Ассемблер для микроконтроллера с нуля

↑ Регистры

В моём восприятии, как программиста, микроконтроллер — две большие кучи регистров. В первую кучу (память программ) мы загружаем программу в виде последовательностей нулей и единиц. При этом, значительная доля содержания программы сводится к своевременной записи правильного набора нулей и единиц в нужный регистр второй кучи (памяти данных), либо чтению из него этих наборов. В случае языка ассемблер мы имеем дело, по большей части, именно с регистрами памяти данных, поэтому выясним для начала, что они из себя представляют.
Уверен, вам известен такой элемент, как D-триггер (далее — триггер) и его основные свойства:
1. Выход триггера T может находиться только в одном из двух логических состояний — 1 (на выходе — напряжение питания) или 0 (на выходе — земля).
2. Значение (0 или 1) со входа D переносится (записывается) на выход T триггера по фронту синхронизирующего (тактового) сигнала С и сохраняется до следующей записи либо отключения питания.




Если взглянуть на триггер в плоскости информации, можно сказать, что он хранит 1 бит данных со значением 0 или 1.
Соединив параллельно несколько триггеров, мы и получим регистр, разрядность или битность которого определяется количеством составляющих его триггеров. Совокупность линий данных триггеров регистра принято называть шиной данных. Тактовый сигнал для всех триггеров регистра — единый, т. е. перенос значений с линий шины данных на выходы (запись в регистр) происходит одновременно для всех триггеров. Нумерация битов регистра ведётся справа-налево, начиная с нулевого. Обычно, битность регистров МК кратна восьми (8, 16, 32).


Пример 8-битного регистра приведён на Рисунке 5.


Если необходимо увеличить объём хранимой информации, регистры объединяют в массивы. В этом случае, чтобы обеспечить запись в определённый регистр массива (или чтения из него), требуются линии выбора, которые все вместе именуются шиной адреса. Номера или адреса регистров массива также начинаются с нулевого значения. Пример массива из 4 регистров, в котором с целью экономии входы и выходы триггеров сведены в одну двунаправленную шину, представлен на Рисунке 6.



Чтобы не загромождать рисунок, впредь будем изображать регистр без линий шин данных/адреса и тактирования, обозначая его как rn (где, n — адрес регистра), а хранимые в нём данные — помещать внутрь квадратов, символизирующих триггеры.



Не берусь утверждать, что регистры МК организованы на базе именно D-триггеров. Более того, физическая суть записи в регистры памяти программ (flash-память) — совершенно иная. Тем не менее, принципы хранения и движения оперативной информации в микроконтроллерах я постарался передать верно.