Przegląd własności programowych

Zestaw instrukcji Z80 udostępnia użytkownikowi dużą liczbę operacji do sterowania mikroprocesorem Z80. Rejestry główne oraz indeksowe mogą przechowywać wyniki operacji arytmetycznych i logicznych, tworzyć adresy pamięci lub grać rolę szybkiej, podręcznej pamięci na często używane dane.

Informację można przemieszczać bezpośrednio z rejestru do rejestru, z pamięci do pamięci, z pamięci do rejestrów oraz z rejestrów do pamięci. Dodatkowo zawartość rejestrów oraz zawartość innych rejestrów lub pamięci można ze sobą wymieniać bez konieczności rezerwowania tymczasowego miejsca na wymieniane dane. W szczególności można wymienić ze sobą zawartość głównych i pomocniczych rejestrów za pomocą jedynie dwóch instrukcji: EX i EXX. Taka wymiana rejestrów może być wykorzystywana do otrzymania rejestrów roboczych dla różnych procedur lub zwiększenia dostępnych rejestrów w pojedynczej procedurze.

Zachowywanie i odzyskiwanie danych dla par rejestrów lub komórek pamięci może być dokonywane metodą LIFO za pomocą instrukcji PUSH i POP, które wykorzystują rejestr WSKAŹNIKA STOSU (SP), Ten rejestr stosu jest udostępniony zarówno do manipulacji danymi jak i do zapisu i odczytu adresów powrotnych z procedur. Na przykład, gdy wywołana zostanie procedura, to adres następnej instrukcji za instrukcją CALL jest umieszczany na szczycie stosu adresowanego rejestrem SP. Gdy procedura wraca do wywołującego ją programu, adres ze szczytu stosu zostaje użyty do ustawienia licznika programu na adres tej następnej instrukcji. Wskaźnik stosu jest automatycznie korygowany tak, aby odzwierciedlał bieżący szczyt stosu podczas wykonywania instrukcji PUSH, POP, CALL i RET. Ten mechanizm pozwala umieszczać na stosie dane i adresy powrotu praktycznie do dowolnej głębokości zagnieżdżenia, ponieważ obszar stosu potencjalnie może być tak duży, jak duża jest dostępna przestrzeń pamięci.

Kolejność wykonywania instrukcji może być sterowana przy pomocy sześciu różnych znaczników (przeniesienie, zero, znak, parzystość/nadmiar, dodawanie/odejmowanie, przeniesienie połówkowe), które odzwierciedlają wyniki operacji arytmetycznych, logicznych, przesunięć i porównań.

Po wykonaniu instrukcji ustawiającej dany znacznik, może on zostać użyty jako warunek w instrukcji skoku lub powrotu z procedury. Instrukcje te udostępniają logiczną kontrolę nad przetwarzaniem pojedynczego bitu, bajtu lub słowa.

Dostępny jest pełny zestaw operacji logicznych AND, OR, XOR (exclusive-OR), CPL (NOR) i NEG (uzupełnienie do podstawy 2) dla działań logicznych pomiędzy akumulatorem a wszystkimi pozostałymi rejestrami 8 bitowymi, komórkami pamięci czy danymi bezpośrednimi.

Dodatkowo dostępny jest pełen zestaw przesunięć arytmetycznych i logicznych w obu kierunkach, który działa na zawartości wszystkich, głównych rejestrów 8 bitowych lub bezpośrednio na komórce pamięci. Znacznik przeniesienia może uczestniczyć lub być ustawiany w trakcie tych instrukcji przesunięć, aby udostępniać zarówno możliwość testowania wyników przesunięć jak również pozwalać na łączenie przesunięć w kilku rejestrach lub rejestrach i komórkach pamięci.

Przykłady specyficznych instrukcji Z80

Przykład nr 1:

Jeśli należy przemieścić w pamięci łańcuch danych o długości 737 bajtów spod adresu DATA do BUFFER, to operację tę programujemy następująco:

        LD   HL, DATA    ; adres startowy łańcucha danych
        LD   DE, BUFFER  ; adres startowy miejsca przeznaczenia danych
        LD   BC, 737     ; długość łańcucha
        LDIR             ; prześlij łańcuch - przemieść obszar pamięci wskazywany
                         ; przez HL do obszaru pamięci wskazywanego przez DE,
                         ; zwiększ HL i DE, Zmniejsz BC i kontynuuj aż BC = 0.

Operacja ta wymaga 11 bajtów kodu, a każdy bajt danej jest przesyłany w ciągu 21 taktów zegara.

Przykład nr 2:

Łańcuch w pamięci (o długości ograniczonej do 132 znaków) umieszczony pod adresem DATA ma być przenoszony w inne miejsce pamięci o adresie BUFFER aż do momentu napotkania w tym łańcuchu na znak ASCII '$' (używany jako znak końca łańcucha) lub przesłania wszystkich 132 znaków. Operację wykonujemy następująco:

        LD   HL, DATA    ; adres początku łańcucha
        LD   DE, BUFFER  ; adres docelowego bufora
        LD   BC, 132     ; maksymalna długość łańcucha
        LD   A, '$'      ; kod zakończenia łańcucha
LOOP:   CP   (HL)        ; porównaj zawartość pamięci ze znakiem końca łańcucha
        JR   Z, END-$    ; idź na koniec, jeśli znak się zgadza
        LDI              ; przenieś znak spod (HL) do (DE)                         
                         ; zwiększ HL i DE, zmniejsz BC
        JP   PE, LOOP    ; wróć do LOOP, jeśli pozostało więcej znaków
END:    ...              ; inaczej przejdź do zakończenia.
                         ; Uwaga: znacznik P / V jest używany do informowania,
                         ; że BC osiągnął zero.

Operacja wymaga 19 bajtów kodu.

Przykład nr 3:

Rys.22 Przesuwanie cyfr BCD/bajtów

16 cyfrowa liczba dziesiętna jest przesuwana w sposób pokazany na rys.22. Te przesunięcie wykonuje się przy mnożeniu lub dzieleniu liczb BCD (ang. Binary Coded Decimal - liczby dziesiętne, gdzie każda cyfra kodowana jest na 4 bitach). 16 cyfrowa liczba dziesiętna jest zapisana w spakowanym formacie BCD (dwie cyfry BCD na bajt). Operację programuje się następująco:

        LD   HL, DATA    ; adres pierwszego bajtu
        LD   B, COUNT    ; licznik przesunięć
        XOR  A           ; wymaż akumulator
ROTAT:  RLD              ; obróć w lewo młodszą cyfrę w akumulatorze
                         ; z cyframi wskazywanymi przez (HL)
        INC  HL          ; przesuń wskaźnik
        DJNZ ROTAT-$     ; zmniejsz B i wróć do ROTAT, jeśli B jest większe od zera
                         ; inaczej przejdź do kolejnej instrukcji

Operacja wymaga 11 bajtów.

Przykład nr 4:

Jedna liczba ma być odjęta od drugiej i obie są w tym samym spakowanym formacie BCD, posiadając tą samą długość, która jednakże nie musi być stała. Wynik odejmowania ma być umieszczony w miejscu odjemnej. Operację programuje się następująco:

        LD   HL, ARG1    ; adres 
odjemnej

        LD   
DE, ARG2    ; adres odjemnika

        LD   
B, LENGTH   ; długość tych dwóch argumentów

        AND  A           ; zeruj znacznik przeniesienia

SUBDEC: LD   A, (DE)     ; odjemnik do A

        SBC  A, (HL)     ; odejmij (HL) od A

        DAA              ; popraw wynik na BCD

        LD   
(HL), A     ; zachowaj wynik

        INC  HL          ; zwiększ wskaźniki pamięci

        INC  DE

        DJNZ SUBDEC-$    ; zmniejsz B i skocz do SUBDEC,

                         
; jeśli B jest różne od zera.

                         
; inaczej wykonaj kolejną instrukcję

Operacja wymaga 17 bajtów.

Przykłady zadań programistycznych

Przykładowy program z tablicy 2 sortuje ciąg liczb w porządku rosnącym za pomocą algorytmu standardowego sortowania bąbelkowego. Sortowane liczby posiadają zakres od 0 do 255.

Tablica 2. Listing programu sortowania bąbelkowego

1

;

standardowa procedura sortowania bąbelkowego

2

;

3

;

na wejściu:   HL zawiera adres danych

4

;

              C zawiera liczbę elementów do sortowania

5

;

              (1 < C < 256)

6

;

7

;

na wyjściu:   dane posortowane w porządku rosnącym

8

;

9

;

użycie rejestrów

10

;

11

;

rejestr   zawartość

12

;

13

;

A         przechowuje wyniki tymczasowe

14

;

B         licznik ciągu danych

15

;

C         długość ciągu danych

16

;

D         pierwszy element porównania

17

;

E         drugi element porównania

18

;

H         znacznik informujący o zamianie

19

;

L         nieużywany

20

;

IX        wskaźnik ciągu danych

21

;

IY        nieużywany

22

;

0000

222600

23

SORT:

LD   (DATA),HL   ; zachowaj adres danych

0003

CB84

24

LOOP:

RES  FLAH,H      ; zeruj znacznik wymiany

0005

41

25

LD   B,C         ; ustaw licznik długości

0006

05

26

DEC  B           ; ustaw do testowania

0007

DD2A2600

27

LD   IX,(DATA)   ; ustaw wskaźnik danych

000B

DD7E00

28

NEXT:

LD   A,(IX)      ; pierwszy element do porównania

000E

57

29

LD   D,A         ; chwilowo zapamiętamy go w D

000F

DD5E01

30

LD   E,(IX+1)    ; drugi element do porównania

0012

93

31

SUB  E           ; porównaj pierwszy z drugim

0013

3008

32

JR   PC,NOEX-$   ; jeśli pierwszy > drugi, skoku nie będzie

0015

DD7300

33

LD   (IX),E      ; zamień elementy ciągu

0018

DD7201

34

LD   (IX+1),D

001B

CBC4

35

SET  FLAG,H      ; zapamiętaj, że była wymiana

001D

DD23

36

NOEX:

INC  IX          ; wskaż następny element danych

001F

10EA

37

DJNZ NEXT-$      ; zliczaj ilość porównań,

38

                 ; powtarza=j, jeśli pozostały pary danych

0021

CB44

39

BIT  FLAG,H      ; sprawdź, czy wystąpiła wymiana

0023

20DE

40

JR   NZ,LOOP-$   ; kontynuuj, jeśli dane nie są posortowane

0025

C9

41

RET              ; inaczej zakończ

42

;

0026

43

FLAG:

EQU  0           ; przydzielenie bitu znacznika

0026

44

DATA:

DEFS 2           ; miejsce na adres danych

45

END

Program z tablicy 3 mnoży dwie 16 bitowe liczby bez znaku, pozostawiając wynik w parze rejestrów HL.

Tablica 3. Listing programu mnożenia

0000

1

;

mnożenie 16 bitowych liczb bez znaku

2

;

na wejściu: mnożnik w DE

3

;

            mnożna w HL

4

;

5

;

na wyjściu: wynik w HL

6

;

7

;

użycie rejestrów:

8

;

9

;

10

;

H    starsze bity wyniku częściowego

11

;

L    młodsze bity wyniku częściowego

12

;

D    starsze bity mnożnej

13

;

E    młodsze bity mnożnej

14

;

B    licznik liczby przesunięć

15

;

C    starsze bity mnożnika

16

;

A    młodsze bity mnożnika

17

;

0000

0610

18

MULT:

LD   B,16       ; liczba bitów

0002

4A

19

LD   C,D        ; przenieś mnożnik

0003

7B

20

LD   A,E

0004

EB

21

EX   DE,HL      ; przenieś mnożną

0005

210000

22

LD   HL,0       ; wymaż wynik częściowy

0008

CB39

23

MLOOP:

SRL  C          ; przesuń mnożnik w prawo

000A

1F

24

RRA             ; najmniej znaczący bit trafia

25

                ; znacznika przeniesienia

000B

3001

26

JR   NC,NOADD-$ ; jeśli brak przeniesienia, pomiń dodawanie

000D

19

27

ADD  HL,DE      ; inaczej dodaj mnożną

28

                ; do wyniku częściowego

000E

EB

29

NOADD:

EX   DE,HL      ; przesuń mnożną w lewo

000F

29

30

ADD  HL,HL      ; mnożąc ją przez dwa

0010

EB

31

EX   DE,HL

0011

10F5

32

DJNZ MLOOP-$    ; powtarzaj, aż do wykończenia bitów

0013

C9

33

RET

34

END