В этом документе полностью описана архитектура процессора 8080 (реплика в СССР - КР580ВМ80А).

Регистровый файл

A	PSW
B	C
D	E
H	L
PC
SP

 

Коды регистров и пар регистров, используемые в командах МП

Регистры
Код	Имя ( r )
000	В
001	С
010	D
011	E
100	H
101	L
110	M (память)
111	А (аккумулятор)

 

Пары регистров
Код	Имя пары (rp)	Регистры пары
		старший	младший
00	B	B	C
01	D	D	E
10	H	H	L
11	PSW	A	PSW

 

 

Назначение разрядов регистра признаков - PWS (processor status word)

 

Бит	Флаг	Действие
7	S	Знак (sign) S=1, если результат операции отрицательный
6	Z	Нуль (zero) Z=0, если результат нулевой
5	0
4	AC	Перенос из 3-го разряда (auxiliary carry)
3	0
2	P	Четность (parity) P=1, если результат содержит четное число "единиц"
1	1
0	C	Перенос (carry) при получении результата

 

 

Форматы команд и способы адресации

В микропроцессоре i8080 (КР580ВМ80А) используются 11 форматов команд, коды операций (КОП) которых имеют различную длину (2, 5, 6 или 8 бит) и часто состоят из двух частей.

В зависимости от способа адресации команды могут быть одно-, двух- или трехбайто­выми.

В командах используются четыре способа адресации:

регистровая (MOV rl, r2; ADD r; PCHL; ...);

косвенно-регистровая (MOV M, r; ADD M; PUSH; POP; ...);

непосредственная (MVI r, data 8; ADI data 8; ...);

прямая (LDA addr; SHLD addr; IN port; ...).

Так как под адрес выделяется 2 байта, адресное пространство составляет 64К.

Команды этого процессора бывают одно-, двух- и трехбайтными. В первом байте всегда содержится код операции.

 

Справочник по системе команд микропроцессора Intel 8080

Обозначения:

A, B, ..., L - названия 8-разрядных регистров.

BC, DE, HL - названия регистровых пар, образующих 16-разрядные регистры.

SP - 16-разрядный указатель стека.

PSW - слово состояния программы, содержит регистр флагов.

a16 - двухбайтовый адрес.

d8 - байт непосредственных данных.

d16 - два байта непосредственных данных.

pp - номер порта ввода-вывода.

 

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

 

 

О выполнении некоторых команд i8080

Команды пересылки данных между регистрами кодируются в одном байте (это типичный случай регистровой адресации) следующим образом: 01DDDSSS , где DDD - номер регистра назначения; SSS - номер регистра приемника. Соответственно 01 - код операции пересылки. Никаких флагов команды пересылки не устанавливают. На выполнение команды тратится один машинный цикл.

Пересылка из ячейки памяти в регистр и из регистра в память осуществляется с помощью косвенно регистровой адресации. Это означает, что адрес ячейки памяти загружается в регистровую пару HL, а в командах типа MOV A,M (такие команды кодируются как 01DDD110) в регистр A будет загружено содержимое ячейки памяти, адрес которой содержится в HL. Так как в таких командах требуется обращение к памяти, то на их выполнение нужно два машинных цикла. Система команд процессора очень экономична - она не рассчитана на поддержку языков высокого уровня. Все это появится в Intel-процессорах позже.

Замечу, что средняя длина команды в типичной программе равна двум байтам, а для программ более поздних 16-разрядных процессоров типа 8086 она равна 4,1. Поэтому на логических программах 8-разрядные процессоры не сильно уступали 16-разрядным.

Аналогично работают и команды записи в память.

Команды непосредственной пересылки двухбайтные. В первом байте кодируются код операции и регистр, а второй содержит байт пересылаемых данных: 00DDD110 XXXXXXXX . Очевидно, что для исполнения команды требуется два цикла.

Более интересна версия этой команды MVI data, когда байт непосредственных данных пишется в память. Она кодируется так: 00110110 ХХХХХХХХ. Исполнение занимает три цикла.

Очень полезна группа команд LXI непосредственной загрузки регистровых пар непосредственным значением. Она позволяет одной командой переместить сразу два байта данных и широко используется программистами как в операциях адресной арифметики, так и при выполнении целочисленных вычислений. Команда кодируется так: 00RP0001 xxxxxxxx zzzzzzzz , где RP - регистровая пара; хххххххх - младший байт данных, zzzzzzzzz - старший байт данных.

При исполнении команды, требующей трех машинных циклов, старший байт данных грузится в старший регистр регистровой пары, а младший байт - в младший регистр. Название старшего регистра стоит в названии пары первым.

Команда прямой загрузки аккумулятора позволяет загрузить в него данные, на которые указывает адрес, содержащийся в самой команде.

Длина команды три байта. Кодируется она так: 001110010 хххххххх zzzzzzzz

где xxxxxxxx - младшая часть адреса; zzzzzzzz - старшая часть адреса. Исполнение занимает машинных четыре цикла.

Симметричная по действию команда STA.

Команда LHLD addr (мнемоника расшифровывается Load H and L Direct) загружает в L содержимое ячейки памяти по адресу, кодируемому во втором и третьем байтах команды (т. е. адресация прямая). В H загружается байт из ячейки addr+1. Команда выполняется за пять машинных циклов. Обратная ей по действию команда SHLD (Store H and L Direct).

Команда LDAX reg (мнемоника от Load accumulator indirect). Содержимое ячейки памяти, адресуемой регистровой парой BC или DE, за два цикла загружается в аккумулятор.

Обратная по действию команда STAX reg.

Очень полезная команда XCHG. (H)<->(D), (L)<->(E). Выполняется за один цикл.

Арифметические команды

Начнем со сложения. Сложить аккумулятор с содержимым регистра ADD reg

Кодировка: 10000RRR Выполняется за один цикл. Обратите внимание, что все арифметические команды изменяют флаги: Z,S,P,CY,AC.

Для выполнения многобайтового сложения необходимо учитывать перенос. Поэтому младшие байты слагаемых складываются с помощью команды ADD, а все последующие в помощью команды ADC reg. Она учитывает при сложении содержимое флага переноса. Понятно, что в этой системе команд легко написать арифметику, которая будет работать с целыми числами длиной несколько килобайт (что и было сделано в системе muMATH-80).

Аналогично устроены команды вычитания.

Разновидностью команды сложения является команда инкремента регистра, необходимая для адресной арифметики и организации циклов.

INR reg

Кодировка: 00ККК100 Устанавливаются все флаги, за исключением CY.

Обратная по действию команда DCR reg.

Довольно редко используется команда DAA (мнемоника от Decimal Adjust Accumulator) выполняет следующие действия: если содержимое младшего полубайта (нибла) аккумулятора меньше 9 или установлен флаг CY, то (A) + 6, если значение старшего полубайта больше 9 или установлен флаг CY, то 6 добавляется к содержимому старшего полубайта.

При этом устанавливаются все флаги.

Логические команды

ANA reg

Флаг CY сбрасывается, а AC устанавливается (в 8085). В микропроцессоре 8080 на эти флаги влияет результат операции над третьими битами операндов.

В командах групп XRA и ORA флаги CY и AC сбрасываются.

CMP reg - сравнить регистр (Compare register), вычитает содержимое регистра из аккумулятора. Содержимое аккумулятора не изменяется. Флаги устанавливаются как при вычитании. Z=1, если (A) = (reg). CR = 1, если (A) < (reg).

Циклический сдвиг влево RCL работает следующим образом. Содержимое аккумулятора сдвигается на одну позицию влево, т. е. каждый старший бит получает значение стоящего рядом с ним младшего бита. Содержимое седьмого бита переходит в нулевой бит аккумулятора:

(CY) <-(b7).

RRC - сдвигает содержимое аккумулятора вправо. (CY)<- {b0}, (b7)<-(b0).

RAL - (Rotate Left trough Carry). Сначала (CY) заносится в младший бит аккумулятора, а потом в CY записывается содержимое старшего его бита.

Формально: (b0)<-(CY), (CY)<-(b7).

Аналогично со сдвигом вправо: (Bn)<-(Bn+1), (CY)<-(b0), (b7)<-(CY).

Команда CMA (мнемоника от Complement Accumulator) инвертирует каждый бит аккумулятора, т. е. 0 становится 1 и наоборот. Флаги не устанавливаются.

Команда CMC инвертирует содержимое флага переноса. Другие флаги не устанавливаются.

По командам управления стоит отметить выполнение команды вызова подпрограммы.

CALL addr - при ее выполнении в стек записывается адрес следующей за CALL команды, значение указателя стека дважды декрементируется, а управление передается по указанному адресу.

Команда возврата из подпрограммы записывает в счетчик команд адрес из вершины стека, увеличивает указатель стека на 2 и передает управление на новый адрес. Поэтому если модифицировать адрес возврата в стеке, то можно перейти совсем в другое место.

Для этого есть, впрочем, более удобная возможность - команда PCHL. Она позволяет передать управление по адресу в регистровой паре HL.

Иногда в системных программах используется команда останова HLT. Процессор останавливается, регистры и флаги не устанавливаются. Для запуска важно подать сигнал Reset.

IN port - данные из порта с указанным номером считываются в аккумулятор. Циклов 3. Флаги не изменяются.

OUT port - содержимое аккумулятора помещается на шину данных для записи в указанный в команде порт.