3.5 cpu及cpu寄存器

2020/2/133.5CPU与CPU寄存器3.5.1本单元的目标1）明白CPU的工作原理2）知道CPU包含那些寄存器3）掌握每个寄存器的功能及访问方式4）了解与各个寄存器相关的一些指令3.5.2CPU组成部分CPUControl控制单元（调度中心）ALU运算单元（加工车间）CPURegisterCPU寄存器（仓库）3.5.3CPU的工作原理－炒饭一盘扬州炒饭是如何做出来的？3.5.3CPU的工作原理－炒饭主料：青豆、胡萝卜、火腿、鸡蛋、米饭（最好是隔夜饭）、蒜籽、葱；调料色拉油、盐、鸡精；3.5.3CPU的工作原理－炒饭制作：1、首先将胡萝卜、火腿洗净切成小丁块状，越小越好，当然了不能切成沫状。再将辅料洗净切成沫状，将鸡蛋搅碎放入少许葱沫在内。2、将锅内放上少许色拉油加至8成热，将切好的主料，同时也放入切好的蒜沫，放入锅里炒拌，炒到可以闻到香味时(此过程只需几秒钟)再将鸡蛋放入锅内炒拌，（这时需加大火候,这样鸡蛋会很松软，也不易炒糊），当鸡蛋炒至金黄色时，将其装盘。3、再放入少许色拉油加热至八成，将米饭放入锅内翻抄。此时，需将饭中加放少许食盐和鸡精，（鸡精不宜放太多，否则太鲜也不好吃）当米饭炒到在锅里可以蹦起饭粒时，再将刚才炒好的主料及辅料全部返锅炒拌，直到饭粒松软不粘为起锅最佳时间。3.5.3CPU的工作原理－炒饭做一盘扬州炒饭的大概过程：1）厨房中事先准备好了做各种菜式的各种配料；2）厨师从所有的配料中选择炒饭需要的配料；3）厨师把挑选的配料按照一定的时间顺序放到锅里，然后厨师利用他高超的厨艺炒出美味的炒饭；4）厨师把做好的炒饭装在盘中。3.5.3CPU的工作原理－工厂加工工厂的加工过程1）准备好加工产品的各种原材料；2）物资调配部分对各种原材料进行调度分配，把它们送到生产线；3）生产线对各种原材料进行加工，生产出成品；4）生产出来的成品被送到仓库中存储。3.5.3CPU的工作原理CPU的工作原理：1）单片机运行后，CPU控制单元从存储器中提取指令；2）控制单元把指令送到逻辑算术运算单元中；3）逻辑算术运算单元对这些指令进行处理，得到相应的数据；4）控制单元再把运算单元处理后的数据存储到存储器中。3.5.3CPU的工作原理：2×3CPU如何处理2×3？3.5.4.1CPU内部寄存器五个内部寄存器A、H：X、SP、PC、CCR3.5.4.1CPU内部寄存器:A累加器A（Accumulator）：8位寄存器作用大，被访问的频率高主要作用：存放CPU的操作数保存运算的结果3.5.4.1A作用1：存放操作数有些直接操作累加器A的单目指令，或者一些不是直接操作累加器A的双目指令，需要把操作数先存放在A中。例1：单目指令LDA#%00000011;(A)=#%00000011LSLA;(A)=#%00000110例2：双目指令LDA#1T;(A)=#1TADD#2T;(A)=#3T实例程序：cpu_demo_累加器A3.5.4.1A作用2：保存结果累加器A还可以保存计算的结果例3：加法中保存结果LDA#1T;(A)=#1TADD#2T;(A)=#3T例4：乘法中保存乘积的低八位(高八位存在X中)LDX#2TLDA#3T;(A)=#3TMUL;(A)=#6T实例程序：cpu_demo_累加器A3.5.4.1与A有关的常用指令CLRALDASTAADDSUBMULINCADECACMP3.5.4.2CPU内部寄存器:变址寄存器变址寄存器（Indexregister）：由H和X两个8位寄存器构成的16位寄存器，标志为H:X，H为高八位，X为低八位。主要作用：H:X用于64KB存储空间寻址暂存数据和计算结果3.5.4.2存储空间寻址例5：变址寻址CLR$8F;($8F)=0LDHX#$008F;(X)=#$8FLDA,X;(A)=(#$8F)实例程序：cpu_demo_变址寄存器3.5.4.2存放计算结果例6：8位乘法运算中存放结果的高8位已知：$31*$6=$126LDX#$31;(X)=#$31LDA#$06MUL;(X)=#$01实例程序：cpu_demo_变址寄存器3.5.4.2与H:X相关的常用指令CLRXCLRHLDXSTXLDHXSTHXTAXTXATXSINCXDECXAIXMULCPXCPHXTSTX3.5.4.3CPU内部寄存器:PC程序计数器（ProgramPointer）：16位寄存器，指向存放下一个指令或预取操作数的地址指令码或操作数预取后，PC地址会自动增量指向下一个。“先取后增”。复位后，自动装入$FFFE（高位）和$FFFF（低位）中的值作为程序入口，即$FFFE和$FFFF存放的为地址，非操作码。运行实际的程序，看PC如何变化3.5.4.4CPU内部寄存器:CCR条件码寄存器（ConditionCodeRegister）：8位寄存器：5个状态位、1个中断屏蔽位，两个未用置1bit标识名称107V溢出二进制补码有溢出无溢出6保留始终为15保留4H半进位累加器3向4位进位无进位3I中断屏蔽禁止CPU中断开放中断2N负运算结果为负非负1Z零运算结果为零非零0C进位运算结果进位或借位无进无借实例cpu_demo_条件码寄存器CCR，演示各个状态的变化3.5.4.4CCR中各位状态的改变1;在AC16中,复位时,禁止中断,I=1,CCR的初始状态为：V=0,H=0,I=1,N=0,Z=0,C=0LDA#$80;V=0,H=0,I=1,N=1,Z=0,C=0;装入一个负数,N=1NEGA;V=1,H=0,I=1,N=1,Z=0,C=1;0-(A)=0-(-128)=128,一个8位的有符号数所能表示的范围:-128~127,128超出能表示的范围,故溢出,V=1CLRA;V=0,H=0,I=1,N=0,Z=1,C=1;将累加器中的值清零,故Z=1条件码寄存器中各位的状态会受到多种指令操作的影响。3.5.4.4CCR中各位状态的改变2LDA#%00001000;V=0,H=0,I=1,N=0,Z=0,C=1ADD#%00001001;V=0,H=1,I=1,N=0,Z=0,C=0;#%00001000+#%00001001=#%00010001;3位向4位进位,故H=1CLI;V=0,H=1,I=0,N=0,Z=0,C=0;开中断,不再禁止中断,故I=0LDA#3TSUB#4T;V=0,H=1,I=0,N=1,Z=0,C=1;3-4=-1,结果为负数,且有借位,故N=1,C=13.5.4.4利用CCR中的标志进行跳转预备知识:逻辑左移指令LSLA×b7b6b5b4b3b2b1b00AC0b0b1b2b3b4b5b6b7CA01000010×CA001000010CA3.5.4.4利用CCR中的标志进行跳转程序中也往往会根据各个状态位的状态作出适当的跳转。例7：LDA#%01000010;(A)#%01000000LSLA;把A中的值左移1位,移出的值放在标;志C中.移位后(A)=#%10000100,C=0BCSC_High;如果C=1,则转到标志C_High;所在的位置C_Low:MOV#0T,VarLSLA;移位后(A)=#%000001000,C=1BCSC_HighBRAC_Low;转移到标志C_Low所在的位置C_High:MOV#1T,Var3.5.4.4利用CCR中的标志进行跳转程序中也往往会根据各个状态位的状态作出适当的跳转。例7：LDA#%01000010LSLABCSC_HighC_Low:MOV#0T,VarLSLABCSC_HighBRAC_LowC_High:MOV#1T,VarLDALSLAC_HighMOV#1T,VarC_LowMOV#0T,VarLSLAC=1?C=1?是否是否3.5.4.4直接操作CCR的指令TPATAPSEICLRI3.5.4.5CPU寄存器其他说明A，H，X，SP，PC，CCR不与其他存储器和FLASH统一编址。对它们的操作往往是隐含寻址。对A，H，X，SP，CCR寄存器，用户可用指令直接操作赋值，同时CPU也将运算结果存入其中。对PC(程序指针)16位寄存器，用户无直接操作赋值指令，其内容仅由CPU处理。