1、2020/9/8,3.5 CPU與CPU寄存器,3.5.1 本單元的目標,1）明白CPU的工作原理 2）知道CPU包含那些寄存器 3）掌握每個寄存器的功能及訪問方式 4）了解與各個寄存器相關的一些指令,3.5.2 CPU組成部分,CPU Control 控制單元（調度中心）,ALU 運算單元（加工車間）,CPU Register CPU寄存器（倉庫）,3.5.3 CPU的工作原理炒飯,一盤揚州炒飯是如何做出來的？,3.5.3 CPU的工作原理炒飯,主料： 青豆、胡蘿卜、火腿、雞蛋、米飯（最好是隔夜飯）、蒜籽、蔥； 調料 色拉油、鹽、雞精 ；,3.5.3 CPU的工作原理炒飯,制作： 1、首先將

2、胡蘿卜、火腿洗凈切成小丁塊狀，越小越好，當然了不能切成沫狀。再將輔料洗凈切成沫狀，將雞蛋攪碎放入少許蔥沫在內。 2、將鍋內放上少許色拉油加至8成熱，將切好的主料，同時也放入切好的蒜沫，放入鍋里炒拌，炒到可以聞到香味時(此過程只需幾秒鐘)再將雞蛋放入鍋內炒拌，（這時需加大火候,這樣雞蛋會很松軟，也不易炒糊），當雞蛋炒至金黃色時，將其裝盤。 3、再放入少許色拉油加熱至八成，將米飯放入鍋內翻抄。此時，需將飯中加放少許食鹽和雞精，（雞精不宜放太多，否則太鮮也不好吃）當米飯炒到在鍋里可以蹦起飯粒時，再將剛才炒好的主料及輔料全部返鍋炒拌，直到飯粒松軟不粘為起鍋最佳時間。,3.5.3 CPU的工作原理炒飯,

3、做一盤揚州炒飯的大概過程： 1）廚房中事先準備好了做各種菜式的各種配料； 2）廚師從所有的配料中選擇炒飯需要的配料； 3）廚師把挑選的配料按照一定的時間順序放到鍋里，然后廚師利用他高超的廚藝炒出美味的炒飯； 4）廚師把做好的炒飯裝在盤中。,3.5.3 CPU的工作原理工廠加工,工廠的加工過程 1）準備好加工產品的各種原材料； 2）物資調配部分對各種原材料進行調度分配，把它們送到生產線； 3）生產線對各種原材料進行加工，生產出成品； 4）生產出來的成品被送到倉庫中存儲。,3.5.3 CPU的工作原理,CPU的工作原理： 1）單片機運行后，CPU控制單元從存儲器中提取指令； 2）控制單元把指令送到

4、邏輯算術運算單元中； 3）邏輯算術運算單元對這些指令進行處理，得到相應的數據； 4）控制單元再把運算單元處理后的數據存儲到存儲器中。,3.5.3 CPU的工作原理：23,CPU如何處理23？,3.5.4.1 CPU內部寄存器,五個內部寄存器 A、H：X 、SP、PC、CCR,3.5.4.1 CPU內部寄存器:A,累加器A（Accumulator）：8位寄存器 作用大，被訪問的頻率高 主要作用： 存放CPU的操作數 保存運算的結果,3.5.4.1 A作用1：存放操作數,有些直接操作累加器A的單目指令，或者一些不是直接操作累加器A的雙目指令，需要把操作數先存放在A中。 例1：單目指令 LDA #%

5、00000011 ;(A)=#% 00000011 LSLA ;(A)=#%00000110 例2：雙目指令 LDA #1T ;(A)=#1T ADD #2T ;(A)=#3T,實例程序：cpu_demo_累加器A,3.5.4.1 A作用2：保存結果,累加器A還可以保存計算的結果 例3：加法中保存結果 LDA #1T ;(A)=#1T ADD #2T ;(A)=#3T 例4：乘法中保存乘積的低八位(高八位存在X中) LDX #2T LDA #3T ;(A)=#3T MUL ;(A)=#6T,實例程序：cpu_demo_累加器A,3.5.4.1 與A有關的常用指令,CLRA LDA STA,AD

6、D SUB MUL INCA DECA CMP,3.5.4.2 CPU內部寄存器:變址寄存器,變址寄存器（Index register）：由H和X兩個8位寄存器構成的16位寄存器，標志為H:X，H為高八位，X為低八位。,主要作用： H:X用于64KB存儲空間尋址 暫存數據和計算結果,3.5.4.2 存儲空間尋址,例5：變址尋址 CLR $8F ;($8F)=0 LDHX #$008F ;(X)=#$8F LDA ,X ;(A)=(#$8F),實例程序：cpu_demo_變址寄存器,3.5.4.2 存放計算結果,例6：8位乘法運算中存放結果的高8位 已知：$31 * $6 = $126 LDX

7、#$31;(X)=#$31 LDA #$06 MUL;(X)=#$01,實例程序：cpu_demo_變址寄存器,3.5.4.2 與H:X相關的常用指令,CLRX CLRH LDX STX LDHX STHX TAX TXA TXS,INCX DECX AIX MUL CPX CPHX TSTX,3.5.4.3 CPU內部寄存器:PC,程序計數器（Program Pointer）：16位寄存器，指向存放下一個指令或預取操作數的地址,指令碼或操作數預取后，PC地址會自動增量指向下一個。“先取后增”。,復位后，自動裝入$FFFE（高位）和$FFFF（低位）中的值作為程序入口，即$FFFE和$FFFF

8、存放的為地址，非操作碼。,運行實際的程序，看PC如何變化,3.5.4.4 CPU內部寄存器:CCR,條件碼寄存器（Condition Code Register）：8位寄存器：5個狀態(tài)位、1個中斷屏蔽位，兩個未用置1,實例 cpu_demo_條件碼寄存器CCR， 演示各個狀態(tài)的變化,3.5.4.4 CCR中各位狀態(tài)的改變1,;在AC16中,復位時,禁止中斷,I=1, CCR的初始狀態(tài)為：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 ;裝入一個負數,N=1 NEGA ;V=1,H=0,I=1,N=1,Z=0,C=1 ;0-(A

9、)=0-(-128)=128,一個8位的有符號數所能表示的范圍:-128127,128超出能表示的范圍,故溢出,V=1 CLRA ;V=0,H=0,I=1,N=0,Z=1,C=1 ;將累加器中的值清零,故Z=1,條件碼寄存器中各位的狀態(tài)會受到多種指令操作的影響。,3.5.4.4 CCR中各位狀態(tài)的改變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位進位,故H=1 CLI ;V=0,H=1,I=

10、0,N=0,Z=0,C=0 ;開中斷,不再禁止中斷,故I=0 LDA #3T SUB #4T ;V=0,H=1,I=0,N=1,Z=0,C=1 ;3 - 4 = -1,結果為負數,且有借位,故N=1,C=1,3.5.4.4 利用CCR中的標志進行跳轉,預備知識:邏輯左移指令LSLA,0,A,C,3.5.4.4 利用CCR中的標志進行跳轉,程序中也往往會根據各個狀態(tài)位的狀態(tài)作出適當的跳轉。 例7： LDA #%01000010 ;(A)#%01000000 LSLA ;把A中的值左移1位,移出的值放在標 ;志C中.移位后(A)=#%10000100,C=0 BCS C_High ;如果C=1,則

11、轉到標志C_High ;所在的位置 C_Low: MOV #0T, Var LSLA ;移位后(A)=#%000001000,C=1 BCS C_High BRA C_Low ;轉移到標志C_Low所在的位置 C_High: MOV #1T, Var,3.5.4.4 利用CCR中的標志進行跳轉,程序中也往往會根據各個狀態(tài)位的狀態(tài)作出適當的跳轉。 例7： LDA #%01000010 LSLA BCS C_High C_Low: MOV #0T,Var LSLA BCS C_High BRA C_Low C_High: MOV #1T,Var,LDA,LSLA,LSLA,C=1?,C=1?,3.5.4.4 直接操作CCR的指