## Einführung in das Mikrorechner-Praktikum

### Lehrziele

Dieses Praktikum richtet sich an die Leser des Buches zur "Mikrorechner-Technik" (Band I und II), die noch keine oder nur sehr geringe Kenntnisse in der maschinennahen Programmierung von Mikroprozessoren und ihrer Peripheriebausteine besitzen. Sie bekommen dazu grundlegende Werkzeuge zur Software-Entwicklung (Assembler und Disassembler) sowie einen Simulator zur Verfügung gestellt. Dieser Simulator bildet die Funktionalität eines vom Autor vor vielen Jahren selbst entwickelten Mikrorechner-Systems möglichst genau nach. Dieses System (Blockschaltbild) besteht im Kern aus einem leistungsfähigen universellen 8/16-bit-Mikroprozessor, einem 8 kbyte großen Arbeitsspeicher sowie einem ebenso großen Festwertspeicher, der ein rudimentäres "Betriebssystem", ein sog. Monitorprogramm, enthält. Zur Eingabe von Programmen und Daten sowie zur Anzeige von Ergebnissen verfügt das System über eine Hexadezimaltastatur und eine 8-stellige Siebensegment-Anzeige. Als Schnittstellen enthält das Mikrorechner-System einen Parallelschnittstellen-Baustein mit zwei 8-bit-Ports, eine asynchrone V.24-Schnittstelle sowie einen Zeitgeber/Zähler-Baustein mit drei unabhängig arbeitenden Timern.
Obwohl der eingesetzte Prozessor vom Typ Motorola MC6809 nicht mehr verkauft wird (s. Hinweis), ist seine "Architektur" keineswegs veraltet, sondern findet sich - zum Teil in "abgemagerter" oder veränderter Form - in vielen Prozessorkernen von aktuellen Mikrocontrollern der Firma Motorola/Freescale Semiconductor wieder (darunter auch der MC6805 - mit weit über 5 Mrd. verkaufter Exemplare einer der erfolgereichsten Mikrocontroller überhaupt). Er eignet sich insbesondere deshalb sehr gut für Zwecke der Lehre, weil er über einen fast orthogonalen Besfehlssatz mit über 1.600 verschiedenen OpCodes sowie einen großen Satz von z.T. sehr komplexen Adressierungsarten verfügt.
Durch die intensive Bearbeitung des Praktikums kann der unerfahrene Leser die folgenden Fähigkeiten erwerben:

- er lernt einen leistungsfähigen 8/16-bit-Prozessorkern "bis ins letzte Detail" kennen,
- er wird mit einigen der wichtigsten Peripheriebausteine eines Mikrorechner-Systems vertraut,
- er kann den Prozessor maschinennah programmieren und die Bausteine direkt ansprechen,
- er weiß, wie ein einfaches "Betriebssystem" die Verwendung dieser Komponenten unterstützt.

### Durchführung des Praktikums

Zur geordneten Durchführung des Praktikums wird folgender Ablauf vorgeschlagen:

1. Kopieren Sie zunächst den gesamten Inhalt der CD-ROM auf die Festplatte, z.B. in einem Unterverzeichnis "MRP" (Mikrorechner-Praktikum), da dann der Zugriff auf die Beispielprogramme und das Abspeichern der übersetzen Programme im selben Verzeichnis geschehen kann.
2. Installieren Sie in einem Unterverzeichnis (z.B. "Appikationen") des unter 1. angelegten "Stammverzeichnisses" die zur Verfügung gestellte Software. Hier finden Sie Hinweise zur Installation der Entwicklungs-Software.
3. Machen Sie sich Schritt für Schritt anhand von Kapitel 1 des HTML-Kurses zum Mikrorechner-Praktikum mit
   - der Bedienung von Tastatur und Anzeige,
   - den "eingebauten" Monitorroutinen,
   - dem Mikroprozessor MC6809, insbesondere seinem Befehlssatz und den Adressierungsarten
   vertraut. Begleiten Sie diesen Lernvorgang soweit wie möglich durch praktische Übungen mit dem Simulator.
4. Studieren Sie nun Kapitel 2 des Praktikumskurses:
   - Lesen Sie dazu die Hinweise zur Programmentwicklung,
   - Lernen Sie nun die Benutzung der Integrierten Entwicklungsumgebung kennen.
     (Bedauerlicherweise wird im Kurstext zur Zeit nur die DOS-Version ausführlich beschrieben. Nach deren Behandlung dürfte Ihnen aber die Anwendung der Windows-Version "intuitiv" ebenfalls gelingen.)
   - Beschäftigen Sie sich mit der Verwendung des Assemblers.
     Dazu finden Sie unter dem Menüpunkt "Demo-Versuche" - Teil 1 - der Startseite einige einfache Versuche.
     (Den Assembler können Sie natürlich direkt in der Kommandozeile der Eingabeaufforderung aufrufen. Leichter ist seine Verwendung aber im Rahmen der Integrierten Entwicklungsumgebung.)
5. Nun haben Sie bereits das Wissen, auch komplexere Assembler-Programme zu schreiben. Vielleicht fehlt Ihnen dazu aber noch die "Praxis". Diese bekommen Sie, wenn Sie zunächst die "Demo-Versuche" - Teil 2 - bearbeiten.
   Weitere praktische Erfahrungen erreichen Sie, wenn Sie sich danach anhand von Kapitel 3 mit dem Aufbau und den Programmen des "Betriebssystems" sowie die Ansteuerung von Tastatur und Anzeige vertraut machen.
   - Geben Sie dazu zunächst einige der dargestellten Programme selbst ein, assemblieren Sie sie und führen Sie sie mit dem Simulator aus.
   - Versuchen Sie dann, für einige der aufgeführten Probleme und praktischen Übungen eigene Lösungen zu entwicklen, und vergleichen Sie sie mit den vorgegebenen Lösungen.
6. Nun können Sie sich anhand der Kapitel 4 (Parallelport und V.24-Schnittstelle) und Kapitel 5 (Zeitgeber/Zähler-Baustein) mit der Programmierung der Peripheriebausteine auseinandersetzen. Erstellen Sie für die darin eingestreuten Praktischen Übungen eigene Lösungen und betrachten Sie ihre Auswirkungen auf die Peripheriebausteine im Simulator.
7. Im Abschnitt 5.3 von Kapitel 5 finden Sie dann eine Reihe von Praktischen Übungsaufgaben, die alle Komponenten des Mikrorechner-Systems zum Gegenstand haben.
8. Spätestens jetzt haben Sie genug praktische Erfahrung gewonnen, um auch komplexe Aufgaben mit dem Praktikums-Rechner zu lösen.
   Wenn sie dazu Zeit und Lust haben, finden Sie unter dem Menüpunkt "weitere Versuche" der Startseite eine ganze Reihe von Aufgaben, die sich
   - nur mit dem Prozessor, der Tastatur und der Anzeige,
   - dem Parallelport,
   - dem Timer-Baustein,
   - dem Parallelport und dem Timer,
   - allen drei Peripheriebausteinen (Parallelport, Timer, V.24-Schnittstelle)
   beschäftigen.
   Zum großen Teil sind zu diesen Aufgaben auch Lösungsvorschläge - mit mehr oder weniger ausführlichen Kommentaren - angegeben. Sämtliche Lösungen zu den ersten vier Aufgabentypen benötigen lediglich ca. 100 byte; nur die Lösungen zum letzten Typ sind erheblich länger.

### Hilfsmittel

Von der Startseite aus erhalten Sie Zugriff auf weitere Hilfsmittel, die Ihnen bei der Bearbeitung des Praktikums zur Verfügung stehen:

1. Unter der Überschrift: Dokumentationen zum Praktikum finden Sie im PDF-Format zum Ausdrucken
   - ein Referenz-Handbuch, in dem die wichtigsten Unterlagen zu den Komponenten des Praktikums-Rechners noch einmal zusammengefaßt wurden und das Ihnen als Grundlage zur Programmierung dienen soll,
   - ein Software-Handbuch, das lediglich die wichtigen Abschnitte aus Kapitel 2 umfaßt,
   - die Original-Datenblätter der Firma Motorola zu den einzelnen Bausteinen.
     (Dem unerfahrenen Leser wird dringend empfohlen, sich auch einmal mit dieser Original-Literatur zu beschäftigen. Jedoch sollten Sie dabei unbedingt den bereits oben erwähnten Hinweis beachten.)
2. Unter der Überschrift: Ergänzende Unterlagen werden
   - alle Kapitel des Mikrorechner-Praktikums im PDF-Format zum Herunterladen und Ausdrucken angeboten,
   - ein Grundkurs im HTML-Format zur Verfügung gestellt, der im wesentlichen der Beschreibung des Mikroprozessor-Kerns und der Peripheriebausteine im Buch über Mikrorechner-Systeme des Autors aus dem Jahr 1994 entspricht (Bähring: Mikrorechner-Systeme, 2. Auflage, Springer-Verlag, Heidelberg, 1994, ISBN: 3-540-58362-9). Dieser Kurs kann dem Leser dazu dienen, die für das Praktikum relevanten theoretischen Grundlagen noch einmal "am Bildschirm" zu wiederholen.

Zum Schluß dieser Einführung wünsche ich Ihnen nun bei der Bearbeitung des Mikrorechner-Praktikums viel Freude und Erfolg.