access). - HLDA (Hold acknowledge): ghi nhận yêu cầu DMA đối với bộ điều khiển DMA. Chế độ tối đa: 29/214
- RQ /GT0 ,RQ/GT1(Request / Grant): các chân này dùng cả hai chức năng vào (nhận yêu cầu) và ra (chấp nhận yêu cầu). Khi một thiết bị muốn lấy điều khiển của bus cục bộ, nó sẽ phát yêu cầu bằng cách đưa tín hiệu mức thấp vào chân yêu cầu. Sau khi nhận yêu cầu, 8086 sẽ ở trạng thái HOLD và gởi tín hiệu chấp nhận ra chân này. Ở đây, chân RQ/GT0 có độ ưu tiên cao hơn chân RQ /GT1 - LOCK : báo cho các thiết bị khác biết không thể lấy điều khiển của bus cục bộ. • Các chân ngắt (NMI, INTR vàINTA): INTR và NMI là các yêu cầu ngắt khởi động bằng phần cứng, làm việc chính xác như các ngắt mềm. NMI (Non-Maskable Interrupt) là ngõ vào tác động cạnh lên. NMI là ngắt không thể che được và luôn được phục vụ, thường dùng cho các sự kiện như hư nguồn hay các lỗi bộ nhớ. INTR tác động mức cao và có thể bị che bằng cách xoá cờ IF trong thanh ghi cờ (xem 2.3.4) bằng lệnh CLI. Khi NMI tích cực, điều khiển sẽ được chuyển đến địa chỉ chứa trong các vị trí 00008h ÷ 0000Bh. Khi INTR tích cực, chu kỳ ghi nhận ngắt (interrupt acknowledge cycle) được thực hiện. Quá trình này giống như chu kỳ đọc bộ nhớ ngoại trừ INTA tích cực thay vì RD. Thiết bị tạo ngắt sẽ đặt một giá trị 8 bit vào data bus và chuyển điều khiển đến vị trí giá trị × 4 đến giá trị × 4 + 3. • Chân RESET: hoạt động khi có xung tác động mức cao, dùng để khởi động lại (P. Sau khi khởi động, (P sẽ đọc lệnh tại địa chỉ FFFF0h. RESET được sử dụng khi hệ thống có sự cố. • Các chân điều khiển bus (READY, RD, ALE, DEN, DT/R, WR và IO/M): Trong các chân điều khiển này, chỉ có hai chân READY và RD làm việc ở chế độ tối đa. - Chân READY: ngõ vào READY được lấy mẫu ở cạnh lên của xung nhịp T2. Nếu chân này ở mức thấp (không sẵn sàng) thì sẽ thêm vào một chu kỳ T3 nữa. Chu trình này sẽ tiếp tục cho đến khi nào chân READY lên mức cao. Ngõ vào này thường được điều khiển bởi thiết bị bộ nhớ chậm, không thể cung cấp dữ liệu kịp thời cho µP. - Chân IO/M (IO/Memory - Xuất nhập /Bộ nhớ): xác định chu kỳ bus hiện hành làm việc với bộ nhớ (mức thấp) hay I/O (mức cao). - Chân RD (Read): tín hiệu tác động mức thấp chỉ chiều truyền dữ liệu từ bộ nhớ hay I/O đến µP. Ta có thể kết hợp với tín hiệu này với IO/M để tạo các tín hiệu MEMR và IOR . Nó được xuất ra trong trạng thái T2 và lấy đi trong trạng thái T4. Thiết bị bộ nhớ hay I/O giả sử là đã đặt byte hay word vào các đường dữ liệu khi RD trở về mức cao. - Chân WR (Write): tín hiệu này ngược với RD, nó xác định chiều truyền dữ liệu từ µP đến I/O hay bộ nhớ. 30/214
Tạo tín hiệu điều khiển bộ nhớ và I/O - Chân ALE (Address Latch Enable - cho phép chốt địa chỉ): tín hiệu ra trên chân này có thể dùng để phân kênh các đường địa chỉ, dữ liệu và trạng thái trên AD0 ÷ AD15, A16/S3 ÷ A19/S6 và /S7. Mọi chu kỳ bắt đầu với xung ALE trong trạng thái T1. Địa chỉ 20 bit được bảo đảm sẽ hợp lệ khi ALE chuyển từ mức cao xuống mức thấp. - Chân (Data Enable - cho phép dữ liệu): tín hiệu này được dùng với DT/R để cho phép nối các bộ đệm hai chiều vào data bus. Nó ngăn ngừa sự tranh chấp bus bằng cách cấm các bộ đệm dữ liệu cho đến trạng thái T2 khi các đường dữ liệu / địa chỉ không còn lưu trữ địa chỉ của bộ nhớ hay I/O. - Chân DT/ (Data transmit/receive - truyền/nhận dữ liệu): dùng để điều khiển chiều của luồng dữ liệu qua các bộ đệm (nếu có) vào bus dữ liệu của hệ thống. Khi ở mức thấp, nó chỉ thực hiện tác vụ đọc và khi ở mức cao nó chỉ thực hiện tác vụ ghi. 31/214
Các chu kỳ đọc và ghi của 8086 • Các chân trạng thái (AD16/S3 ÷ AD19/S6 và BHE/S7): 5 tín hiệu trạng thái này được xuất ra trong các trạng thái T2 ÷ T4, dùng cho các mục đích kiểm tra. Bit S7 là bit trạng thái dư (không dùng), bit S6 luôn bằng 0, S5 mô tả trạng thái của cờ ngắt IF còn S3, S4 dùng để xác định đoạn đang sử dụng: Tín hiệu /S7 (Bus High Enable) chỉ được xuất trong trạng thái T1. Khi chân này ở mức thấp, nó sẽ chỉ AD8 ÷ AD15 liên quan đến việc truyền dữ liệu. Quá trình này có thể xảy ra đối với các truy xuất bộ nhớ, I/O hay truy xuất 1 byte dữ liệu từ địa chỉ lẻ. 32/214
• Bus dữ liệu (AD0 ÷ AD15): 16 chân này tạo thành bus dữ liệu hai chiều. Các đường này chỉ hợp lệ trong các trạng thái T2 ÷ T4. Trong trạng thái T1, chúng giữ 16 bit thấp của địa chỉ bộ nhớ hoặc I/O. • Bus địa chỉ (AD0 ÷ AD15 và AD16/S3 ÷ AD19/S6): 20 chân này tương ứng với bus địa chỉ 20 bit và cho phép µP truy xuất 1 MB vị trí bộ nhớ. Các đường ra này chỉ hợp lệ trong trạng thái T1, chuyển thành các đường dữ liệu và trạng thái trong trạng thái T2 ÷ T4. Chọn chế độ MX : Chân này dùng để chọn chế độ hoạt động cho 8086, nếu ở mức cao thì sẽ hoạt động ở chế độ tối thiểu còn ở mức thấp thì sẽ hoạt động ở chế độ tối đa. Kiến trúc nội µP có khả năng thực hiện các tác vụ dữ liệu theo tập lệnh bên trong. Một lệnh được ghi nhận bằng mã đã được định nghĩa trước, gọi là mã lệnh (opcode). Trước khi thực thi một lệnh, µP phải nhận được mã lệnh từ bộ nhớ chương trình của nó. Quá trình xử lý này gọi là chu kỳ nhận lệnh (fetch cycle). Một khi các mã được nhận và được giải mã thì mạch bên trong µP có thể tiến hành thực thi (execute) mã lệnh. Kiến trúc nội của µP 8086 BIU (Bus Interface Unit - đơn vị giao tiếp bus) nhận các mã lệnh từ bộ nhớ và đặt chúng vào hàng chờ lệnh. EU (Execute Unit - đơn vị thực thi) sẽ giải mã và thực hiện các lệnh trong hàng. Chú ý rằng các đơn vị EU và BIU làm việc độc lập với nhau nên BIU có khả năng đang nhận một lệnh mới trong khi EU dang thực thi lệnh trước đó. Khi EU đã thực hiện xong lệnh, nó sẽ lấy mã lệnh kế tiếp trong hàng đợi lệnh (instruction queue). Kiến trúc nội của µP 8086 ở hình 6. Nó có 2 bộ xử lý riêng: BIU và EU. BIU cung cấp các chức năng phần cứng, bao gồm tạo các địa chỉ bộ nhớ và I/O để chuyển dữ liệu giữa EU và bên ngoài µP. 33/214
Kiến trúc nội của 8086 EU nhận các mã lệnh chương trình và dữ liệu từ BIU, thực thi các lệnh này và chứa các kết quả trong các thanh ghi. Ngoài ra, dữ liệu cũng có thể chứa trong một vị trí bộ nhớ hay được ghi vào thiết bị xuất. EU không có bus hệ thống nên phải thực hiện nhận và xuất tất cả các dữ liệu của nó thông qua BIU. Sự khác biệt giữa µP 8086 và 8088 là BIU. Trong 8088, đường bus dữ liệu là 8 bit trong khi của 8086 là 16 bit. Ngoài ra hàng lệnh của 8088 dài 4 byte trong khi của 8086 là 6 byte. Tuy nhiên do EU giữa hai loại µP này giống nhau nên các chương trình viết cho 8086 có thể chạy được trên 8088 mà không cần thay đổi gì cả. 34/214
Quá trình nhận lệnh và thực thi lệnh: 1/ BIU xuất nội dung của thanh ghi con trỏ lệnh IP (Instruction Pointer) ra bus địa chỉ để chọn byte hay word đọc vào BIU. 2/ Thanh ghi IP được tăng thêm 1 để chuẩn bị nhận lệnh kế. 3/ Khi lệnh ở trong BIU, nó được đưa sang hàng lệnh (queue). Đây là một thanh ghi lưu trữ dạng FIFO (First In First Out - Vào trước ra trước), dùng cơ chế xử lý xen kẽ liên tục các dòng mã lệnh (kỹ thuật đường ống - pipelining). 4/ Giả sử ban đầu hàng lệnh trống, EU sẽ không làm gì cả cho đến khi bắt đầu xuất hiện một lệnh trong hàng, EU sẽ lấy lệnh ra khỏi hàng và bắt đầu thực thi lệnh đó. 5/ Trong khi EU đang thực thi lệnh, BIU tiến hành nhận lệnh mới. Tuỳ theo thời gian thực thi lệnh mà BIU có thể đưa vào hàng lệnh nhiều lệnh mới trước khi EU thực hiện lệnh xong và tiếp tục lấy lệnh mới. BIU được lập trình để có thể nhận một lệnh mới bất kỳ lúc nào hàng lệnh có chỗ cho 1 byte (8088) hay 2 byte (8086). Lợi ích của phương pháp xử lý theo cơ chế pipeline là EU có thể thực thi các lệnh gần như liên tục thay vì phải đợi BIU nhận thêm lệnh mới. (a) µP thông thường dùng chu kỳ nhận và thực thi lệnh tuần tự , (b) kiến trúc dạng pipeline của 8086/8088 cho phép thực thi các lệnh mà không bị trễ do quá trình nhận lệnh (1): lệnh thực thi không cần dữ liệu trong hàng (2): lệnh thực thi cần dữ liệu trong hàng (3): lệnh nhảy (4): các lệnh bị bỏ qua do lệnh nhảy Có 3 điều kiện làm cho EU ở chế độ chờ: 35/214
- Điều kiện thứ nhất xảy ra khi lệnh cần truy xuất đến một vị trí bộ nhớ không ở trong hàng. BIU phải treo quá trình nhận lệnh và xuất ra địa chỉ của ô nhớ này. Sau khi truy xuất bộ nhớ, EU có thể tiếp tục quá trình thực thi lệnh từ hàng lệnh và BIU có thể tiếp tục đưa các lệnh vào hàng. - Điều kiện thứ hai xảy ra khi lệnh được thực thi là lệnh nhảy (jump). Trong trường hợp này, thay vì dùng địa chỉ lệnh kế tiếp, ta phải chuyển đến địa chỉ mới (không tuần tự). Tuy nhiên, BIU vẫn luôn đặt các lệnh theo tuần tự và do đó sẽ lưu các lệnh không sử dụng. Trong khi nhận lệnh kế tiếp tại địa chỉ do lệnh jump chỉ đến, EU phải đợi và tất cả các byte trong hàng phải bỏ. - Điều kiện thứ ba có thể làm BIU treo quá trình nhận lệnh đó là khi thực thi các lệnh có thời gian thực thi lớn. Giả sử như lệnh AAM (ASCII Adjust for Multiplication) cần 83 chu kỳ xung nhịp để hoàn tất trong khi đó với 4 chu kỳ xung nhịp cho quá trình nhận lệnh thì hàng sẽ bị đầy. Như vậy BIU phải đợi cho đến khi lệnh được thực hiện xong và EU nhận mã lệnh từ hàng thì mới có thể tiếp tục quá trình nhận lệnh. Các thanh ghi µP 8086/8088 có tất cả 14 thanh ghi nội. Các thanh ghi này có thể phân loại như sau: - Thanh ghi dữ liệu (data register) - Thanh ghi chỉ số và con trỏ (index & pointer register) - Thanh ghi đoạn (segment register) - Thanh ghi trạng thái và điều khiển (status & control register) Các thanh ghi dữ liệu Các thanh ghi dữ liệu gồm có các thanh ghi 16 bit AX, BX, CX và DX trong đó nửa cao và nửa thấp của mỗi thanh ghi có thể định địa chỉ một cách độc lập. Các nửa thanh ghi này (8 bit) có tên là AH và AL, BH và BL, CH và CL, DH và DL. Các thanh ghi này được sử dụng trong các phép toán số học và logic hay trong quá trình chuyển dữ liệu. 36/214
AX (ACC - Accumulator): thanh ghi tích luỹ BX (Base): thanh ghi cơ sở CX (Count): đếm DX (Data): thanh ghi dữ liệu Các thanh ghi chỉ số và con trỏ Bao gồm các thanh ghi 16 bit SP, BP, SI và DI, thường chứa các giá trị offset (độ lệch) cho các phần tử định địa chỉ trong một phân đoạn (segment). Chúng có thể được sử dụng trong các phép toán số học và logic. Hai thanh ghi con trỏ (SP - Stack Pointer và BP - Base Pointer) cho phép truy xuất dễ dàng đến các phần tử đang ở trong ngăn xếp (stack) hiện hành. Các thanh ghi chỉ số (SI - Source Index và DI -Destination Index) được dùng để truy xuất các phần tử trong các đoạn dữ liệu và doạn thêm (extra segment). Thông thường, các thanh ghi con trỏ liên hệ đến đoạn stack hiện hành và các thanh ghi chỉ số liên hệ đến doạn dữ liệu hiện hành. SI và DI dùng trong các phép toán chuỗi. 37/214
Các thanh ghi đoạn Bao gồm các thanh ghi 16 bit CS (Code segment), DS (Data segment), SS (stack segment) và ES (extra segment), dùng để định địa chỉ vùng nhớ 1 MB bằng cách chia thành 16 đoạn 64 KB. Tất cả các lệnh phải ở trong đoạn mã hiện hành, được định địa chỉ thông qua thanh ghi CS. Offset (độ lệch) của mã được xác định bằng thanh ghi IP. Dữ liệu chương trình thường được đặt ở đoạn dữ liệu, định vị thông qua thanh ghi DS. Stack định vị thông qua thanh ghi SS. Thanh ghi đoạn thêm có thể sử dụng để định địa chỉ các toán hạng, dữ liệu, bộ nhớ và các phần tử khác ngoài đoạn dữ liệu và stack hiện hành. Các thanh ghi điều khiển và trạng thái Thanh ghi con trỏ lệnh IP (Instruction Pointer) giống như bộ đếm chương trình (Program Counter). Thanh ghi điều khiển này do BIU quản lý nhằm lưu trữ offset từ bắt đầu đoạn mã đến lệnh thực thi kế tiếp. Ta không thể xử lý trực tiếp trên thanh ghi IP. Thanh ghi cờ (Flag register) hay từ trạng thái 16 bit chứa 3 bit điều khiển (TF, IF và DF) và 6 bit trạng thái (OF, SF, ZF, AF, PF và CF) còn các bit còn lại mà 8086/8088 không sử dụng thì không thể truy xuất được. - OF (Overflow - tràn): OF = 1 xác định tràn số học, xảy ra khi kết quả vượt ra ngoài phạm vi biểu diễn - DF (Direction- hướng): xác định hướng chuyển string, DF = 1 khi µP làm việc với string theo thứ tự từ phải sang trái. - IF (Interrupt - ngắt): cho phép hay cấm các interrupt có mặt nạ - TF (Trap - bẫy): đặt µP vào chế độ từng bước, dùng cho các chương trình gỡ rối (debugger). - SF (Sign - dấu): dùng để chỉ các kết quả số học là số dương (SF = 0) hay âm (SF = 1). - ZF (Zero): = 1 nếu kết quả của phép toán trước là 0. - AF (Auxiliary - nhớ phụ): dùng trong các số thập phân để chỉ nhớ từ nửa byte thấp hay mượn từ nửa byte cao. 38/214
- PF (Parity): PF = 1 nếu kết quả của phép toán là có tổng số bit 1 là chẵn (dùng để kiểm tra lỗi truyền dữ liệu) - CF (Carry): CF = 1 nếu có nhớ hay mượn từ bit cao nhất của kết quả. Cờ này cũng dùng cho các lệnh quay. Phân đoạn bộ nhớ Ta biết rằng dù 8086 là µP 16 bit (có bus dữ liệu 16 bit) nhưng vẫn dùng bộ nhớ theo các byte. Điều này cho phép µP làm việc với byte cũng như word, nó rất quan trọng trong giao tiếp với các thiết bị I/O như máy in, thiết bị đầu cuối và modem (chúng được thiết kế để chuyển dữ liệu mã hoá ASCII 7 hay 8 bit). Ngoài ra, nhiều mã lệnh của 8086/8088 có chiều dài 1 byte nên cần phải truy xuất được các byte riêng biệt để có thể xử lý các lệnh này. 8086/8088 có bus địa chỉ 20 bit nên có thể cho phép truy xuất 220 = 1048576 địa chỉ bộ nhớ khác nhau. Vùng nhớ của 8086/8088 có 1048576 byte hay 524288 word Để thực hiện đọc 16 bit từ bộ nhớ, 8086 sẽ thực hiện đọc đồng thời byte có địa chỉ lẻ và byte có địa chỉ chẵn. Do đó, 8086 tổ chức bộ nhớ thành các bank chẵn và lẻ. Theo hình 8, ta có thể thấy rằng các word luôn bắt đầu tại địa chỉ chẵn nhưng ta vẫn có thể đọc word có địa chỉ lẻ bằng cách thực hiện 2 chu kỳ đọc bộ nhớ: một chu kỳ đọc byte thấp và một chu kỳ đọc byte cao. Điều này sẽ làm chậm tốc độ xử lý. Đối với 8088 thì do bus dữ liệu 8 bit nên dù word có địa chỉ chẵn hay lẻ, nó cũng cần phải thực hiện 2 chu kỳ đọc hay ghi bộ nhớ và giao tiếp với bộ nhớ như một bank. 39/214
Đọc word địa chỉ chẵn và địa chỉ lẻ Ngoài ra bộ nhớ cũng chia thành 16 khối, mỗi khối có kích thước 64 KB, bắt đầu ở địa chỉ 00000h và kết thúc ở FFFFFh. Địa chỉ bắt đầu mỗi khối sẽ tăng lên 1 ở số hex có ý nghĩa nhiều nhất khi thay đổi từ khối này sang khối kia. Ví dụ như khối 00000h → 10000h → 20000h Bảng bộ nhớ cho 8086/8088 • Các thanh ghi phân đoạn: 8086/8088 định nghĩa 4 khối bộ nhớ 64KB: đoạn mã (code segment) giữ các mã lệnh chương trình, đoạn ngăn xếp (stack segment) lưu các địa chỉ sẽ trả về từ các chương trình con (subroutine) hay trình phục vụ ngắt (interrupt subroutine), đoạn dữ liệu (data segment) lưu trữ dữ liệu cho chương trình và đoạn thêm (extra segment) thường dùng cho các dữ liệu dùng chung. 40/214
Các thanh ghi đoạn (CS, DS, SS và ES) dùng để chỉ vị trí nền của mỗi đoạn. Các thanh ghi này có 16 bit trong khi địa chỉ bộ nhớ là 20 bit nên để xác dịnh vị trí bộ nhớ, ta sẽ thêm 4 bit 0 vào các bit thấp của thanh ghi đoạn. Giả sử như thanh ghi CS chứa giá trị 1111h thì nó sẽ chỉ tới địa chỉ nền là 11110h. Chú ý rằng địa chỉ bắt đầu một đoạn không thể tuỳ ý mà phải bắt đầu tại một địa chỉ chia hết cho 16. Nghĩa là 4 bit thấp phải là 0. Ta cũng chú ý rằng 4 đoạn có thể không tách rời nhau mà chồng lấp lên nhau và ta cũng có thể cho 4 giá trị của các thanh ghi đoạn bằng nhau nghĩa là 4 đoạn này trùng nhau. Thanh ghi DS có giá trị là 1000h thì địa chỉ nền là 10000h. Địa chỉ kết thúc tìm được bằng cách cộng địa chỉ nền với giá trị FFFFh (64K) → địa chỉ kết thúc là 10000h + FFFFh = 1FFFFh. Như vậy đoạn dữ liệu có địa chỉ từ 10000h = 1FFFFh. Các vị trí bộ nhớ không được định nghĩa trong các đoạn hiện hành không thể truy xuất được. Muốn truy xuất đến các vị trí đó, ta phải định nghĩa lại một trong các thanh ghi đoạn sau cho đoạn phải chứa vị trí đó. Như vậy, tại một thời điểm bất kỳ ta chỉ có thể truy xuất tối đa 4 × 64 KB = 256 KB bộ nhớ. Nội dung của các thanh ghi đoạn chỉ có thể xác định thông qua phần mềm. Giả sử các thanh ghi đoạn có các giá trị CS = 2800h, DS = E000h, SS = 2900h và ES = 1000h. Ta có vị trí các đoạn trong bảng bộ nhớ như sau: Vị trí các phân đoạn theo giá trị các thanh ghi đoạn • Địa chỉ logic và địa chỉ vật lý: Các địa chỉ trong một đoạn thay đổi từ 0000h ÷ FFFFh, tương ứng với chiều dài đoạn là 64 KB. Một địa chỉ trong một đoạn được gọi là địa chỉ logic hay offset. Ví dụ như địa chỉ logic 0010h của đoạn mã trong hình 2.11 sẽ có địa chỉ thật sự là 28000h + 0010h = 28010h. Địa chỉ này gọi là địa chỉ vật lý. 41/214
Như vậy, địa chỉ vật lý chính là địa chỉ thật sự xuất hiện ở bus địa chỉ, nó có chiều dài 20 bit còn địa chỉ logic là độ lệch (offset) từ vị trí 0 của một đoạn cho trước. Giả sử xét các đoạn như hình trên. Địa chỉ vật lý tương ứng với địa chỉ logic 1000h trong đoạn stack là: 29000h + 1000h = 2A000h Địa chỉ vật lý tương ứng với địa chỉ logic 2000h trong đoạn mã là: 28000h + 2000h = 2A000h Ta thấy rằng có thể địa chỉ vật lý trùng nhau khi địa chỉ logic khác nhau nghĩa là một địa chỉ vật lý có thể có nhiều địa chỉ logic khác nhau. Để chỉ địa chỉ logic 1000h trong đoạn mã, ta dùng ký hiệu CS:1000h. Tương tự như vậy cho các đoạn khác, nghĩa là địa chỉ logic 1111h trong đoạn dữ liệu sẽ là DS:1111h. Mọi lệnh tham chiếu bộ nhớ sẽ có một thanh ghi đoạn mặc nhiên. Thanh ghi IP cung cấp địa chỉ offset khi truy xuất đến đoạn mã và BP cho đoạn stack. IP = 1000h và CS = 2000h thì BIU sẽ truy xuất đến địa chỉ 20000h + 1000h = 21000h và nhận byte tại vị trí này. Ta sử dụng lệnh MOV [BP],AL với BP = 2C00h. Ở đây BP dùng làm con trỏ nên dùng đoạn stack. Giả sử các phân đoạn như hình 2.11 thì địa chỉ vật lý sẽ là 29000h + 2C00h = 2BC00h • Định nghĩa các vị trí bộ nhớ: Thông thường ít khi nào ta cần biết đến địa chỉ vật lý của một vị trí bộ nhớ mà ta chỉ quan tâm đến địa chỉ logic của nó mà thôi. Lý do là vì địa chỉ vật lý còn phải phụ thuộc vào nội dung của các thanh ghi đoạn ngay cả khi địa chỉ logic giữ không đổi như đã xét ở trên. Khi viết các chương trình hợp ngữ, thường gán cho các địa chỉ logic bằng các nhãn (label) hay các tên (name). 42/214
DATA SEGMENT SAMPLEB DB ? DATA ENDS sẽ gán nhãn SAMPLE cho byte ở địa chỉ logic 0 trong đoạn dữ liệu. Các phát biểu này không phải là các lệnh µP mà chỉ là các lệnh giả (pseudo instruction) dùng cho các chương trình dịch. Toán tử DATA SEGMENT báo cho chương trình dịch biết các lệnh theo sau sẽ nằm trong đoạn dữ liệu. Toán tử DB (Define Byte) gán cho nhãn SAMPLEB 1 byte trong đoạn dữ liệu. Ký hiệu ? xác định rằng không cần định nghĩa nội dung của byte đó. Do SAMPLEB là dòng đầu tiên nên nó sẽ có địa chỉ logic là 0. Phát biểu DATA ENDS kết thúc đoạn dữ liệu (ở đây chỉ dịnh nghĩa 1 byte). Trong trường hợp muốn định nghĩa 1 word, ta dùng toán tử DW (Define Word). SAMPLEW DW 1000h Phát biểu này định nghĩa nhãn SAMPLEW ứng với vị trí word và nội dung của vị trí này là 1000h. Ngoài ra, ta có thể dùng các toán tử DD định nghĩa từ kép (double word), DQ định nghĩa từ bộ bốn (8 byte) và DT định nghĩa 10 byte. Cách mã hoá lệnh Lệnh của bộ vi xử lý sẽ biểu diễn bằng các ký tự dưới dạng gợi nhớ (mnemonic) để có thể dễ dàng sử dụng. Đối với vi xử lý thì các lệnh được biểu diễn bằng các mã lệnh (opcode) nên sau khi nhận lệnh vi xử lý phải thực hiện giải mã lệnh rồi mới thực thi nó. Một lệnh vi xử lý có thể dài 1 byte hay nhiều byte. Nếu ta dùng 1 byte để mã hoá thì sẽ mã hoá được 256 lệnh khác nhau. Tuy nhiên do một lệnh không phải chỉ có một cách thực hiện nên ta không thể thực hiện đơn giản như trên. Để tìm hiểu cách mã hoá lệnh, ta xét lệnh MOV des,src dùng để chuyển dữ liệu giữa hai thanh ghi hay một ô nhớ và một thanh ghi. Lệnh MOV mã hoá như sau: Để mã hóa lệnh MOV, ta cần dùng ít nhất là 2 byte trong đó 6 bit dùng cho mã lệnh. 43/214
Bit D xác định hướng truyền của dữ liệu, D = 0 xác định dữ liệu sẽ đi từ thanh ghi cho bởi 3 bit Reg, D = 1 xác định dữ liệu sẽ đi đến thanh ghi cho bởi 3 bit Reg. Bit W xác định sẽ truyền 1 byte (W = 0) hay 1 word (W = 1). 3 bit Reg dùng để chọn thanh ghi sử dụng: 2 bit mod và 3 bit R/M (Register / Memory) dùng để xác định chế độ địa chỉ cho các toán hạng của lệnh. Tổng quát, 8086/8088 có khoảng 300 tác vụ có thể có trong tập lệnh của nó. Mỗi lệnh kéo dài từ 1 đến 6 byte. Từ ví dụ trên, ta thấy mã lệnh có các vùng: - Vùng mã lệnh (opcode): chứa mã lệnh của lệnh sẽ thực thi - Vùng thanh ghi (reg): chứa các thanh ghi sẽ thực hiện (bảng 2.10) - Vùng chế độ (mod): (bảng 2.11) 00: toán hạng bộ nhớ trực tiếp nếu R/M = 110, ngược lại là toán hạng gián tiếp 01: toán hạng gián tiếp, độ dời 8 bit 10: toán hạng gián tiếp, độ dời 16 bit 11: sử dụng 2 thanh ghi, vùng R/M sẽ là vùng Reg 44/214
- Vùng thanh ghi / bộ nhớ R/M (Reg/Mem) Các cách định địa chỉ - BYTE PTR và WORD PTR tránh lầm giữa truy xuất byte và word. - Độ dời được cộng vào thanh ghi con trỏ hay nền là số nhị phân dạng bù 2. - (1): nguồn dữ liệu trong lệnh - (2): đích và nguồn là các thanh ghi của µP - (3): địa chỉ bộ nhớ cung cấp trong lệnh - (4): địa chỉ bộ nhớ cung cấp trong thanh ghi con trỏ hay chỉ số - (5): địa chỉ bộ nhớ là tổng của thanh ghi chỉ số cộng với độ dời trong lệnh 45/214
- (6): địa chỉ bộ nhớ là tổng của thanh ghi BX hay BP cộng với độ dời trong lệnh - (7): địa chỉ bộ nhớ là tổng của thanh ghi chỉ số và thanh ghi nền - (8): địa chỉ bộ nhớ là tổng của thanh ghi chỉ số, thanh ghi nền và độ dời trong lệnh - (9): địa chỉ nguồn bộ nhớ là thanh ghi SI trong đoạn dữ liệu và địa chỉ đích bộ nhớ là thanh ghi DI trong đoạn thêm Định địa chỉ tức thời Các lệnh dùng cách định địa chỉ tức thời lấy dữ liệu trong lệnh làm một phần của lệnh. Trong cách này, dữ liệu sẽ được chứa trong đoạn mã thay vì trong đoạn dữ liệu. Dữ liệu cho lệnh MOV AX,1000h được cung cấp tức thời sau mã lệnh B8. Chú ý rằng trong mã đối tượng byte dữ liệu cao đi sau byte dữ liệu thấp. Cách định địa chỉ tức thời thường dùng để nạp một thanh ghi hay vị trí bộ nhớ với các dữ liệu ban đầu. Sau đó, các lệnh kế tiếp sẽ làm việc với các dữ liệu này. Tuy nhiên, cách định địa chỉ này không sử dụng được cho các thanh ghi đoạn. Định địa chỉ thanh ghi Một số lệnh chỉ làm công việc chuyển dữ liệu giữa các thanh ghi của µP. Ví dụ như MOV DX,CX sẽ chuyển dữ liệu từ thanh ghi CX vào thanh ghi DX. Ở đây ta không cần thực hiện tham chiếu bộ nhớ. Ta có thể kết hợp cách định địa chỉ tức thời và định địa chỉ thanh ghi để nạp dữ liệu cho các thanh ghi đoạn. MOV AX, 1000h MOV CS,AX Sau khi thực hiện 2 lệnh này, giá trị của thanh ghi CS sẽ là 1000h. Định địa chỉ trực tiếp Ngoài 2 cách định địa chỉ trên, tất cả các cách định địa chỉ còn lại cho trong bảng 2.6 đều cần phải truy xuất đến bộ nhớ với ít nhất một toán hạng. Trong cách định địa chỉ trực tiếp, địa chỉ bộ nhớ được cung cấp trực tiếp như là một phần của lệnh. Ví dụ như lệnh MOV AH,[1000h] sẽ đưa nội dung chứa trong ô nhớ DS:1000h vào thanh ghi AH hay lệnh MOV [2000h],AX sẽ đưa nội dung chứa trong AX vào 2 ô nhớ liên tiếp DS:2000h và DS:2001h 46/214
Định địa chỉ truy xuất bộ nhớ gián tiếp Các cách định địa chỉ trực tiếp sẽ thuận lợi cho các truy xuất bộ nhớ không thường xuyên. Tuy nhiên, nếu một ô nhớ cần phải truy xuất nhiều lần trong một chương trình thì quá trình nhận địa chỉ (2 byte) sẽ phải thực hiện nhiều lần. Điều này sẽ không hiệu quả. Để giải quyết vấn đề này, ta thực hiện lưu trữ địa chỉ của ô nhớ cần truy xuất trong một thanh ghi con trỏ, chỉ số hay thanh ghi cơ sở (BX, BP, SI hay DI). Ngoài ra, ta có thể sử dụng độ dời bù 2 bằng cách cộng vào các thanh ghi để dời đi so với vị trí được các thanh ghi chỉ đến. Như vậy, một độ dời có thể được cộng vào thanh ghi nền và kết quả này được cộng tiếp vào thanh ghi chỉ số. Địa chỉ thu được gọi là địa chỉ hiệu dụng EA. Ngoài ra ta cũng có thể viết cách định địa chỉ gián tiếp như sau: MOV AX,table[SI] Trong đó table là nhãn gán cho một vị trí ô nhớ nào đó. Lệnh này sẽ truy xuất phần tử thứ SI trong dãy table (giả sử SI = 2 thì sẽ truy xuất phần tử thứ 2). Ta cũng có thể viết lệnh trên như sau: MOV AX,[table + SI] Chú ý rằng các đoạn mặc định cho các cách định địa chỉ gián tiếp là đoạn stack khi dùng BP, là đoạn dữ liệu khi dùng BX, SI hay DI. Lệnh: MOV AH,10h thực hiện định địa chỉ tức thời MOV AX,[BP + 10] thực hiện định địa chỉ có nền MOV AH,[BP + SI] thực hiện định địa chỉ có nền và có chỉ số 47/214
Định địa chỉ chuỗi Chuỗi là một dãy liên tục các byte hay word lưu trữ trong bộ nhớ dưới dạng các ký tự ASCII. 8086/8088 có các lệnh dùng để xử lý chuỗi, các lệnh này sử dụng cặp thanh ghi DS:SI để chỉ nguồn chuỗi ký tự và ES:DI để chỉ đích chuỗi. Lệnh MOVSB sẽ chuyển byte dữ liệu nguồn đến vị trí đích trong đó SI và DI sẽ tăng hay giảm tuỳ theo giá trị của DF Thay đổi thanh ghi đoạn mặc định Như đã nói ở phần trên, khi sử dụng các lệnh định địa chỉ thanh ghi, ta chỉ cần dùng các thanh ghi để xác định độ lệch còn các thanh ghi đoạn thì được hiểu mặc định. Ví dụ như ta dùng lệnh MOV AH,[BP] thì sẽ đưa dữ liệu tại ô nhớ SS:BP vào thanh ghi AH. Trong trường hợp không muốn dùng thanh ghi đoạn mặc định, ta có thể thay đổi bằng cách thêm tên thanh ghi đoạn vào để loại bỏ thanh ghi đoạn mặc định. Ví dụ lệnh MOV AH,CS:[BP] sẽ đưa dữ liệu tại CS:[BP] vào AH. 48/214
Lập trình hợp ngữ Các tập tin .EXE và .COM DOS chỉ có thể thi hành được các tập tin dạng .COM và .EXE. Tập tin .COM thường dùng để xây dựng cho các chương trình nhỏ còn .EXE dùng cho các chương trình lớn. Tập tin .COM - Tập tin .COM chỉ có một đoạn nên kích thước tối đa của một tập tin loại này là 64 KB. - Tập tin .COM được nạp vào bộ nhớ và thực thi nhanh hơn tập tin .EXE nhưng chỉ áp dụng được cho các chương trình nhỏ. - Chỉ có thể gọi các chương trình con dạng near. Khi thực hiện tập tin .COM, DOS định vị bộ nhớ và tạo vùng nhớ dài 256 byte ở vị trí 0000h, vùng này gọi là PSP (Program Segment Prefix), nó sẽ chứa các thông tin cần thiết cho DOS. Sau đó, các mã lệnh trong tập tin sẽ được nạp vào sau PSP ở vị trí 100h và đưa giá trị 0 vào stack. Như vậy, kích thước tối đa thực sự của tập tin .COM là 64 KB - 256 byte PSP - 2 byte stack. Tất cả các thanh ghi đoạn đều chỉ đến PSP và thanh ghi con trỏ lệnh IP chỉ đến 100h, thanh ghi SP có giá trị 0FFFEh. Tập tin .EXE - Nằm trong nhiều đoạn khác nhau, kích thước thông thường lớn hơn 64 KB. - Có thể gọi được các chương trình con dạng near hay far. - Tập tin .EXE chứa một header ở đầu tập tin để chứa các thông tin điều khiển cho tập tin. Khung của một chương trình hợp ngữ Khung của một chương trình hợp ngữ có dạng như sau: TITLE Chương trình hợp ngữ .MODEL Kiểu kích thước bộ nhớ ;Khai bao quy mô sử dụng bộ nhớ 49/214
.STACK Kích thước ;Khai báo dung lượng đoạn Stack .DATA ;Khai báo đoạn dữ liệu msg DB 'Hello$' .CODE ;Khai báo đoạn mã main PROC CALL Subname ;Gọi chương trình con main ENDP Subname PROC ;Định nghĩa chương trình con RET Subname ENDP END main • Quy mô sử dụng bộ nhớ: Thông thường, các ứng dụng đơn giản chỉ đòi hỏi mã chương trình không quá 64 KB và dữ liệu cũng không lớn hơn 64 KB nên ta sử dụng ở dạng Small: .MODEL SMALL • Khai báo kích thước stack: 50/214
Khai báo stack dùng để dành ra một vùng nhớ dùng làm stack (chủ yếu phục vụ cho chương trình con), thông thường ta chọn khoảng 256 byte là đủ để sử dụng (nếu không khai báo thì chương trình dịch tự động cho kích thước stack là 1 KB): .STACK 256 • Khai báo đoạn dữ liệu: Đoạn dữ liệu dùng để chứa các biến và hằng sử dụng trong chương trình. • Khai báo đoạn mã: Đoạn mã dùng chứa các mã lệnh của chương trình. Đoạn mã bắt đầu bằng một chương trình chính và có thể có các lệnh gọi chương trình con (CALL). Một chương trình chính hay chương trình con bắt đầu bằng lệnh PROC và kết thúc bằng lệnh ENDP (đây là các lệnh giả của chương trình dịch). Trong chương trình con, ta sử dụng thêm lệnh RET để trả về địa chỉ lệnh trước khi gọi chương trình con. Cú pháp của các lệnh trong chương trình hợp ngữ Một dòng lệnh trong chương trình hợp ngữ gồm có các trường (field) sau (không nhất thiết phải đầy đủ tất cả các trường): Trường tên chứa nhãn, tên biến hay tên thủ tục. Các tên nhãn có thể chứa tối đa 31 ký tự, không chứa ký tự trắng (space) và không được bắt đầu bằng số (A: hay Main:). Các nhãn được kết thúc bằng dấu ':'. Trường lệnh chứa các lệnh sẽ thực hiện. Các lệnh này có thể là các lệnh thật (MOV) hay các lệnh giả (PROC). Các lệnh thật sẽ được dịch ra mã máy. Trường toán hạng chứa các toán hạng cần thiết cho lệnh (AH,10h). Trường chú thích phải được bắt đầu bằng dấu ';'. Trường này chỉ dùng cho người lập trình để ghi các lời giải thích cho chương trình. Chương trình dịch sẽ bỏ qua các lệnh nằm phía sau dấu ;. Khai báo dữ liệu Khi khai báo dữ liệu trong chương trình, nếu sử dụng số nhị phân, ta phải dùng thêm chữ B ở cuối, nếu sử dụng số thập lục phân thì phải dùng chữ H ở cuối. Chú ý rằng đối với số thập lục phân, nếu bắt đầu bằng chữ A F thì phải thêm vào số 0 ở phía trước. 1011b ; Số nhị phân 51/214
1111 ; Số thập phân 1011h ; Số thập lục phân Khai báo biến Khai báo biến nhằm để chương trình dịch cung cấp một địa chỉ xác định trong bộ nhớ. Ta dùng các lệnh giả sau để định nghĩa các biến ứng với các kiểu dữ liệu khác nhau: DB (define byte), DW (define word) và DD (define double word). Ngoài ra ta có thể dùng các toán tử DUP lồng vào nhau khi khai báo biến mảng. Giả sử ta cần khai báo mảng A9 có các giá trị gán ban đầu 1,2,3,1,1,3,2,2,1,1,3,2,2. Ta có thể thực hiện như sau: A9 DB 1,2,3,1,1,3,2,2,1,1,3,2,2 Hay: A9 DB 1,2,3,2 DUP(1,1,3,2,2) Hay: A9 DB 1,2,3,2 DUP(2 DUP(1),3,2 DUP(2)) Đối với các biến có nhiều hơn 1 byte, byte thấp sẽ chứa ở ô nhớ có địa chỉ thấp và byte cao sẽ chứa ở ô nhớ có địa chỉ cao. A10 DW 1234h 52/214
Biến A10 giả sử bắt đầu lưu tại địa chỉ 1000h thì ô nhớ 1000h chứa giá trị 34h còn ô nhớ 1001h chứa giá trị 12h. Đối với biến kiểu chuỗi (string), thực chất là một mảng các ký tự, ta có thể khai báo như sau: A11 DB 'ABCD' Hay A11 DB 65h,66h,67h,68h Sau lệnh khai báo này thì ô nhớ 1000h (giả sử biến A11 lưu trữ tại địa chỉ 1000h) chứa 'A', 1001h chứa 'B', 1002h chứa 'C' và 1003h chứa 'D'. Khai báo hằng Các hằng khai báo trong chương trình hợp ngữ bằng lệnh giả EQU để chương trình dễ hiểu hơn. Hằng có thể ở dạng số, ký tự hay chuỗi. A12 EQU 10 A13 EQU 'AAA' Sau khi sử dụng khai báo này, nếu ta dùng lệnh: MOV AH,A12 thì AH = 10h A14 DB 'B',A13 thì khai báo chuỗi A14 với giá trị gán ban đầu là 'BAAA'. Các toán tử trong hợp ngữ • Toán tử số học: 53/214
Trong đó bt, bt1, bt2 là các biểu thức hằng, n là số nguyên. MOV AH,(8+1)*7/3 ; AH ← 21 MOV AH, 00010001b shr 2 ; AH ← 0000 0100b MOV AH,00010001b shl 2 ; AH ← 0100 0100b MOV AH,100 mod 3 ; AH ← 1 • Toán tử logic: Bao gồm các toán tử AND, OR, NOT, XOR MOV AH,10 OR 4 AND 2 ; AH = 10 MOV AH, 0F0h AND 7Fh ; AH = 70h • Toán tử quan hệ: Các toán tử quan hệ so sánh 2 biểu thức, cho giá trị true (-1) nếu điều kiện thoả và false (0) nếu không thoả. • Các toán tử cung cấp thông tin: Toán tử SEG: SEG bt Toán tử SEG xác định địa chỉ đoạn của biểu thức bt. bt có thể là biến, nhãn, hay các toán hạng bộ nhớ. Toán tử OFFSET: OFFSET bt 54/214
Toán tử OFFSET xác định địa chỉ offset của biểu thức bt. bt có thể là biến, nhãn, hay các toán hạng bộ nhớ. MOV AX,SEG A ; Nạp địa chỉ đoạn và địa chỉ offset MOV DS,AX ; của biến A vào cặp thanh ghi MOV AX,OFFSET A ; DS:AX Toán tử chỉ số [ ]: (index operator) Toán tử chỉ số thường dùng với toán hạng trưc tiếp và gián tiếp. Toán tử (:) (segment override operator) Segment:bt Toán tử : quy định cách tính địa chỉ đối với segment được chỉ. Segment là các thanh ghi đoạn CS, DS, ES, SS. Khi sử dụng toán tử : kết hợp với toán tử [ ] thì segment: phải đặt ngoài toán tử [ ]. Cách viết [CS:BX] là sai, ta phải viết CS:[BX] Toán tử TYPE: TYPE bt Trả về giá trị biểu thị dạng của biểu thức bt. - Nếu bt là biến thì sẽ trả về 1 nếu biến có kiểu byte, 2 nếu biến có kiểu word, 4 nếu biến có kiểu double word. - Nếu bt là nhãn thì trả về 0FFFFh nếu bt là near và 0FFFEh nếu bt là far. - Nếu bt là hằng thì trả về 0. Toán tử LENGTH: LENGTH bt Trả về số các đơn vị cấp cho biến bt Toán tử SIZE: 55/214
SIZE bt Trả về tổng số các byte cung cấp cho biến bt A DD 100 DUP(?) MOV AX,LENGTH A ; AX = 100 MOV AX,SIZE A ; AX = 400 • Các toán tử thuộc tính: Toán tử PTR: Loai PTR bt Toán tử này cho phép thay đổi dạng của biểu thức bt. - Nếu bt là biến hay toán hạng bộ nhớ thì Loai là byte, word hay dword. - Nếu bt là nhãn thì Loai là near hay far. A DW 100 DUP(?) B DD ? MOV AH,BYTE PTR A ; Đưa byte đầu tiên trong mảng A vào thanh ghi AH MOV AX,WORD PTR B ; Đưa 2 byte thấp trong biến B vào thanh ghi AX • Toán tử HIGH, LOW: HIGH bt LOW bt Cho giá trị của byte cao và thấp của biểu thức bt, bt phải là một hằng. A EQU 1234h MOV AH,HIGH A ; AH ← 12h MOV AH,LOW A ; AH ← 34h 56/214
Các cách định địa chỉ trong hợp ngữ Toán hạng trực tiếp: Toán hạng trực tiếp là một biểu thức hằng xác định. Các hằng số có thể ở dạng thập phân (có dấu và không dấu), nhị phân, thập lục phân, các hằng số định nghĩa bằng lệnh EQU, MOV AH,10 MOV AH,1010b MOV AH,0Ah MOV AH,A12 MOV AX,OFFSET msg MOV AX,SEG msg Toán hạng thanh ghi: Các thanh ghi có thể sử dụng trong phép định địa chỉ thanh ghi là AH, BH, CH, DH, AL, BL, CL, DL, AX, BX, CX, DX, SP, BP, SI, DI, CS, DS, ES, SS. Toán hạng bộ nhớ: Trực tiếp: Toán hạng này xác định dữ liệu lưu trong bộ nhớ tại một địa chỉ xác định khi dịch, địa chỉ này là một biểu thức hằng (có thể kết hợp với toán tử chỉ số [ ] hay toán tử +, -, :). Thanh ghi đoạn mặc định là thanh ghi DS nhưng ta có thể dùng toán tử : để chỉ thanh ghi đoạn khác. A DW 1000h B DB 100 DUP(0) MOV AX,A ; Chuyển nội dung của biến A vào MOV AX,[A] ; thanh ghi AX MOV AH,B ; Truy xuất phần tử đầu tiên của MOV AH,B[0] ; mảng B MOV AH,B + 1 ; Truy xuất phần tử thứ hai của MOV AH,B[1] ; mảng B 57/214
MOV AH,B + 5 ; Truy xuất phần tử thứ 6 của MOV AH,B[5] ; mảng B Lệnh MOV AX,[1000h] sẽ chuyển giá trị 1000h vào thanh ghi AX. Nếu muốn chuyển nội dung tại ô nhớ 1000h vào thanh ghi AX thì phải dùng lệnh MOV AX,DS:[1000h] hay MOV AX,DS:1000h Gián tiếp: Toán hạng bộ nhớ gián tiếp cho phép dùng các thanh ghi BX, BP, SI, DI để chỉ các giá trị trong bộ nhớ. MOV BX,2 MOV SI,3 MOV AH,B[BX] ; Chuyển phần tử thứ 3 của mảng B vào thanh ghi AH MOV AH,B[BX+1] ; Chuyển phần tử thứ 4 của mảng B vào thanh ghi AH (BX ;+ 1 = 3) MOV AH,B[BX]+1 ; Chuyển phần tử thứ 6 của mảng B ; vào thanh ghi AH MOV AH,B[BX+SI] MOV AH,B[BX][SI] MOV AH,[B+BX+SI] MOV AH,[B][BX][SI] ; BX + SI = 5 MOV AH,B[BX+SI+5] ;Chuyển phần tử thứ 11 của mảng B vào thanh ghi AH MOV AH,B[BX][SI]+5 ;BX + SI + 5 = 10 MOV AH,[B+BX+SI+5] Tạo và thực thi chương trình hợp ngữ Ta có thể tạo và thực thi một chương trình hợp ngữ trên một máy PC theo các bước sau: - Dùng một chương trình soạn thảo văn bản không định dạng (như NC) tạo một tập tin chứa chương trình hợp ngữ (gán phần mở rộng của tập tin này là .ASM, giả sử là TEMP.ASM). 58/214
- Dùng chương trình TASM.EXE (Turbo Assembler) để dịch ra mã máy dạng .OBJ: TASM TEMP - Sau khi dịch xong, ta sẽ được file TEMP.OBJ chứa các mã máy của chương trình. Để chuyển thành file thực thi, ta dùng chương trình TLINK.EXE để chuyển thành tập tin .EXE: TLINK TEMP - Nếu tập tin thực thi ở dạng .COM thì ta dùng thêm chương trình EXE2BIN.EXE: EXE2BIN TEMP TEMP.COM 59/214
Tập lệnh hợp ngữ Nhóm lệnh chuyển dữ liệu Nhóm lệnh chuyển dữ liệu đa dụng • Lệnh MOV dst,src: chuyển nội dung toán hạng src vào toán hạng dst. Toán hạng nguồn src có thể là thanh ghi (reg), bộ nhớ (mem) hay giá trị tức thời (immed); toán hạng đích dst có thể là reg hay mem. Lệnh MOV có thể có các trường hợp sau: Reg8 ← reg8 Reg16 ← reg16 Mem8 ← reg8 Reg8 ← mem8 Mem16 ← reg16 Reg16 ← mem16 Reg8 ← immed8 Mem8 ← immed8 Reg16 ← immed16 Mem16 ← immed16 SegReg ← reg16 SegReg ← mem16 Reg16 ← segreg Mem16 ← segreg MOV AL,AH MOV AX,BX MOV [BX],AL 60/214
MOV AL,[BX] MOV [BX],AX MOV AX,[BX] MOV AL,04h MOV mem[BX],01h MOV AL,0F104h MOV mem[BX],0101h MOV DS,AX MOV DS,mem MOV AX,DS MOV [BX],DS - Lệnh MOV không ảnh hưởng đến các cờ. - Không thể chuyển trực tiếp dữ liệu giữa hai ô nhớ mà phải thông qua một thanh ghi MOV AX,mem1 MOV mem2,AX - Không thể chuyển giá trị trực tiếp vào thanh ghi đoạn MOV AX,1010h MOV DS,AX - Không thể chuyển trực tiếp giữa 2 thanh ghi đoạn - Không thể dùng thanh ghi CS làm toán hạng đích • Lệnh XCHG dst,src: (Exchange) hoán chuyển nội dung 2 toán hạng. Toán hạng chỉ có thể là reg hay mem. - Lệnh XCHG không ảnh hưởng đến các cờ - Không thể dùng cho các thanh ghi đoạn • Lệnh PUSH src: cất nội dung một thanh ghi vào stack. Toán hạng là reg16 • Lệnh POP dst: lấy dữ liệu 16 bit từ stack đưa vào toán hạng dst. Ta có thể dùng nhiều lệnh PUSH để cất dữ liệu vào stack nhưng khi dùng lệnh POP để lấy dữ liệu ra thì phải dùng theo thứ tự ngược lại. PUSH AX 61/214
PUSH BX PUSH CX POP CX POP BX POP AX • Lệnh XLAT [src]: chuyển nội dung của ô nhớ 8 bit vào thanh ghi AL. Địa chỉ ô nhớ xác định bằng cặp thanh ghi DS:BX (nếu không chỉ ra src) hay src, địa chỉ offset chứa trong thanh ghi AL. Lệnh XLAT tương đương với các lệnh: MOV AH,0 MOV SI,AX MOV AL,[BX+SI] Nhóm lệnh chuyển địa chỉ • Lệnh LEA reg16,mem16: (Load Effective Address) chuyển địa chỉ offset của toán hạng bộ nhớ vào thanh ghi reg16. Lệnh này sẽ tương đương với MOV reg16, OFFSET mem16 • Lệnh LDS reg16,mem32: (Load pointer using DS) chuyển nội dung bộ nhớ toán hạng mem32 vào cặp thanh ghi DS:reg16. Lệnh LDS AX,mem tương đương với: MOV AX,mem MOV BX,mem+2 MOV DS,BX • Lệnh LES reg16,mem32: (Load pointer using ES) giống như lệnh LDS nhưng dùng cho thanh ghi ES 62/214
Nhóm lệnh chuyển cờ hiệu • Lệnh LAHF: (Load AH from flag) chuyển các cờ SF, ZF, AF, PF và CF vào các bit 7,6,4,2 và 0 của thanh ghi AH (3 bit còn lại không đổi) • Lệnh SAHF: (Store AH into flag) chuyển các bit 7,6,4,2 và 0 của thanh ghi AH vào các cờ SF, ZF, AF, PF và CF. • Lệnh PUSHF: chuyển thanh ghi cờ vào stack • Lệnh POPF: lấy dữ liệu từ stack chuyển vào thanh ghi cờ Nhóm lệnh chuyển dữ liệu qua cổng Mỗi I/O port giao tiếp với CPU sẽ có một địa chỉ 16 bit cho nó. CPU gởi hay nhận dữ liệu từ cổng bằng cách chỉ đến địa chỉ cổng đó. Tuỳ theo chức năng mà cổng có thể: chỉ đọc dữ liệu (input port), chỉ ghi dữ liệu (output port) hay có thể đọc và ghi dữ liệu (input/output port). • Lệnh IN: đọc dữ liệu từ cổng và đưa vào thanh ghi AL IN AL,port8 IN AL,DX Nếu địa chỉ port chỉ có 8 bit thì có thể đưa giá trị trực tiếp vào, nếu là 16 bit thì phải thông qua thanh ghi AX. • Lệnh OUT: ghi dữ liệu trong thanh ghi AL ra cổng OUT port8,AL OUT DX,AL MOV AL,3 OUT 61h,AL ; Gởi giá trị 03h ra cổng 61h MOV AL,1 MOV DX,03F8h ; Xuất ra cổng máy in OUT DX,AL MOV DX,03F8h IN AL,DX ; Đọc dữ liệu từ cổng máy in Nhóm lệnh chuyển điều khiển Lệnh nhảy không điều kiện JMP JMP label 63/214
JMP reg/mem Lệnh JMP dùng để chuyển điều khiển chương trình từ vị trí này sang vị trí khác (thay đổi nội dung cặp thanh ghi CS:IP). Lệnh nhảy có điều kiện Lệnh nhảy có điều kiện chỉ sử dụng cho các nhãn nằm trong khoảng từ -127 đến 128 byte so với vị trí của lệnh. • Lệnh JA label: (Jump if Above) Nếu CF = 0 và ZF = 0 thì JMP label • Lệnh JAE label: (Jump if Above or Equal) Nếu CF = 0 thì JMP label • Lệnh JB label: (Jump if Below) Nếu CF = 1 thì JMP label • Lệnh JBE label: (Jump if Below or Equal) Nếu CF = 1 hoặc ZF = 1 thì JMP label • Lệnh JNA label: (Jump if Not Above) Giống lệnh JBE • Lệnh JNAE label: (Jump if Not Above or Equal) Giống lệnh JB • Lệnh JNB label: (Jump if Not Below) Giống lệnh JAE • Lệnh JNBE label: (Jump if Not Below or Equal) Giống lệnh JA • Lệnh JG label: (Jump if Greater) Nếu SF = OF và ZF = 0 thì JMP label • Lệnh JGE label: (Jump if Greater or Equal) Nếu SF = OF thì JMP label • Lệnh JL label: (Jump if Less) Nếu SF OF hoặc ZF = 1 thì JMP label • Lệnh JNG label: (Jump if Not Greater) Giống lệnh JLE • Lệnh JNGE label: (Jump if Not Greater or Equal) Giống lệnh JL • Lệnh JNL label: (Jump if Not Less) Giống lệnh JGE • Lệnh JNLE label: (Jump if Not Less or Equal) Giống lệnh JG • Lệnh JC label: (Jump if Carry) Giống lệnh JB • Lệnh JNC label: (Jump if Not Carry) Giống lệnh JNB • Lệnh JZ label: (Jump if Zero) Nếu ZF = 1 thì JMP label • Lệnh JE label: (Jump if Equal) Giống lệnh JZ • Lệnh JNZ label: (Jump if Not Zero) Nếu ZF = 0 thì JMP label • Lệnh JNE label: (Jump if Equal) Giống lệnh JNZ • Lệnh JS label: (Jump on Sign) Nếu SF = 1 thì JMP label • Lệnh JNS label: (Jump if No Sign) Nếu SF = 0 thì JMP label • Lệnh JO label: (Jump on Overflow) Nếu OF = 1 thì JMP label • Lệnh JNO label: (Jump if No Overflow) Nếu OF = 0 thì JMP label • Lệnh JP label: (Jump on Parity) Nếu PF = 1 thì JMP label • Lệnh JNP label: (Jump if No Parity) Nếu PF = 0 thì JMP label • Lệnh JCXZ label: (Jump if CX Zero) Nếu CX = 1 thì JMP label 64/214
Lệnh so sánh CMP left(reg/mem), right(reg/mem/immed) Lệnh CMP dùng để so sánh nội dung 2 toán hạng, kết quả chứa vào thanh ghi cờ và không làm thay đổi nội dung các toán hạng. Đoạn chương trình so sánh 2 số A và B: A >B thì nhảy đến label1, A = B thì nhảy đến label2, A 0 thì JMP label • Lệnh LOOPE: LOOPE label Mô tả: CX = CX - 1 Nếu (ZF = 1) và (CX <> 0) thì JMP label • Lệnh LOOPZ: Giống lệnh LOOPE • Lệnh LOOPNE:LOOPNE label Mô tả: CX = CX - 1 65/214
Nếu (ZF = 0) và (CX <> 0) thì JMP label • Lệnh LOOPNZ: Giống lệnh LOOPNE Lệnh liên quan đến chương trình con • Lệnh CALL: Lệnh CALL dùng để gọi một chương trình con, có thể là near hay far. CALL label; ; Gọi chương trình con tại vị trí xác định bởi nhãn label CALL reg/mem ; Gọi chương trình con tại vị trí xác định trong reg/mem • Lệnh RET: (return) RET [n] RETN [n] RETF [n] Lệnh RET dùng để kết thúc chương trình con, điều khiển sẽ được đưa về địa chỉ trước khi gọi chương trình con. RETN để kết thúc chương trình con dạng near và RETF dùng để kết thúc chương trình con dạng far. Trong trường hợp lệnh RET có hằng số n theo sau thì sẽ cộng với thanh ghi SP giá trị n (n phải là số chẵn). Lệnh này dùng để loại bỏ một số tham số chương trình con sử dụng ra khỏi stack. Nhóm lệnh xử lý số học Xử lý phép cộng • Lệnh ADD dst,src: dst ← dst + src Toán hạng src có thể là reg, mem hay immed còn toán hạng dst là reg hay mem. - Không thể cộng trực tiếp 2 thanh ghi đoạn 66/214
- Lệnh ADD ảnh hưởng đến các cờ sau: + Cờ CF: = 1 khi kết quả phép cộng có nhớ hay có mượn + Cờ AF: = 1 khi kết quả phép cộng có nhớ hay có mượn đối với 4 bit thấp + Cờ PF: = 1 khi kết quả phép cộng có tổng 8 bit thấp là một số chẵn. + Cờ ZF: = 1 khi kết quả phép cộng là 0. + Cờ SF: = 1 nếu kết quả phép cộng là một số âm + Cờ OF: = 1 nếu kết quả phép cộng bị sai dấu, nghĩa là vượt ra ngoài phạm vi lớn nhất hay nhỏ nhất mà số có dấu có thể chứa trong toán hạng dst. • Lệnh ADC dst, src: (Add with Carry) dst ← dst + src + CF Lệnh ADC thường dùng để cộng các số lớn hơn 16 bit. • Lệnh INC dst: (Increment) dst ← dst + 1 Dst có thể là reg hay mem. • Lệnh AAA: (ASCII Adjust for Addition) Hiệu chỉnh kết quả phép cộng 2 số BCD dạng không nén (mỗi chữ số BCD lưu bằng 1 byte). MOV AX,9 MOV BX,3 ADD AL,BL ; Kết quả là AX = 0Ch AAA ; AX = 0102h (AH = 1, AL = 2) Lệnh AAA chỉ ảnh hưởng đến các cờ AF và CF, không ảnh hưởng đến các cờ còn lại. • Lệnh DAA: (Decimal Adjust for Addition) Hiệu chỉnh kết quả phép cộng 2 số BCD dạng nén (mỗi chữ số BCD lưu bằng 4 bit, nghĩa là 1 byte biểu diễn được các số nguyên từ 0 đến 99). 67/214
MOV AX,4338h ADD AL,AH ; AX ← 437Bh DAA ; AX ← 4381h (43 + 38 = 81) Lệnh DAA chỉ ảnh hưởng đến các cờ AF, CF, PF, SF, ZF và không ảnh hưởng đến thanh ghi AH. Xử lý phép trừ Lệnh SUB dst,src: dst ← dst - src Toán hạng src có thể là reg, mem hay immed còn toán hạng dst chỉ có thể là reg hay mem. - Không thể trừ trực tiếp thanh ghi đoạn - Ảnh hưởng đến các cờ AF, CF, OF, PF, SF và ZF. • Lệnh SBB dst,src: dst ← dst - src - CF Lệnh ADC thường dùng để trừ các số lớn hơn 16 bit. • Lệnh DEC dst: (decrement) dst ← dst - 1 dst là reg hay mem. Lệnh DEC ảnh hưởng đến các cờ AF, OF, PF, SF, ZF. • Lệnh NEG dst:dst ← - dst dst là reg hay mem. Lệnh NEG ảnh hưởng đến các cờ: CF = 1 nếu nội dung kết quả là số khác 0. SF = 1 nếu nội dung kết quả là số âm khác 0. PF = 1 nếu tổng 8 bit thấp là một số chẵn. ZF = 1 nếu nội dung kết quả là 0. OF = 1 nếu nội dung toán hạng dst là 80h (dạng byte) hay 8000h (dạng word). 68/214
Nếu muốn thực hiện phép toán 100 - AH, ta không thể cùng lệnh: SUB 100,AH mà phải dùng lệnh: SUB AH,100 NEG AH • Lệnh AAS: (Ascii Adjust for Substract) Hiệu chỉnh kết quả phép trừ 2 số BCD dạng không nén (mỗi chữ số BCD lưu bằng 1 byte). Lệnh AAS chỉ ảnh hưởng cờ AF và CF. • Lệnh DAS: (Decimal Adjust for Substract) Hiệu chỉnh kết quả phép trừ 2 số BCD dạng nén (mỗi chữ số BCD lưu bằng 4 bit). Lệnh AAS chỉ ảnh hưởng cờ AF và CF. Xử lý phép nhân • Lệnh MUL src: Nếu src là reg hay mem 8 bit: AX ← AL*src Nếu src là reg hay mem 16 bit: DX:AX ← AX*src Lệnh MUL chỉ ảnh hưởng đến cờ CF và OF. • Lệnh IMUL src: Giống như lệnh MUL nhưng kết quả là số có dấu. • Lệnh AAM: (Ascii Adjust for Multiple) Hiệu chỉnh kết quả phép nhân 2 số BCD dạng không nén, lệnh AAM thực hiện chia AL cho 10, lưu phần thương vào AL và phần dư vào AH. Lệnh AAM ảnh hưởng đến các cờ PF, SF và ZF. Xử lý phép chia • Lệnh DIV src: Nếu src là reg/mem 8 bit: AL ← AX DIV src và AH ← AX MOD src Nếu src là reg/mem 16 bit: AX ← DX:AX DIV src và DX ← DX:AX MOD src 69/214
Lệnh DIV không ảnh hưởng đến các cờ nhưng xảy ra tràn trong các trường hợp sau: - Chia cho 0 - Thương lớn hơn 256 đối với dạng 8 bit. - Thương lớn hơn 65536 đối với dạng 16 bit. • Lệnh IDIV src: Giống như lệnh DIV nhưng kết quả là số có dấu. Các trường hợp tràn: - Chia cho 0 - Thương nằm ngoài khoảng (-128,127) đối với dạng 8 bit. - Thương nằm ngoài khoảng (-32767,32768) đối với dạng 16 bit. • Lệnh AAD: (Ascii Adjust for Division) Hiệu chỉnh kết quả phép chia 2 số BCD dạng không nén. Lệnh AAD phải được thực hiện trước lệnh chia. Sau khi thực hiện chia thì phải hiệu chỉnh lại dạng BCD bằng cách dùng lệnh AAM. • Lệnh CBW: (Convert Byte to Word) Nếu AL < 80h thì AH = 0, ngược lại AH = 0FFh Lệnh CBW dùng để chuyển số nhị phân có dấu 8 bit thành số nhị phân có dấu16 bit. • Lệnh CWD: (Convert Word to Double word) Nếu AX < 8000h thì DX = 0, ngược lại DX = 0FFFFh Lệnh CWD dùng để chuyển số nhị phân có dấu 16 bit thành số nhị phân có dấu 32 bit chứa trong DX:AX. Dịch chuyển lệnh và quay Lệnh SHL: (Shift Logical Left) SHL dst,1 SHL dst,CL 70/214
Dịch trái 1 bit hay CL bit. CF ← dst7 ← dst6 ← dst0 ← 0 • Lệnh SHR: (Shift Logical Right) SHR dst,1 SHR dst,CL Dịch phải 1 bit hay CL bit. 0 → dst7 → dst6 → dst0 → CF • Lệnh SAL: giống SHL • Lệnh SAR: Giống như lệnh SHR nhưng giá trị bit dst7 không thay đổi, nghĩa là dst7 → dst7 → dst6 → dst0 → CF • Lệnh ROL: (Rotate Left) ROL dst,1 ROL dst,CL Quay trái 1 bit hay CL bit. CF ← dst7 ← dst6 ← dst0 ← dst7 • Lệnh ROR: (Rotate Right) ROR dst,1 ROR dst,CL Quay phải 1 bit hay CL bit. dst0 → dst7 → dst6 → dst0 → CF • Lệnh RCL: (Rotate though Carry Left) RCL dst,1 RCL dst,CL 71/214
Quay trái 1 bit hay CL bit. CF ← dst7 ← dst6 ← dst0 ← CF • Lệnh RCR: (Rotate though Carry Right) RCR dst,1 RCR dst,CL Quay phải 1 bit hay CL bit. CF → dst7 → dst6 → dst0 → CF Các lệnh logic • Lệnh AND: AND dst,src dst ← dst AND src CF ← 0, OF ← 0 Src là reg, mem hay immed còn dst là reg, mem. • Lệnh OR: OR dst,src dst ← dst OR src CF ← 0, OF ← 0 • Lệnh XOR: XOR dst,src dst ← dst XOR src CF ← 0, OF ← 0 • Lệnh NOT: NOT dst dst ← NOT dst Lệnh NOT không ảnh hưởng đến các cờ. • Lệnh TEST: TEST dst,src 72/214
Lệnh TEST thực hiện phép toán AND 2 toán hạng nhưng chỉ ảnh hưởng đến các cờ và không ảnh hưởng đến toán tử. Nhóm lệnh xử lý chuỗi Bao gồm các lệnh sau: - Lệnh MOVS: chuyển dữ liệu từ vùng nhớ này sang vùng nhớ khác. + MOVSB: chuyển 1 byte từ vị trí chỉ đến bởi SI đến vị trí chỉ bởi DI. Nếu DF = 0 thì SI ← SI + 1, DI ← DI + 1 còn nếu DF = 1 thì SI ← SI - 1, DI ← DI - 1. + MOVSW: chuyển 1 word từ vị trí chỉ đến bởi SI đến vị trí chỉ bởi DI. Nếu DF = 0 thì SI ← SI + 2, DI ← DI + 2 còn nếu DF ← 1 thì SI ← SI - 2, DI ← DI - 2. - Lệnh CMPS: so sánh nội dung 2 vùng nhớ + CMPSB: so sánh 1 byte tại vị trí chỉ đến bởi SI và tại vị trí chỉ bởi DI. Nếu DF = 0 thì SI ← SI + 1, DI ← DI + 1 còn nếu DF ← 1 thì SI ← SI - 1, DI ← DI - 1. + CMPSW: so sánh 1 word tại vị trí chỉ đến bởi SI và tại vị trí chỉ bởi DI. Nếu DF = 0 thì SI ← SI + 2, DI ← DI + 2 còn nếu DF = 1 thì SI ← SI - 2, DI ← DI - 2. - Lệnh SCAS: tìm một phần tử trong vùng nhớ, địa chỉ vùng nhớ xác định bằng cặp thanh ghi ES:DI, giá trị cần tìm đặt trong thanh ghi AL, nếu tìm thấy thì ZF = 1. Giá trị của DI và SI thay đổi giống như trên. - Lệnh LODS: đưa một byte hay word có địa chỉ xác định bởi cặp thanh ghi DS:SI vào thanh ghi AL hay AX. Giá trị của DI và SI thay đổi giống như trên. - Lệnh STOS: chuyển nội dung của AL hay AX vào vùng nhớ xác định bởi cặp thanh ghi ES:DI. Giá trị của DI và SI thay đổi giống như trên. 73/214
Các cấu trúc cơ bản trong lập trình hợp ngữ Cấu trúc tuần tự Cấu trúc tuần tự là cấu trúc đơn giản nhất. Trong cấu trúc tuần tự, các lệnh được sắp xếp tuần tự, lệnh này tiếp theo lệnh kia. Lệnh 1 Lệnh 2 Lệnh n Cộng 2 giá trị của thanh ghi BX và CX, rồi nhân đôi kết quả, kết quả cuối cùng chứa trong AX MOV AX,BX ADD AX,CX ; Cộng BX với CX SHL AX,1 ; Nhân đôi Cấu trúc IF - THEN, IF - THEN - ELSE IF Điều kiện THEN Công việc IF Điều kiện THEN Công việc1 ELSE Công việc2 Gán BX = |AX| CMP AX,0 ;AX > 0? JNL DUONG ; AX dương NEG AX ; Nếu AX 0? 74/214
JNS AM ; AX âm MOV CL,1 JMP NEXT ; CL = 1 (AX dương) AM: MOV CL,0 ;CL = 0 (AX âm) NEXT: Cấu trúc CASE CASE Biểu thức Giá trị 1: Công việc 1 Giá trị 2: Công việc 2 Giá trị n: Công việc n END Nếu AX > 0 thì BH = 0, nếu AX < 0 thì BH = 1. Ngược lại BH = 2 CMP AX,0 JL AM JE KHONG JG DUONG DUONG: MOV BH,0 JMP NEXT AM: MOV BH,1 JMP NEXT KHONG: MOV BH,2 75/214
NEXT: Cấu trúc FOR FOR Số lần lặp DO Công việc Cho vùng nhớ M dài 200 bytes trong đoạn dữ liệu, chương trình đếm số chữ A trong vùng nhớ M như sau: MOV CX,200 ; Đếm 200 bytes MOV BX,OFFSET M ; Lấy địa chỉ vùng nhớ XOR AX,AX ; AX = 0 NEXT: CMP BYTE PTR [BX],'A' ;So sánh với chữ A JNZ ChuA ; Nếu không phải là chữ A thì tiếp INC AX ; tục, ngược lại thì tăng AX ChuA: INC BX LOOP NEXT Cấu trúc lặp WHILE WHILE Điều kiện DO Công việc Chương trình đọc vùng nhớ bắt đầu tại địa chỉ 1000h vào thanh ghi AH, đến khi gặp ký tự '$' thì thoát: MOV BX,1000h CONT: CMP AH,'$' JZ NEXT MOV AH,DS:[BX] JMP CONT NEXT: 76/214
Cấu trúc lặp REPEAT REPEAT Công việc UNTIL Điều kiện Chương trình đọc vùng nhớ bắt đầu tại địa chỉ 1000h vào thanh ghi AH, đến khi gặp ký tự '$' thì thoát: MOV BX,1000h CONT: MOV AH,DS:[BX] CMP AH,'$' JZ NEXT JMP CONT NEXT: 77/214
Các ngắt của 8086 78/214
79/214
Ngắt 21h • Hàm 01h: nhập một ký tự từ bàn phím và hiện ký tự nhập ra màn hình. Nếu không có ký tự nhập, hàm 01h sẽ đợi cho đến khi nhập. - Gọi: AH = 01h - Trả về: AL chứa mã ASCII của ký tự nhập MOV AH,01h INT 21h ; AL chứa mã ASCII của ký tự nhập • Hàm 02h: xuất một ký tự trong thanh ghi DL ra màn hình tại vị trí con trỏ hiện hành - Gọi AH = 02h, DL = mã ASCII của ký tự - Trả về: không có MOV AH,02h MOV DL,'A' INT 21h • Hàm 08h: giống hàm 01h nhưng không hiển thị ký tự ra màn hình • Hàm 09h: xuất một chuỗi ký tự ra màn hình tại vị trí con trỏ hiện hành, địa chỉ chuỗi được chứa trong DS:DX và phải được kết thúc bằng ký tự $ - Gọi AH = 09h, DS:DX = địa chỉ chuỗi - Trả về: không có .DATA Msg DB 'Hello$' MOV AH,09h LEA DX,Msg INT 21h 80/214
• Hàm 0Ah: nhập một chuỗi ký tự từ bàn phím (tối đa 255 ký tự), dùng phím ENTER kết thúc chuỗi - Gọi AH = 0Ah, DS:DX = địa chỉ lưu chuỗi - Trả về: không có Chuỗi phải có dạng sau: - Byte 0: Số byte tối đa cần đọc (kể cả ký tự Enter) - Byte 1: số byte đã đọc - Byte 2: lưu các ký tự đọc .DATA Msg DB 101 ; Đọc tối đa 100 ký tự DB ? DB 101 DUP(?) MOV AH,0Ah LEA DX,Msg INT 21h • Hàm 4Ch: kết thúc chương trình MOV AH,4Ch INT 21h Ngắt 10h • Xoá màn hình: - Gọi AX = 02h - Trả về: không có MOV AX,02h 81/214
INT 10h • Chuyển toạ độ con trỏ: • Gọi AH = 02h, DH = dòng, DL = cột MOV AH,02h MOV DX,0F15h INT 10h Truyền tham số giữa các chương trình Trong lập trình, một vấn đề ta cần quan tâm là truyền tham số giữa chương trình chính và chương trình con. Để thực hiện truyền tham số, ta có thể dùng các cách sau đây: - Truyền tham số qua thanh ghi - Truyền tham số qua ô nhớ (biến) - Truyền tham số qua ô nhớ do thanh ghi chỉ đến - Truyền tham số qua stack Truyền tham số qua thanh ghi Ta thực hiện truyền tham số qua thanh ghi bằng cách: một chương trình con sẽ đưa giá trị vào thanh ghi và chưong trình con khác sẽ xử lý giá trị trên thanh ghi đó. Cộng giá trị tại 2 ô nhớ 1000h và 1001h, kết quả chứa trong 1002h (bye cao) và 1003h (byte thấp). .MODEL SMALL .STACK 100h .CODE main PROC MOV AX,@DATA MOV DS,AX 82/214
MOV BYTE PTR DS:[1000h],10h ; Đưa giá trị vào MOV BYTE PTR DS:[1001h],0FFh ; các ô nhớ CALL Read CALL Sum Mov AH,4Ch INT 21h main ENDP Read PROC ; Đọc dữ liệu vào thanh ghi AX MOV AH,DS:[1000h] MOV AL,DS:[1001h] RET Read ENDP ; Xử lý dữ liệu tại thanh ghi AX Sum PROC ADD AH,AL JZ next MOV DS:[1003h],1 next: MOV DS:[1002h],AH RET Sum ENDP END main Truyền tham số qua ô nhớ (biến) Quá trình truyền tham số cũng giống như trên nhưng thay vì thực hiện thông qua thanh ghi, ta sẽ thực hiện thông qua các ô nhớ. 83/214
Cộng giá trị tại 2 ô nhớ m1 và m2, kết quả chứa trong m3 (bye cao) và m4 (byte thấp). .MODEL SMALL .STACK 100h .DATA m1 db ? m2 db ? m3 db ? m4 db ? .CODE main PROC MOV AX,@data MOV DS,AX MOV m1,10h ; Đưa giá trị vào MOV m2,0FFh ; các ô nhớ CALL Sum MOV AH,4Ch INT 21h main ENDP Sum PROC MOV m4,0 MOV AH,m1 ADD AH,m2 84/214
JNC next MOV m4,1 next: MOV m3,AH RET Sum ENDP END main Truyền tham số qua ô nhớ do thanh ghi chỉ đến Trong cách truyền tham số này, ta dùng các thanh ghi SI, DI, BX để chỉ địa chỉ offset của các tham số còn thanh ghi đoạn mặc định là DS. Cộng giá trị tại 2 ô nhớ m1 và m2, kết quả chứa trong m3 (bye cao) và m4 (byte thấp). .MODEL SMALL .STACK 100h .DATA m1 db ? m2 db ? m3 db ? m4 db ? .CODE main PROC MOV AX,@data MOV DS,AX LEA SI,m1 LEA DI,m2 85/214
LEA BX,m3 MOV [SI],10h ; Đưa giá trị vào MOV [DI],0FFh ; các ô nhớ CALL Sum MOV AH,4Ch INT 21h main ENDP Sum PROC MOV AL,[SI] ADD AL,[DI] JZ next MOV [BX+1],1 next: MOV [BX],AL RET Sum ENDP END main Truyền tham số qua stack Trong phương pháp truyền tham số này, ta dùng stack làm nơi chứa các tham số cần truyền thông qua các tác vụ PUSH và POP. Cộng giá trị tại 2 ô nhớ m1 và m2, kết quả chứa trong m3 (byte cao) và m4 (byte thấp). .MODEL SMALL .STACK 100h .DATA 86/214
m1 dw ? m2 dw ? m3 dw ? m4 dw ? .CODE main PROC MOV AX,@data MOV DS,AX LEA SI,m1 LEA DI,m2 MOV [SI],1234h ; Đưa giá trị vào MOV [DI],0FEDCh ; các ô nhớ PUSH m1 ; Đưa vào stack PUSH m2 CALL Sum POP m3 ; Lấy kết quả đưa vào stack POP m4 MOV AH,4Ch INT 21h main ENDP Sum PROC POP DX ; Lưu lại địa chỉ trả về của lệnh CALL 87/214
POP AX ; Lấy dữ liệu từ stack POP BX ADD AX,BX JNC next PUSH 1 next: PUSH AX PUSH DX ; Trả lại địa chỉ trở về của lệnh CALL RET Sum ENDP END main Các ví dụ minh hoạ In chuỗi ký tự ra màn hình .MODEL SMALL .STACK 100h .DATA msg DB 'Hello$' .CODE main PROC MOV AX,@DATA ; Khởi động thanh ghi DS MOV DS,AX MOV AX,02h ; Xoá màn hình INT 10h MOV AH,02h ; Chuyển toạ độ con trỏ MOV DX,0C15h ; đến dòng 12 (0Ch) và cột 21 (15h) 88/214
INT 10h LEA DX,msg ; Địa chỉ thông điệp MOV AH,09h INT 21h ; In thông điệp ra màn hình MOV AH,4Ch ;Kết thúc chương trình INT 21h main ENDP END main In chuỗi ký tự ra màn hình tại toạ độ nhập vào .MODEL SMALL .STACK 100h .DATA msg DB 'Hello$' msg1 DB 'Nhap vao toa do:$' Crlf DB 0Dh,0Ah,'$' Td DB 3 DB ? DB 3 DUP(?) .CODE main PROC MOV AX,@DATA MOV DS,AX ; Khởi động thanh ghi DS 89/214
MOV AX,02h INT 10h ; Xóa màn hình LEA DX,msg1 MOV AH,09h ; In thông điệp INT 21h CALL Nhap ; Nhập dòng MOV CL,AL LEA DX,Crlf ; Xuống dòng MOV AH,09h INT 21h CALL Nhap ; Nhập cột MOV CH,AL MOV AH,02h ; Chuyển tọa độ con trỏ MOV DX,CX INT 10h LEA DX,msg MOV AH,09h ; In ra màn hình INT 21h MOV AH,4Ch ; Kết thúc chương trình INT 21h main ENDP Nhap PROC 90/214
MOV AH,0Ah ; Nhập vào LEA DX,Td INT 21h LEA BX,Td ; Lấy chữ số hàng chục MOV AL,DS:[BX+2] SUB AL,'0' ; Chuyển từ dạng ký tự sang dạng số MOV BL,10 MUL BL ; Nhân số hàng chục với 10 PUSH AX LEA BX,Td ; Lấy chữ số hàng dơn vị MOV AL,DS:[BX+3] SUB AL,'0' POP BX ADD AL,BL RET Nhap ENDP END main Cộng 2 số nhị phân dài 5 byte .MODEL SMALL .STACK 100h .DATA m1 DB 00h,08h,10h,13h,24h,00h m2 DB 0FFh,0FCh,0FAh,0F0h,0F1h,00h; m3 DB 6 DUP(0) .CODE 91/214
main PROC MOV AX,@DATA MOV DS,AX ; Khởi động thanh ghi DS LEA SI,m1 LEA DI,m2 LEA BX,m3 MOV CX,6 XOR AL,AL next: MOV AL,[SI] ADC AL,[DI] MOV [BX],AL INC BX INC SI INC DI LOOP next MOV AH,4Ch INT 21h main ENDP END main Nhập một chuỗi ký tự và chuyển chữ thường thành chữ hoa .MODEL SMALL .STACK 100h 92/214
.DATA m1 DB 81 DB ? DB 81 DUP(?) m2 DB 'Chuoi da doi:$' .CODE main PROC MOV AX,@DATA MOV DS,AX MOV ES,AX LEA DX,m1 MOV AH,0Ah INT 21h LEA SI,m1 ADD SI,2 MOV DI,SI Next: LODSB CMP AL,0Dh JE quit CMP AL,'a' JB cont CMP AL,'z' JA cont 93/214
SUB AL,20h STOSB DEC DI cont: INC DI JMP next quit: MOV AL,'$' STOSB MOV AX,02h INT 10h LEA DX,m2 MOV AH,09h INT 21h LEA DX,m1+2 MOV AH,09h INT 21h MOV AH,4Ch INT 21h main ENDP END main 94/214
Tổ chức nhập / xuất Các mạch phụ trợ 8284 và 8288 Mạch tạo xung nhịp 8284 Mạch tạo xung nhịp dùng để cung cấp xung nhịp cho µP. Mạch tạo xung nhịp 8284 CSYNC (Clock Synchronisation): ngõ vào xung đồng bộ chung khi hệ thống có các 8284 dùng dao động ngoài tại chân EFI. Khi dùng mạch dao động trong thì phải nối đất. PCLK (Peripheral Clock): xung nhịp f = fX/6 (fX là tần số thạch anh) (Address Enable): cho phép chọn các chân RDY1, RDY2 báo hiệu trạng thái sẵn sàng của bộ nhớ hay thiết bị ngoại vi. Mạch khởi động cho 8284 95/214
RDY1, RDY2 (Bus ready): tạo các chu kỳ đợi ở CPU READY: nối đến chân READY của µP. CLK (Clock): xung nhịp f = fX/3, nối với chân CLK của µP. RESET: nối với chân RESET của µP, là tín hiệu khởi động lại toàn hệ thống (Reset Input): chân khởi động cho 8284 OSC: ngõ ra xung nhịp có tần số fX ˉ F/ C (Frequency / Crystal): chọn nguồn tín hiệu chuẩn cho 8284, nếu ở mức cao thì chọn tần số xung nhịp bên ngoài, ngược lại thì dùng xung nhịp từ thạch anh EFI (External Frequency Input): xung nhịp từ bộ dao động ngoài : chọn chế độ làm việc cho tín hiệu RDY. X1,X2: ngõ vào của thạch anh Mạch điều khiển bus 8288 Mạch điều khiển bus 8288 lấy một số tín hiệu điều khiển của µP và cung cấp các tín hiệu điều khiển cần thiết cho hệ vi xử lý. Mạch điều khiển bus 8288 IOB (Input / Output Bus Mode): điều khiển để 8288 làm việc ở các chế độ bus khác nhau. CLK (Clock): ngõ vào lấy từ xung nhịp hệ thống. S2,S1,S0: các tín hiệu trạng thái lấy trực tiếp từ µP. Tuỳ theo các giá trị nhận được mà 8288 sẽ đưa các tín hiệu theo bảng dưới đây: 96/214
ˉ DT/ R (Data Transmit/Receive): µP truyền (1) hay nhận (0) dữ liệu. ALE (Address Latch Enable): tín hiệu cho phép chốt địa chỉ (Address Enable): chờ thời gian trễ khoảng 150 ns sẽ tạo các tín hiệu điều khiển ở đầu ra của 8288 để đảm bảo rằng địa chỉ sử dụng đã hợp lệ. (Memory Read Command): điều khiển đọc bộ nhớ (Memory Write Command): điều khiển ghi bộ nhớ (Advanced MWTC),: giống như nhưng hoạt động sớm hơn một chút dùng cho các bộ nhớ chậm đáp ứng kịp tốc độ µP. (I/O Write Command): điều khiển ghi ngoại vi (Advanced IOWC),: giống như nhưng hoạt động sớm hơn một chút dùng cho các ngoại vi chậm đáp ứng kịp tốc độ µP. (I/O Read Command): điều khiển đọc ngoại vi (Interrupt Acknowledge): ngõ ra thông báo µP chấp nhận yêu cầu ngắt của thiết bị ngoại vi CEN (Command Enable): cho phép đưa ra các tín hiệu của 8288. DEN (Data Enable): tín hiệu điều khiển bus dữ liệu thành bus cục bộ hay bus hệ thống. MCE / (Master Cascade Enable / Peripheral Data Enable): định chế độ làm việc cho mạch điều khiển ngắt PIC 8259. 97/214
Giao tiếp với thiết bị ngoại vi Các kiểu giao tiếp vào / ra Thiết bị ngoại vi có địa chỉ tách rời với bộ nhớ Trong cách giao tiếp này, bộ nhớ dùng toàn bộ không gian 1 MB. Các thiết bị ngoại vi sẽ có một không gian 64 KB cho mỗi loại cổng. Trong kiểu giao tiếp này, ta phải dùng tín hiệu IO/M và các lệnh trao đổi dữ liệu thích hợp. Bộ nhớ: IO/M = 0, dùng lệnh MOV Ngoại vi: IO/M = 1, dùng lệnh IN (nhập) hay OUT (xuất) Thiết bị ngoại vi và bộ nhớ có chung không gian địa chỉ Trong kiểu giao tiếp này, thiết bị ngoại vi sẽ chiếm một vùng nào đó trong không gian địa chỉ 1 MB và ta chỉ dùng lệnh MOV để thực hiện trao đổi dữ liệu. Giải mã địa chỉ cho thiết bị vào / ra Việc giải mã địa chỉ cho thiết bị ngoại vi cũng tương tự với việc giải mã địa chỉ cho bộ nhớ. Thông thường, các cổng có địa chỉ 8 bit A0 - A7. Tuy nhiên, trong một số hệ vi xử lý, các cổng sẽ có địa chỉ 16 bit. Ta có thể dùng mạch NAND để tạo tín hiệu chọn cổng nhưng mạch này chỉ có thể giải mã cho 1 cổng. Trong trường hợp cần nhiều tín hiệu chọn cổng, ta có thể dùng bộ giải mã 74LS138 để giải mã cho 8 cổng khác nhau. 98/214
Giải mã cho các cổng Các mạch cổng đơn giản Các mạch cổng có thể được xây dựng từ các mạch chốt 8 bit (74LS373: kích theo mức, 74LS374: kích theo cạnh), các mạch đệm 8 bit (74LS245). Chúng được dùng trong các giao tiếp đơn giản để µP và ngoại vi hoạt động tương thích với nhau. Giao tiếp vào/ra song song lập trình được 8255A PPI (Programmable Peripheral Interface) Giới thiệu 8255A là thiết bị xuất nhập song song lập trình được. Nó là một thiết bị I/O đa dụng có thể sử dụng với bất cứ µP nào, có thể lập trình để truyền dữ liệu, từ I/O thông thường đến I/O interrupt. 8255A có thể chia thành 3 Port: A, B và C; mỗi port 8 bit trong đó Port C có thể sử dụng như 8 bit riêng hay chia thành 2 nhóm, mỗi nhóm 4 bit: PCH (PC7 ÷ PC4) và PCL (PC3 ÷ PC0). 8255A có thể hoạt động ở 2 chế độ (mode): BSR (Bit Set/Reset) và I/O. • Chế độ BSR: dùng để đặt hay xóa các bit của Port C. • Chế độ I/O: gồm có 3 chế độ: - Chế độ 0: tất cả các Port làm việc như các Port I/O đơn giản. 99/214
- Chế độ 1 (chế độ bắt tay: handshake): các Port A và B dùng các bit của Port C làm tín hiệu bắt tay. Trong chế độ này, các kiểu truyền dữ liệu I/O có thể được cài đặt, kiểm tra trạng thái và ngắt. - Chế độ 2: Port A có thể dùng để truyền dữ liệu song hướng dùng các tín hiệu bắt tay từ Port C còn Port B được thiết lập ở chế độ 0 hay 1. Sơ đồ chân của 8255A Sơ đồ khối Sơ đồ khối của 8255A Logic điều khiển của 8255A gồm có 6 đường: 100/214
- (Read): cho phép ĐỌC. Khi chân này ở mức THẤP thì cho phép đọc dữ liệu từ Port I/O đã chọn. - (Write): cho phép GHI. Khi chân này ở mức THẤP thì cho phép ghi dữ liệu ra Port I/O đã chọn. - RESET: khi chân này ở mức cao thì sẽ xoá thanh ghi điều khiển và đặt các Port ở chế độ nhập. - (Chip Select): chân chọn chip, thông thường được nối vào địa chỉ giải mã. - A1, A0: giải mã xác định Port Xét sơ đồ kết nối 8255A như hình vẽ trang bên: Theo bảng trên, để chọn Port A, ta phải có: 101/214
Logic chọn chip 8255A Mà = 0 khi A7 = A6 = A5 = A4 = A3 = A2 = 1. Từ đó ta được địa chỉ Port I/O như sau: Thanh ghi điều khiển: Như đã biết, 8255A có 2 chế độ hoạt động và các Port của nó có thể có các chức năng I/ O khác nhau. Để xác định chức năng của các Port, 8255A có một thanh ghi điều khiển (CR: Control Register). Nội dung của thanh ghi này gọi là từ điều khiển (CW: Control Word). Thanh ghi điều khiển sẽ được truy xuất khi A1 = A0 = 1. Chú ý rằng ta không thể thực hiện tác vụ Đọc đối với thanh ghi này. Nếu bit D7 = 0, Port C làm việc ở chế độ BSR nhưng từ điều khiển BSR không ảnh hưởng đến chức năng các Port A, B. 102/214
Dạng từ điều khiển cho 8255A ở chế độ I/O Mode 0: Xuất/nhập đơn giản Trong chế độ này, mỗi port (hay nửa port của Port C) làm việc như các port nhập hay xuất với các tính chất sau: - Các ngõ ra được chốt. - Các ngõ vào không được chốt. - Các port không có khả năng bắt tay và ngắt. Để giao tiếp với ngoại vi thông qua 8255A cần phải: - Xác định địa chỉ của các port A, B, C và CR thông qua các chân chọn chip và giải mã A1, A0. - Ghi từ điều khiển vào thanh ghi điều khiển. - Ghi các lệnh I/O để giao tiếp với ngoại vi qua các port A, B, C. Xét sơ đồ kết nối 8255A như sau: 103/214
Giao tiếp các port 8255A ở mode 0 - Xác định địa chỉ port: - Từ điều khiển: Các Port của 8255A được khởi động bằng cách đặt từ điều khiển 82h vào thanh ghi điều khiển. 104/214
Trong sơ đồ kết nối này, 4 bit cao của Port B dùng làm Port nhập còn Port A và Port C làm Port xuất. Các tác vụ Đọc và Ghi được phân biệt bằng các tín hiệu điều khiển - Lưu đồ giải thuật: • Chương trình: .MODEL SMALL .STACK 100h .CODE Main PROC MOV AL,82h ; Từ điều khiển (CW) là 82h MOV DX,303h ; Địa chỉ thanh ghi điều khiển (CR) ; Ghi CW vàoCR OUT DX,AL ; Địa chỉ Port B 105/214
Cont:MOV DX,30h ; Đọc dữ liệu từ Port B (công tắc) ; Che 4 bit thấp IN AL,DX ; Kiểm tra công tắc 1 AND AL,0F0h ; Nếu không nhấn MOV AH,AL ; Nếu nhấn công tắc 1 thì CMP AH,01110000b ; xuất ra Port A JNE notSW1 ; để sáng 4 Led ở 4 bit thấp (Port A) MOV AL,0Fh ; Kiểm tra công tắc 2 MOV DX,300h ; Nếu không nhấn OUT DX,AL notSW1:CMP AH,10110000b JNE notSW2 MOV AL,0F0h ; Nếu nhấn công tắc 2 thì MOV DX,300h ; xuất ra Port A OUT DX,AL ; để sáng 4 Led ở 4 bit cao (Port A) ; Kiểm tra công tắc 3 notSW2: CMP AH,11010000b ; Nếu không nhấn JNE notSW3 ; Nếu nhấn công tắc 3 thì MOV AL,0Fh ; xuất ra Port C MOV DX,302h ; để sáng 4 Led ở 4 bit cao (Port C) ; Kiểm tra công tắc 4 OUT DX,AL ; Nếu không nhấn notSW3: CMP AH,11100000b ; Nếu nhấn công tắc 4 thì JNE notSW4 ; xuất ra Port C MOV AL,F0h ; để sáng 4 Led ở 4 bit thấp (Port C) 106/214
MOV DX,302h OUT DX,AL notSW4: JMP cont main ENDP END main Mode BSR chỉ liên quan đến 8 bit của Port C, có thể đặt hay xoá các bit bằng cách ghi một từ điều khiển thích hợp vào thanh ghi điều khiển. Một từ điều khiển với D7 = 0 gọi là từ điều khiển BSR, từ điều khiển này không làm thay đổi bất cứ từ điều khiển nào được truyền trước đó với D7 = 1, nghĩa là các hoạt động I/O của Port A và B không bị ảnh hưởng bởi từ điều khiển BSR. • Từ điều khiển BSR: Từ điều khiển BSR khi được ghi vào thanh ghi điều khiển sẽ đặt hay xoá mỗi lần 1 bit. Xét sơ đồ kết nối 8255A như hình 4.10. Giả sử ta cần tạo một sóng chữ nhật tại bit PC0. Để tạo một sóng chữ nhật tại PC0, ta cần 2 mức logic là 0 và 1 tại PC0. - Địa chỉ thanh ghi điều khiển (bảng 4.4): 303h 107/214
- Chương trình con: bsr: MOV AL,01h ; Từ điều khiển BSR MOV DX,303h ; Địa chỉ thanh ghi điều khiển (CR) OUT DX,AL ; Đặt PC0 = 1 CALL DELAY1 ; Chờ MOV AL,00h ; Từ điều khiển BSR OUT DX,AL ; Xóa PC0 = 0 CALL DELAY2 ; Chờ JMP bsr Khi sử dụng ở mode BSR, cần chú ý các điều sau: - Để đặt hay xoá các bit ở Port C, từ điều khiển được ghi vào thanh ghi điều khiển chứ không ghi vào Port C. - Một từ điều khiển BSR chỉ ảnh hưởng đến một bit của Port C. - Từ điều khiển BSR không ảnh hưởng đến I/O mode. Mode 1: Nhập / xuất với bắt tay (handshake) Trong mode 1, các tín hiệu bắt tay được trao đổi giữa µP và thiết bị ngoại vi trước khi truyền dữ liệu. Các đặc tính ở chế độ này là: - Hai Port A, B làm việc như các Port I/O 8 bit. - Mỗi Port sử dụng 3 đường từ Port C làm các tín hiệu bắt tay. Hai đường còn lại có thể dùng cho các chức năng I/O đơn giản. - Dữ liệu nhập / xuất được chốt. - Hỗ trợ ngắt. Các tín hiệu điều khiển nhập 108/214
Cấu hình nhập của 8255A ở mode 1 Theo hình vẽ, ta thấy Port A dùng 3 đường tín hiệu trên PC3, PC4 và PC5; Port B dùng 3 đường tín hiệu trên PC0, PC1 và PC2 làm các tín hiệu bắt tay. Các tín hiệu này có các chức năng sau khi các port A và B được đặt cấu hình là nhập: - (Strobe Input): tích cực mức thấp, tín hiệu này được tạo bởi thiết bị ngoại vi để xác định rằng ngoại vi đã truyền 1 byte dữ liệu. Khi 8255A đáp ứng , nó sẽ tạo ra IBF và INTR (hình 10). - IBF (Input Buffer Full): tín hiệu này dùng để xác nhận 8255A đã nhận byte dữ liệu. Nó sẽ bị xoá khi µP đọc dữ liệu. - INTR (Interrupt Request): Đây là tín hiệu xuất dùng để ngắt µP. Nó được tạo ra nếu , IBF và INTE (flipflop bên trong) đều ở mức logic 1 và bị xoá bởi cạnh xuống của tín hiệu (Hình 10). - INTE (Interrupt Enable): là một flipflop dùng để cho phép hay cấm quá trình tạo ra tín hiệu INTR. Hai flipflop INTEA và INTEB được đặt / xoá dùng BSR mode thông qua PC4 và PC2. 109/214
Dạng sóng định thì cho ngõ vào có strobe • Các từ điều khiển và trạng thái: - Từ điều khiển: để xác định từ điều khiển - Từ trạng thái: sẽ được đặt trong thanh ghi tích luỹ nếu đọc Port C. Các tín hiệu điều khiển xuất 110/214
Cấu hình xuất của 8255A ở mode 1 Chức năng các đường tín hiệu : - (Output Buffer Full): tín hiệu này sẽ xuống mức thấp khi µP ghi dữ liệu vào Port xuất của 8225A. Tín hiệu này đưa đến thiết bị ngoại vi để xác định dữ liệu sẵn sàng đưa vào ngoại vi (Hình 11). Nó sẽ lên mức cao khi 8255A nhận từ ngoại vi. - (Acknowledge): đây là tín hiệu nhập từ ngoại vi (tích cực mức thấp) xác nhận dữ liệu đã nhập vào ngoại vi. - INTR (Interrupt Request): đây là tín hiệu xuất, đặt bằng cạnh lên của tín hiệu . Tín hiệu này có thể dùng để ngắt µP yêu cầu byte dữ liệu kế tiếp để xuất. INTR được đặt khi , và INTE ở mức logic 1 (Hình 4.14) và được xoá bởi cạnh xuống của tín hiệu . - INTE (Interrupt Enable): đây là flipflop nội dùng để tạo tín hiệu INTR. Hai flipflop INTEA và INTEB điều khiển bằng các bit PC6 và PC2 thông qua BSR mode. 111/214
Dạng sóng cho xuất strobe (có lấy mãu) (với bắt tay) • Từ điều khiển và trạng thái: Từ điều khiển: Từ trạng thái: Mode 2: Truyền dữ liệu song hướng Mode nay dùng chủ yếu trong các ứng dụng như truyền dữ liệu giữa hai máy tính hay giao tiếp bộ điều khiển đĩa mềm. Trong mode này, Port A dùng làm Port song hướng và Port B làm việc ở Mode 0 hay 1. Port A sử dụng 5 tín hiệu tại Port C làm các tín hiệu điều khiển để truyền dữ liệu. Ba tín hiệu còn lại của Port C được dùng làm I/O đơn giản hay bắt tay cho Port B. 112/214
8255A dùng ở Mode 2 Các ví dụ minh họa Giao tiếp với bộ chuyển đổi A/D ADC0804 dùng 8255A ở Mode 0 và Mode BSR Ta thiết lập 8255A hoạt động như sau: - Dùng Port A để đọc dữ liệu. - Dùng PC0, PC3 điều khiển các chân của ADC0804. Xét sơ đồ mạch có logic chọn chip giống như hình 4.10. Tầm địa chỉ Port từ 300h ÷ 303h. 113/214
- Từ điều khiển mode 0: Port A: nhập Pot B: không sử dụng Port Clow: port xuất dùng để điều khiển 2 ngõ của ADC0804 Port Chigh: port nhập dùng để đọc trạng thái ở chân của ADC0804 - Từ điều khiển BSR: Giao tiếp bộ chuyển đổi A/D ADC0804 dùng 8255A - Mô tả chương trình: + Khởi động 8255A bằng cách đặt từ điều khiển mode 0 vào thanh ghi điều khiển. 114/214
+ Cấp một xung vào chân RD của 8255A. + Đọc trạng thái của ADC0804 từ chân INTR . + Nếu INTR = 0 thì cấp một xung vào chân WR của ADC0804 để xuất dữ liệu. + Đọc dữ liệu từ ADC0804 vào thông qua Port A. • Đoạn chương trình thực hiện: adc: MOV DX,303h ; Địa chỉ thanh ghi điều khiển (CR) MOV AL,90h ; Từ điều khiển (CW) OUT DX,AL ;Ghi CW vào CR MOV AL,01h ; Từ điều khiển BSR để PC0 = 1 (RD = 1) OUT DX,AL ; Xuất ra CR MOV AL,07h ; Từ điều khiển BSR để PC3 = 1 OUT DX,AL ; Xuất ra CR MOV AL,06h ; Từ điều khiển BSR để PC3 = 0, tạo xung WR OUT DX,AL ; Xuất ra CR CALL DELAY ; Chờ quá trình chuyển đổi thực hiện xong MOV AL,07h ; Từ điều khiển BSR để PC3 = 1 OUT DX,AL ; Xuất ra CR MOV DX,300h ; Địa chỉ Port A IN AL,DX ; Đọc dữ liệu đã chuyển đổi từ ADC0804 MOV AL,01h ; Từ điều khiển BSR để PC0 = 1 (RD = 1) OUT DX,AL ; Xuất ra CR RET ; vào từ Port A của 8255A 115/214
Giao tiếp với máy in trong chế độ bắt tay (Mode 1) Xét mạch giao tiếp 8255A ở mode 1 với Port A được dùng làm Port nhập từ bàn phím với I/O interrupt và Port B được thiết kế làm Port xuất tới máy in với I/O kiểm tra trạng thái. Ta cần thực hiện các công việc sau: - Xác định địa chỉ Port. - Xác định từ điều khiển để Port A nhập và Port B xuất ở Mode 1. - Xác định từ điều khiển BSR cho phép ngắt (INTEA). - Xác định các byte mặt nạ để kiểm tra các đường OBFB trong I/O kiểm tra trạng thái. - Viết các lệnh khởi động và chương trình con in các ký tự chứa trong bộ nhớ. Giả sử logic chọn chip như hình 4.10, địa chỉ Port cho trong bảng 4.4: PA: FCh PB: FDh PC: FEh CR: FFh Giao tiếp 8255A ở Mode 1 • Từ điều khiển: Port A nhập, Port B xuất ở Mode 1 116/214
- Từ điều khiển BSR: dùng để đặt flipflop cho phép ngắt của Port A (INTEA), bit PC4 = 1 - Từ trạng thái kiểm tra : Byte mặt nạ: 0000 0010b • Khởi động: MOV DX, 0FFh ; Khởi động 8255A MOV AL, 0B4h ; ở Mode 1, Port A nhập OUT DX, AL ; Port B xuất MOV AL, 09h ; Đặt INTEA OUT DX, AL ; cho phép INTRA CALL print • Chương trình con PRINT: print: LEA DX,msg ; Chỉ đến vị trí chứa các ký tự MOV SI, DX ADD SI,2 next: LODSB ; Lấy ký tự từ bộ nhớ CMP AL,0 ; Nếu không còn ký tự nào 117/214
JNE cont ; thì kết thúc JMP exit cont: MOV AH,AL ; Lưu ký tự vừa đọc MOV DX,0FEh status: IN AL,DX ; Đọc vào từ Port C AND AL,02h ; Chỉ nhận PC1 JE status ; Nếu máy in không sẵn sàng thì chờ MOV AL,AH MOV DX,0FDh ; Xuất ký tự đã nhận ra OUT DX,AL ; máy in (Port B) JMP next ; Xử lý ký tự kế tiếp exit: RET • Mô tả chương trình: - Ta sử dụng 8255A trong phần thiết kế này cho phép 2 hoạt động: xuất ra máy in và lấy dữ liệu vào từ bàn phím. Giao tiếp với máy in dùng kiểm tra trạng thái và giao tiếp bàn phím dùng ngắt. - Trong chương trình con PRINT, ký tự được đặt trong thanh ghi tích luỹ A và trạng thái đọc từ Port C. Ban đầu Port B trống, bit PC1 (OBFB) ở mức cao. Ta thực hiện lệnh OUT gởi dữ liệu ra Port B. Tín hiệu OBFB sẽ xuống mức thấp do tác động cạnh lên của tín hiệu WR , xác định rằng dữ liệu đã gởi ra máy in. Sau khi nhận byte dữ liệu, máy in gởi trở lại tín hiệu ACK xác định đã nhận. Tín hiệu ACK làm cho OBFB ở mức cao xác định máy in sẵn sàng nhận ký tự kế tiếp và chương trình con PRINT tiếp tục thực hiện cho đến khi không còn ký tự nào trong vùng nhớ. 118/214
- Nếu một phím được nhấn khi chương trình con PRINT đang thực thi, byte dữ liệu truyền tới Port A và STBA xuống mức thấp, đặt IBFA lên mức cao. Khi STBA trở lại mức cao thì sẽ tạo ra INTRA. Tín hiệu này tạo ngắt đến µP và điều khiển được chuyển đến chương trình phục vụ ngắt. Chương trình này sẽ đọc nội dung Port A, cho phép ngắt và quay về chương trình con PRINT. Truyền dữ liệu giữa hai microprocessor trong xử lý phân bố dùng 8255A ở Mode 2 Ta thiết kế mạch giao tiếp để truyền dữ liệu hai chiều dạng chủ - tớ (master - slave) giữa hai µP. Thông tin 2 chiều giữa 2 µP dùng 8255A Hình 17 chỉ sơ đồ khối thiết lập thông tin hay chiều giữa chủ và tớ . Sơ đồ khối chỉ hai data bas hai chiều - chủ và tớ - được nối với nhau thông qua 8225A, trong đó 8225A làm việc như thiết bị giao tiếp của µP chủ. Port A của 8225A được dùng để truyền dữ liệu hai chiều và 4 tín hiệu từ port C được dùng để bắt tay. Quá trình truyền dữ liệu tương tự như Mode 1 của 8225A. Khi µP chủ ghi 1 byte dữ liệu vào 8225A tín hiệu xuống mức thấp để báo cho µP tớ biết là đã gởi dữ liệu vào, µP tớ sẽ báo nhận được khi nó đọc byte dữ liệu này. Tương tự, hai tín hiệu bắt tay khác được dùng khi µP tớ truyền 1 byte dữ liệu đến µP chủ. µP chủ đòi hỏi các port I/O dùng để đọc và ghi dữ liệu và kiểm tra trạng thái của các tín hiệu bắt tay. Tương tự, µP tớ cần các port I/O để thực hiện Đọc và Ghi. Truyền dữ liệu có thể được thực hiện bằng cách kiểm tra trạng thái hay dùng ngắt. Tốc độ xử lý dữ liệu đối với µP chủ quan trọng hơn nên thường dùng µP chủ ở chế độ ngắt và µP tớ ở chế độ kiểm tra trạng thái. Ở ví dụ này, ta sẽ dùng cả 2 µP ở chế độ kiểm trạng thái. Các hoạt động truyền dữ liệu giữa 2 I/O kiểm tra trạng thái có thể liệt kê như sau: • Truyền dữ liệu từ µP chủ đến µP tớ: 119/214
1. µP chủ đọc trạng thái của để kiểm tra xem µP tớ đã đọc dữ liệu chưa. Đây là chức năng nhập cho µP chủ. 2. µp chủ ghi dữ liệu vào Port A và 8225A báo cho µP tớ biết bằng cách đưa tín hiệu xuống mức thấp. Đây là chức năng xuất của µP chủ. 3. µP tớ kiểm tra tín hiệu (từ µP chủ) để xác định tính sẵn sàng của dữ liệu. Đây là chức năng nhập đối với µP tớ. 4. µP tớ đọc dữ liệu từ Port A và báo cho biết đã nhận được bằng cách đưa tín hiệu xuống mức thấp . Đây là chức năng nhập đối với µP tớ. • Truyền dữ liệu từ µP tớ dến µp chủ: 1. µP tớ kiểm tra tín hiệu bắt tay IBF để xem port A có sẵn sàng truyền dữ liệu hay không để truyền 1 byte . Đây là chức năng nhập đối với µP tớ . 2. µP đặt byte dữ liệu lên data bus và báo cho 8225A biết rằng sẵn sàng gởi dữ liệu bằng cách dùng tín hiệu . Đây là chức năng xuất đối vói µP tớ. 3. 8225A đưa IBF lên mức cao, µP chủ đọc tín hiệu này để xác định dữ liệu sẵn sàng chưa . Đây là chức năng nhập đối với µP chủ . 4. µP chủ đọc byte dữ liệu . Đây là chức năng nhập đối với µP chủ. • Kết nối phần cứng: Hình 18 cho thấy sơ đồ kết nối các port cần thiết và logic chọn chip cho 8255A. µP chủ thực hiện giải mã chọn 8255A dùng cổng NAND 8 ngõ vào nên 8255A được chọn khi tất cả các ngõ vào của cổng NAND đều ở mức 1. Từ đó, ta có các địa chỉ Port của 8255A đối với µP chủ là: PA: FCh PB: FDh PC: FEh CR: FFh 120/214