D, X e Y

Il registro D - Utilizzo con le modalità di indirizzamento indicizzate - Utilizzo per i salti condizionali - Schema - Differenze tra Registri indice dell’NQSAP e del BEAM - Link utili

Nel microprocessore 6502 sono presenti due registri indice, X e Y, che possono facilmente essere riprodotti in un computer TTL; sono registri indipendenti che possono essere scritti e letti alla bisogna.

Il registro D

Il registro D dell’NQSAP e del BEAM viene utilizzato a supporto delle istruzioni di salto condizionale e di quelle che eseguono operazioni in una locazione di memoria che è il risultato di un computo tra l’indirizzo base specificato nell’operando e quattro diversi modi di interpretazione dei valori assunti dai registri indice X e Y:

Modalità indirizzamento	Agisce sull’indirizzo definito	Mnemonico	Risultato	Esempio*
Absolute, X	dalla somma tra operando e valore contenuto in X	LDA ($20, X)	A = valore contenuto nella locazione ($20 + X)	X = #$03; A = valore presente nella locazione $23
Absolute, Y	dalla somma tra operando e valore contenuto in Y	LDA ($20, Y)	A = valore contenuto nella locazione ($20 + Y)	Y = #$03; A = valore presente nella locazione $23
Indexed Indirect X	nella locazione puntata dalla somma tra operando e valore contenuto in X	LDA ($20, X)	A = valore contenuto nella locazione puntata dal pointer ($20 + X)	X = #$03; $23 = #$50; A = valore presente nella locazione $50
Indirect Indexed Y	dalla somma tra locazione puntata dall’operando e valore contenuto in Y	LDA ($20), Y	A = valore contenuto nella locazione puntata dal pointer ($20) + Y	Y = #$03; $20 = #$60; A = valore presente nella locazione $63

* $23 = #$50 significa che l’indirizzo esadecimale $23 contiene il valore esadecimale #$50:

• la notazione $ fa riferimento a un indirizzo
• la notazione #$ fa riferimento a un valore

Va ricordato che alcune modalità di indirizzamento del 6502 risultano ridondanti in un computer con soli 256 byte di RAM: per un chiarimento si veda la sezione Indirizzamenti nella pagina dell’ALU.

Utilizzo con le modalità di indirizzamento indicizzate

Il contenuto del registro D può essere sommato al contenuto dei registri X, Y o nessuno (in questo ultimo caso, D potrebbe risultare utile come ulteriore registro di appoggio per definire altre istruzioni personalizzate; l’utilizzo di questa modalità non è invece necessario per emulare le istruzioni originali del 6502).

Per selezionare se D debba essere sommato a X, Y o nulla, si usano dei multiplexer (MUX) 74LS157 pilotati dai segnali DY e DZ nell’NQSAP e DX/Y e DZ nel BEAM.

Per eseguire il computo si usano dei 4-Bit Binary Full Adders With Fast Carry 74LS283 che eseguono la somma tra quanto viene caricato nel registro D e il valore contenuto nei registri indice X o Y.

Il risultato del computo può essere esportato attivando il segnale RD: gli output degli Adder saranno così esposti sul bus. Notare che il registro D è “Write only”, dunque non è possibile metterne direttamente il contenuto in ouput sul bus; tuttavia, è possibile leggere il valore originariamente presente in D portando il segnale DZ allo stato HI, disabilitando così le uscite dei ‘157 e portando gli Adder a eseguire l’operazione D + 0 = D.

Il flusso logico tratto dalla spiegazione di Tom Nisbet chiarisce il funzionamento:

Utilizzo per i salti condizionali

Un salto condizionale viene eseguito se una determinata situazione è verificata. Nell’esempio seguente, l’istruzione BCS è sicuramente eseguita. Il valore dell’operando $03 viene sommato all’indirizzo dell’istruzione successiva a quella di salto, cioé $03 + $83 = $86, che sarà caricato nel Program Counter (PC).

SEC         ; $80 - Set Carry Flag
BCS $03     ; $81 - Salta a $03 + $83 = $86 se il Carry è settato
INX         ; $83 - Questa istruzione sarà saltata
INX         ; $84 - Questa istruzione sarà saltata
INX         ; $85 - Questa istruzione sarà saltata
LDA #$01    ; $86 - Questa istruzione verrà eseguita

L’operando è un valore a 8 bit con segno (Signed) che può variare da -128 a +127, il che comporta che i salti condizionali possono saltare in avanti di 128 indirizzi e all’indietro di 127.

Per saltare a un indirizzo precedente a quello del salto, il valore dell’operando dovrà essere un valore compreso tra $80 (-128) e $FF (-1), secondo le regole visibile nella sezione Numeri Unsigned e numeri Signed della pagina dedicata all’Aritmetica binaria (se aggiungo 0x01 all’indirizzo più grande 0xFF, ritorno all’indirizzo 0x00).

LDX #$05    ; $80 - Carica il registro X con 5
DEX         ; $82 - Decrementa X
BNE $FD     ; $83 - Salta a $85 + $FD = $85 - $03 = $82 se X non è zero
RTS         ; $85 - Ritorno da subroutine

Poiché la configurazione utilizzata per gli Adder ‘283 permette la sola esecuzione di addizioni, ci si potrebbe chiedere come sia possibile eseguire un salto all’indietro. Nell’NQSAP, così come nel BEAM, i registri sono a 8 bit: una semplice scorciatoia per giungere al risultato desiderato è quella di aggiungere l’operando al PC considerando indirizzo e operando come numeri Unsigned: nel caso specifico, $85 + $FD = $182. Il 9° bit (corrispondente al Carry) non viene preso in considerazione e il rimanente $82 verrà caricato nel PC.

Questa tecnica funziona correttamente grazie alla natura ciclica dell’indirizzo di memoria in un sistema a 8 bit.

Schema dei registri indice dell’NQSAP.

Schema

Schema dei registri indice del computer BEAM.

Differenze tra Registri indice dell’NQSAP e del BEAM

Dal punto di vista funzionale, gli schemi dei Registri indice dell’NQSAP e del BEAM sono identici.

Negli appunti annotavo che “… come per gli altri registri del BEAM, anche qui uso dei registri tipo D 74LS377 anziché gli Octal D-Type Flip-Flop with 3-State Outputs 74LS574 usati da Tom nell’NQSAP”; si veda la sezione L’ALU dell’NQSAP per un chiarimento in tal senso.

Per completezza, devo segnalare di aver conosciuto il 74LS377 studiando l’NQSAP-PCB, evoluzione dell’NQSAP che Tom aveva successivamente ingegnerizzato su PCB anziché su breadboard.

Link utili

• I registri DXY dell’NQSAP di Tom Nisbet