główna technologie indeks tematyczny indeks alfabetyczny

MIKROPROCESOR MOTOROLA MC68000

Schemat

Schemat 1
Schemat 2

Architektura

Mikroprocesor posiada niezależne magistrale danych (16 bitów) i adresową (24 bity) co poprzez mniejszą złożoność układu prowadzi do zwiększenia szybkości działania. 24-bitowa szyna adresowa umożliwia bezpośrednie adresowanie 16 MB pamięci.

Rodzina mikroprocesorów 68000 nie ma wyróżnionego wśród rejestrów akumulatora. Funkcje tę może pełnić dowolny z ośmiu dostępnych 32-bitowych rejestrów danych D0-D7. Dane przechowywane w tych rejestrach mogą być:
-niezależnymi bitami - 32 bity,
-liczbami BCD (4-bity) - 8 liczb,
-słowami words (16-bitów) - 2 słowa,
-podwójnymi słowami long words (32-bity) - 1 słowo.

Załadowanie danej do rejestru danych o rozmiarze mniejszym od 32 bitów nie powoduje (tak jak w rejestrach adresowych) znakowego rozszerzenia tej danej do 32 bitów. Oznacza to, że górna część rejestru pozostaje niezmieniona.

Rejestry danych nie mogą być wykorzystane do adresowania pamięci. Są one używane jako tymczasowe komórki pamięci, w których przechowywać można dane. Wiele instrukcji wymaga, aby rejestry danych zawierały jeden lub więcej operandów danej instrukcji.

Rejestry A0-A6 to 32-bitowe rejestry adresowe, które można adresować programowo. Rejestr A7 to de facto dwa rejestry 32-bitowe, z których tylko jeden działa w danym momencie. Podczas pracy procesora w trybie użytkownika oznaczenie A7 dotyczy tzw. wskaźnika stosu użytkownika (USP), natomiast podczas pracy procesora w trybie nadzorcy oznaczenie A7 dotyczy tzw. wskaźnika stosu nadzorcy (SSP). Tworzony stos rozciąga się w dół pamięci.

Rejestry adresowe mogą być również używane jako rejestry 16-bitowe. Podczas ładowania do rejestru adresowego 16-bitowego słowa, słowo to zostaje wcześniej znakowo rozszerzone do 32 bitów. Rejestry adresowe nie mogą być używane jako rejestry 8-bitowe.

Rejestry adresowe używane są jako tymczasowe miejsca przechowywania adresów pamięci. Mogą być one wykorzystane w instrukcjach odnoszących się do pamięci, w celu określenia adresu, pod którym znajduje się dana.

Kolejnymi rejestrami są:
- 32-bitowy licznik programu PC (Program Counter). Licznik programu zawsze zawiera adres następnej do wykonania instrukcji. W chwili wykonywania danej instrukcji zostaje on zwiększony o taką wartość, żeby wskazywać następną instrukcję, która ma być wykonana.
-16-bitowy rejestr statusowy (rejestr stanu) SR (Status Register) podzielony na dwa bajty :
systemowy i użytkownika. Bajt systemowy (bity od 8 do 15 rejestru statusowego) : -Bit 15 stanowi sprzętową pomoc dla debugerów. Zwany jest on bitem śledzenia (Trace bit). Umożliwia on przejmowanie sterowania przez debuger po wykonaniu każdej kolejnej instrukcji śledzonego programu. -Bit 13 używany jest do kontrolowania dostępu do określonych instrukcji i do bajtu systemowego rejestru statusowego. Bit ten jest nazywany bitem nadzorcy (Supervisor bit). Jeśli bit ten jest ustawiony, dostęp jest dozwolony. Gdy jest on wyzerowany oznacza to, że procesor pracuje w trybie użytkownika. -Bity 10 do 8 zwane są maską przerwań. Określają one priorytet obsługiwanego aktualnie przerwania. Pozostałe bity bajtu systemowego nie są w procesorze 68000 używane. -Bajt użytkownika (bity od 0 do 7 rejestru statusowego): Bajt ten zwany jest rejestrem kodów warunków CCR (Condition Codes Register). Bajt użytkownika zawiera zestaw bitów zwanych kodami warunków, które używane są do zapisywania informacji dotyczących poprzednio wykonywanych instrukcji. W bajcie użytkownika zdefiniowane są następujące bity: Bit 0, bit przeniesienia C (Carry). Bit 1, bit nadmiaru V (Overflow). Bit 2, bit zera (Zero). Bit 3, bit mniejszości od zera (Negative). Bit 4, bit rozszerzenia X (Extend). Jest on kopią bitu C.

Opis wyprowadzeń i sygnałów

Obsługa przerwań

Osługę zdarzeń wyjątkowych inicjują:

• przerwania sprzętowe,
• sygnały błędów układowych (np. BERR),
• pułapki programowe (np. generowane automatycznie przy dzieleniu przez zero).

Następuje wówczas przełączenie w tryb systemowy i obsługa danego przerwania. Powrót do trybu użytkowego następuje po wystąpieniu rozkazu RET.

O priorytecie danego przerwania sprzętowego decydują sygnały na wejściach IPL0-IPL2.

Istnieje 256 lokacji wektorów przerwań, z których każda zajmuje po 4 bajty. Daje to zatem 1024 bajtów pamięci. Aktualny adres wektora przerwań otrzymuje się dodając do zawartości rejestru bazowego, przesunięcia.

Lista instrukcji

Procesor posiada 56 rozkazów o kodach 16-bitowych:

[rodzaj operacji] [adres źródłowy], [adres docelowy]

Instrukcje przesyłania danych przenoszą dane z jednego miejsca systemu 68000 do drugiego. Przesłaniu podlegają dane o rozmiarze jednego, dwóch lub czterech bajtów pomiędzy rejestrami, rejestrem i pamięcią oraz pomiędzy dwoma lokacjami pamięci. Do tej klasy należą instrukcje:

• EXG
• LEA
• LINK
• MOVE, MOVEM, MOVEP, MOVEQ
• PEA
• SWAP
• UNLK

Instrukcje arytmetyki całkowitoliczbowej przeprowadzają podstawowe operacje w kodzie uzupełnienia do dwóch na danych binarnych. Należą do nich:

• ADD, ADDA, ADDI, ADDQ, ADDX
• CLR
• CMP, CMPA, CMPI, CMPM
• DIVS, DIVU
• EXT
• MULS, MULU
• NEG, NEGX
• SUB, SUBA, SUBI, SUBQ, SUBX
• TAS
• TST

Instrukcje logiczne. Grupa instrukcji logicznych obejmuje instrukcje wykonujące operacje w arytmetyce Boole'a na danych binarnych. Do grupy tej należą:

• AND, ANDI
• OR, ORI
• EOR, EORI

Instrukcje przesunięć i obrotów obejmują przesunięcia i obroty arytmetyczne oraz logiczne:

• ASL, ASR
• LSL, LSR
• ROL, ROR
• ROXL, ROXR

Instrukcje manipulacji bitami operują na pojedynczym bicie określonego bajtu. Należą do nich:

• BTST
• BSET
• BCLR
• BCHG

Instrukcje BCD operują na liczbach zapisanych w kodzie BCD. Mikroprocesor 68000 używa tylko trzech tego typu instrukcji:

• ABCD
• SBCD
• NBCD

Instrukcje sterowania programem modyfikują sposób realizacji programu, zmieniając kolejność wykonania poszczególnych segmentów programu. Grupa ta zawiera instrukcje:

• Bcc
• DBcc
• Scc
• BSR, JSR
• RTS
• JMP
• RTR

Instrukcje kontroli systemu oddziałują na hardware systemu 68000. Są to instrukcje uprzywilejowane, co oznacza, że mogą być wykonane jedynie w trybie nadzorcy. Do grupy tej należą:

• MOVE USP
• RESET
• RTE
• STOP
• CHK, TRAPV
• TRAP

Organizacja danych w pamięci

Dane zapisane w postaci binarnej mogą mieć rozmiar 8, 16 lub 32 bitów. Tego typu dane nazywa się odpowiednio bajtami, słowami i długimi słowami. Większość instrukcji, które wykonują operacje na liczbach binarnych przyjmuje każdy z powyższych trzech rozmiarów danych. Na przykład instrukcja MOVE, przesyłająca daną binarną z jednego miejsca do drugiego, posiada trzy formy:

• MOVE.B przesyła daną o długości bajtu,
• MOVE.W przesyła daną o długości słowa,
• MOVE.L przesyła daną o długości długiego słowa.

Zapis słowa lub długiego słowa w pamięci zorganizowany jest w ten sposób, że bajty danego słowa lub długiego słowa zapisywane są w kolejności malejącej. Najbardziej znaczący bajt słowa lub długiego słowa znajduje się pod najniższym adresem. Należy zwrócić na to uwagę, ponieważ wiele komputerów nie zapisuje wielobajtowych liczb binarnych w ten sam sposób. W szczególności 8080, Z80, 6502 i rodzina mikroprocesorów 8088/86 zapisuje słowa i długie słowa w zgoła odwrotnej kolejności, tzn. w ten sposób, że najmłodszy bajt zapisywany jest pod najniższym adresem.

Tryby adresowania

Mikroprocesor MC68000 dysponuje 8 trybami adresowania, zaś w obrębie niektórych z nich istnieją podtryby co prowadzi w konsekwencji do ogólnej liczby 14 trybów.

Wykonali: Dariusz Rozwadowski i Marcin Bielewicz