汇编学习--7.16--外中断

以前我们讨论的都是CPU对指令的执行。

我们知道，CPU在计算机系统中，除了能够执行指令，进行运算以外，还应该能够对外部设备进行控制，接收它们的输入，向它们进行输出。也就是说，CPU除了有运算能力外，还要有I/O（Input/Output，输入/输出）能力。

比如，我们按下键盘上的确个键，CPU最终要能够处理这个键。在使用文本编辑器时，按下a键后，我们可以看到屏幕上出现“a”，是CPU将从键盘上输入的键所对应的字符送到显示上的。

要及时处理外设的输入，显然需要解决两个问题：

一是外设的输入随时可能发生，CPU如何得知？

二是CPU从何处得到外设的输入？

接口芯片和端口

在前面我们知道，在PC系统的接口卡和主板上，装有各种接口芯片。

这些外设接口芯片的内部有若干寄存器，CPU将这些寄存器当作端口来访问。

外设的输入不直接送入内存和CPU，而是送入相关的接口芯片的端口中；

CPU向外设的输出也不是直接送入外设，而是先送入端口中，再由相关的芯片送到外设。

CPU还可以向外设输出控制命令，而这些控制命令也是先送到相关芯片的端口中，然后再由相关的芯片根据命令对外设实施控制。

可见，CPU通过端口和外部设备进行联系。

外中断信息

现在，我们知道了外设的输入被存放在端口中，可是外设的输入随时都有可能到达，CPU如何及时地知道，并进行处理呢？更一般地讲，就是外设随时都可能发生需要CPU及时处理的事件，CPU如何及时得知并进行处理？

CPU提供中断机制来满足这种需要。前面讲过，当CPU的内部有需要处理的事情发生的时候，将产生中断信息，引发中断过程。这种中断信息来自CPU的内部。

还有一种中断信息，来自于CPU外部，当CPU外部有需要处理的事情发生的时候，比如说，外设的输入到达，相关芯片将向CPU发出相应的中断信息。CPU在执行完当前指令后，可以检测到发送过来的中断信息，引发中断过程，处理外设的输入。

在PC系统中，外中断源一共有两类：

1、可屏蔽中断

可屏蔽中断是CPU可以不响应的外中断，CPU是否响应可屏蔽中断，要看标志寄存器的IF位的设置。当CPU检测到可屏蔽中断信息时，如果IF=1，则CPU在执行完当前指令后响应中断，引发中断过程；如果IF=0，则不响应可屏蔽中断。

回忆一下内中断所引发的中断过程：

1）取中断类型码n；

2）标志寄存器入栈，IF=0，TF=0；

3）CS、IP入栈；

4）(IP)=(n*4)，(CS)=(n*4+2)

由此转去执行中断处理程序。

可屏蔽中断所引发的中断过程，除在第1步的实现上有所不同外，基本上和内中断的中断过程相同。因为可屏蔽中断信息来自于CPU外部，中断类型码是通过数据总路线送入CPU的；而内中断的中断类型码是在CPU内部产生的。

现在，我们可以解释中断过程中将IF设置为0的原因了。将IF置0的原因就是，在进入中断处理程序后，禁止其他的可屏蔽中断。

当然，如果在中断处理程序中需要处理可屏蔽中断，可以用指令将IF置1。8086CPU提供的设置IF的指令如下：

sti，用于设置IF=1；

cli，用于设置IF=0。

2、不可屏蔽中断

不可屏蔽中断是CPU必须响应的外中断。当CPU检测到不可屏蔽中断信息时，则在执行完当前指令后，立即响应，引发中断过程。

对于8086CPU，不可屏蔽中断的中断类型码固定为2，所以中断过程中，不需要取中断类型码。则不可屏蔽中断的中断过程为：

（1）标志寄存器入栈，IF=0，TF=0；

（2）CS、IP入栈；

（3）(IP)=(8)，(CS)=(0AH)。

几乎所有由外设引发的外中断，都是可屏蔽中断。当外设有需要处理的事件（比如说键盘输入）发生时，相关芯片向CPU发出可屏蔽中断信息。不可屏蔽中断是在系统中有必须处理的情况发生时用来通知CPU的中断信息。

PC机键盘的处理过程

下面来看一下键盘输入的处理过程，并以此来体会一下PC机处理外设输入的基本方法。

1、键盘输入

键盘上的每一个键相当于一个开关，键盘中有一个芯片对键盘上的每一个键的开关状态进行扫描。

按下一个键时，开关接通，该芯片就产生一个扫描码，扫描码说明了按下的键在键盘上的位置。扫描码被送入主板上的相关接口芯片的寄存器中，该寄存器的端口地址为60H。

松开按下的键时，也产生一个扫描码，扫描码说明了松开的键在键盘上的位置。松开按键时产生的扫描码也被送入60H端口中。

一般将按下一个键时产生的扫描码称为通码，松开一个键产生的扫描码称为断码。

扫描码长度为一个字节，通码的第7位为0，断码的第7位为1，即：

断码=通码+80H

比如：g键的通码为22H，断码为a2H。

2、引发9号中断

键盘的输入到达60H端口时，相关的芯片就会向CPU发出中断类型码为9的可屏蔽中断信息。CPU检测到该中断信息后，如果IF=1，则响应中断，引发中断过程，转去执行int 9中断例程。

3、执行int 9中断例程

BIOS提供了int 9中断例程，用来进行基本的键盘输入处理，主要的工作如下：

（1）读出60H端口中的扫描码；

（2）如果是字符键的扫描码，将该扫描码和它所对应的字符码（即ASCII码）送入内存中的BIOS键盘缓冲区；如果是控制键（比如Ctrl）和切换键（比如CapsLock）的扫描码，则将其转变为状态字节（用二进制位记录控制键和切换键状态的字节）写入内存中存储状态字节的单元。

（3）对键盘系统进行相关的控制，比如说，向相关芯片发出应答信息。

BIOS键盘缓冲区是系统启动后，BIOS用于存放int 9中断例程所接收的键盘输入的内存区。该内存区可以存储15个键盘输入，因为int 9中断例程除了接收扫描码外，还要产生和扫描码对应的字符码，所以在BIOS键盘缓冲区中，一个键盘输入用一个字单元存放，高位字节存放扫描码，低位字节存放字符码。

0040:17单元存储键盘状态字节，该字节记录了控制键和切换键的状态。键盘状态字节各位记录的信息如下：

0：右shift状态，置1表示按下右shift键；

1：左shift状态，置1表示按下左shift键；

2：Ctrl状态，置1表示按下Ctrl键；

3：Alt状态，置1表示按下Alt键；

4：ScrolLock状态，置1表示Scroll指示灯亮；

5：NumLock状态，置1表示小键盘输入的是数字；

6：CapsLock状态，置1表示输入大写字母；

7：Insert状态：置1表示处于删除状态。

编写int 9中断例程

键盘输入的处理过程：

1）键盘产生扫描码；

2）扫描码送入60h端口；

3）引发9号中断；

4）CPU执行int 9中断例程处理键盘输入。

上面的过程中，第（1）、（2）、（3）步都是由硬件系统完成的。我们能够改变的只有int 9的中断处理程序。

编程：在屏蔽中间依次显示“a”~“z”，并可以让人看清。在显示的过程中，按下Esc键后，改变显示的颜色。

assume cs:code

code segment

start: mov ax,0b800h

mov es,ax

mov ah,’a’

s: mov es:[160*12+40*2],ah

inc ah

cmp ah,’z’

jna s

mov ax,4c00h

int 21h

code ends

end start

上面的程序的执行过程中，我们无法看清屏幕上的显示，因为一个字母刚显示到屏幕上，因为CPU执行指令太快了。

我们应该在每显示一个字母后，延时一段时间，让人看清后，再显示下一个字母。

那么如何延时呢？我们让CPU执行一段时间的空循环，因为现在的CPU的速度都非常快，所以循环的次数一定要大，我们用两个16位寄存器来存放32位的循环次数。如下：

mov dx,10h

mov ax,0

s: sub ax,1

sbb dx,0

cmp ax,0

jne s

cmp dx,0

jne s

上面的程序，循环100000h次。我们可以将循环延时的程序段写为一个子程序。

assume cs:code

stack segment

db 128 dup (0)

stack ends

code segment

start: mov ax,stack

mov ss,ax

mov sp,128

mov ax,0b800h

mov ex,ax

mov ah,’a’

s: mov es:[160*12+40*2],ah

call delay

inc ah

cmp ah,’z’

jna s

mov ax,4c00h

int 21h

delay: push ax

push dx

mov dx,1000h ;循环10000000次，读者可以根据自己机器的速度调整循环次数

mov ax,0

s1: sub ax,1

sbb dx,0

jne sl

cmp dx,0

jne s1

pop dx

pop ax

ret

code ends

end start

上面的程序，显示“a”~“z”，并可以让人看清，这个任务已经实现。

那么如何实现，按下Esc键后，改变显示的颜色呢？

键盘输入到达60h端口后，就会引发9号中断，CPU则转去执行int 9中断例程。我们可以编写int 9中断例程，功能如下：

（1）从60h端口读出键盘的输入；

（2）调用BIOS的int 9中断全程，处理其他硬件细节；

（3）判断是否为Esc键的扫描码，如果是，改变显示的颜色后返回；如果不是则直接返回。

分析：

1、从端口60h读出键盘的输入

in al,60h

2、调用BIOS的int 9中断例程

注意，我们写的中断处理程序要成为新的int 9中断例程，主程序必须要将中断向量表中的int 9中断例程的入口地址改为我们写的中断处理程序的入口地址。则在新的中断处理程序中调用原来的int 9中断例程时，中断向量表中的int 9中断例程的入口地址却不是原来的int 9中断例程的地址，所以我们不能使用int 指令直接调用。

要能在我们写的新的中断例程中调用原来的中断例程，就必须在将中断向量表中的中断例程的入口地址改为新地址之前，将原来的入口地址保存起来。这样，在需要调用的时候我们才能找到原来的中断例程的入口。

有了入口地址后，我们如何进行调用呢？

当然不能使用指令int 9来调用，我们可以用别的指令来对int 指令进行一些模拟，从而实现对中断例程的调用。

int指令在执行的时候，CPU进行下面的工作：

1）取中断类型码n；

2）标志寄存器入栈；

3）IF=0，TF=0；

4）CS、IP入栈；

5）(IP)=(n*4)，(CS)=(n*4+2)。

取中断类型码是为了定位中断例程的入口地址，在我们的问题中，中断例程的入口地址已经知道。所以，我们用别的指令模拟int指令时候，不需要做第(1)步。在假设要调用的中断例程的入口地址在ds:0和ds:2单元中的前提下，我们将int过程用下面几步模拟：

1）标志寄存器入栈；

2）IF=0，TF=0；

3）CS、IP入栈；

4）(IP)=((ds)*16+0)，(CS)=((ds)*16+2)。

所以int 过程的模拟过程变为：

1）标志寄存器入栈；

2）IF=0，TF=0；

3）call dword ptr ds:[0]

对于（1），可用pushf实现。

对于（2），可用下面的指令实现。

pushf

pop ax

and ah,11111100b ;IF和TF为标志寄存的第9位和第8位

push ax

popf

则，模拟int指令的调用功能，调用入口地址在ds:0、ds:2中的中断例程的程序为：

pushf ;标志寄存器入栈

pushf

pop ax

and ah,11111100b

push ax

popf ;IF=0, TF=0

call dword ptr ds:[0] ;CS、IP入栈；(IP)=((ds)*16+0), (CS)=((ds)*16+2)

3、如果是Esc键扫描码，改变显示的颜色后返回

如果改变显示的颜色？

显示的位置是屏幕的中间，即第12行40列，显存中的偏移地址为：160*12+40*2。所以字符的ASCII码要送入b800:160*12+40*2处。而b800:160*12+40*2+1处是字符的属性，我们只要改变此处的数据就可以改变在b800:160*12+40*2处显示的字符的颜色了。

该程序的最后一个问题是，要在程序返回前，将中断向量表中的int 9中断例程的入口地址恢复为原来的地址。否则程序返回后，别的程序将无法使用键盘。

完整的程序如下：

assume cs:code

stack segment

db 128 dup (0)

stack ends

data segment

dw 0,0

data ends

code segment

start:mov ax,stack

mov ss,ax

mov sp,128

mov ax,data

mov ds,ax

mov ax,0

mov es,ax

push es:[9*4]

pop ds:[0]

push es:[9*4+2]

pop ds:[2] ;将原来的int 9中断例程的入口地址保存在ds:0、ds:2单元中

mov word ptr es:[9*4],offset int9

mov es:[9*4+2],cs ;在中断向量表中设置新的int 9中断例程的入口地址

mov ax,0b800h

mov es,ax

mov ah,'a'

s: mov es:[160*12+40*2],ah

call delay

inc ah

cmp ah,'z'

jna s

mov ax,0

mov es,ax

push ds:[0]

pop es:[9*4]

push ds:[2]

pop es:[9*4+2] ;将中断向量表中int 9中断例程的入口恢复为原来的地址

mov ax,4c00h

int 21h

delay:push ax

push dx

mov dx,1000h

mov ax,0

s1:sub ax,1

sbb dx,0

cmp ax,0

jne s1

cmp dx,0

jne s1

pop dx

pop ax

ret

;-------以下为新的int 9中断例程------------------

int9: push ax

push bx

push es

in al,60h

pushf

pop bx

and bh,11111100b

push bx

popf

call dword ptr ds:[0] ;对int指令进行模拟，调用原来的int 9中断例程

cmp al,1

jne int9ret

mov ax,0b800h

mov es,ax

inc byte ptr es:[160*12+40*2+1] ;将属性值加1，改变颜色

int9ret:pop es

pop bx

pop ax

iret

code ends

end start

检测点15.1

（1）模拟int指令调用原int9中断例程的程序段是可以精简的，因为在进入中断例程后，IF和TF都已经置0，没有必要再进行设置了。

对于程序段：

pushf

pop ax

and ah,11111100b

push ax

popf

call dword ptr ds:[0]

可以精简为：

pushf

call dword ptr ds:[0]

再条指令。

（2）仔细分析上面程序中的主程序，会发现一个潜在的问题？在主程序中，如果在执行设置int9中断例程的段地址和偏移地址的指令之间发生了键盘中断，则CPU将转去一个错误的地址执行，将发生错误。

排除潜在问题方法：

在pop ds:[2]指令后加入一条cli指令，并在mov es:[9*4+2],cs指令后加入一条sti指令即可。意思是在这段期间，让IF=0，禁止或屏蔽外中断处事程序的执行。

安装新的int9中断处理例程

安装一个新的int 9中断例程，使得原int 9中断例程的功能得到扩展。

任务：安装一个新的int 9中断例程，功能：在DOS下，按F1键后改变当前屏幕的显示颜色，其他的键照常处理。

分析：

（1）改变屏幕的显示颜色

改变从B8000开始的4000个字节中的所有奇地址单元中的内容，当前屏幕的显示颜色即发生改变。程序如下：

mov ax,0b800h

mov es,ax

mov bx,1

mov cx,2000

s: nc byte ptr es:[bx]

add bx,2

loop s

（2）其他键照常处理

可以调用原int 9中断处理程序，来处理其他的键盘输入。

（3）原int 9中断例程入口地址的保存

因为在编写的新int 9中断例程中要调用原int 9中断例程，所以，要保存原int 9中断例程的入口地址。保存在哪里？显然不能保存在安装程序中，因为安装程序返回后地址将丢失。我们将地址保存在0:200单元处。

（4）新int 9中断例程的安装

我们可将新的int 9中断例程安装在0:204处。

完整的程序如下：

assume cs:code

stack segment

db 128 dup (0)

stack ends

code segment

start:

mov ax,stack

mov ss,ax

mov sp,128

push cs

pop ds

mov ax,0

mov es,ax

mov si,offset int9 ;设置ds:si指向源地址

mov di,204h ;设置es:di指向目的地址

mov cx,offset int9end - offset int9 ;设置cx为传输长度

cld ;设置传输方向为正

rep movsb

push es:[9*4]

pop es:[200h]

push es:[9*4+2]

pop es:[202h] ;保存原有的int 9中断例程入口地址

cli ;设置IF为0，禁止CPU执行可屏蔽外中断。

mov word ptr es:[9*4],204h

mov word ptr es:[9*4+2],0 ;设置int 9中断向量，指向新的中断例程入口地址

sti ;恢复设置IF为1

mov ax,4c00h

int 21h

int9:push ax

push bx

push cx

push es

in al,60h

pushf

call dword ptr cs:[200h] ;当此中断例程执行时(CS)=0

;cmp al,1 ;F1的扫描码为3bh

;jne int9ret

mov ax,0b800h

mov es,ax

mov bx,1

mov cx,2000

s:mov byte ptr es:[bx],2

;inc byte ptr es:[bx]

and bx,2

loop s

int9ret:pop es

pop cx

pop bx

pop ax

iret

int9end:nop

code ends

end start

通过对键盘输入的处理，了解了CPU对外设输入的通常通常方法，即：

1）外设的输入送入端口；

2）向CPU发出外中断（可屏蔽中断）信息；

3）CPU检测到可屏蔽中断信息，如果IF=1，CPU在执行完当前指令后响应中断，执行相应的中断例程；

4）可在中断例程中实现对外设输入的处理。

端口和中断机制，是CPU进行I/O的基础。

指令系统总结

8086CPU提供以下几大类指令：

1、数据传送指令

mov, push, pop, pushf, popf, xchg等。

实现寄存器和内存、寄存器和寄存器之间的单个数据传送。

2、自述运算指令

add, sub, adc, sbb, inc, dec, cmp, imul, idiv, aaa 等。

实现寄存器和内存中的数据的算术运算。它们的执行结果影响标志寄存器的：sf, zf, of, cf, pf, af位。

3、逻辑指令

and, or, not, xor, test, shl, shr, sal, sar, rol, ror, rcl, rcr等。

除了not指令外，它们的执行结果都影响标志寄存器的相关标志位。

4、转移指令

可以修改IP，或同时修改CS和IP的指令统称为转移指令。分为以下几类：

1）无条件转移指令，比如：jmp；

2）条件转移指令，比如：jcxz, je, jb, ja, jnb, jna等；

3）循环指令，比如：loop；

4）过程，比如：call, ret, reft；

5）中断，比如：int, iret。

5、处理机控制指令

这些指令对标志寄存器或其他处理机状态进行设置，比如：cld, std, cli, sti, nop, clc, cmc, stc, hlt, wait, csc, lock等都是处理机控制指令。

6、串处理指令

这些指令对内存中的批量数据进行处理，比如：movsb, movsw, cmps, scas, lods, stos等。

基要使用这些指令方便地进行批量数据的处理，则需要和rep, repe, repne等前缀指令配合使用。

汇编学习--7.16--外中断相关推荐

外中断---汇编学习笔记
外中断要及时处理外设的输入,显然需要解决两个问题: 外设的输入随时可能发生,CPU如何得知? CPU从何处得到外设的输入? 15.1 接口芯片和端口外设的输入不直接送入内存和CPU,而是送入相关的 ...
外中断02 - 零基础入门学习汇编语言70
第十五章:外中断02 让编程改变世界 Change the world by program 小甲鱼和大家谈谈心一个帖子引发小甲鱼的反省! 猫姐曾经说过,步子别迈太大,容易扯着蛋! 结果还真蛋疼了- ...
外中断03 - 零基础入门学习汇编语言71
第十五章:外中断03 让编程改变世界 Change the world by program 继续编写int 9中断例程第三步:如果是Esc键的扫描码,改变显示的颜色后返回...... 那么,下一个 ...
汇编学习笔记——汇编指令
目录汇编指令 nop指令 mov.add.sub指令 adc.sbb指令 and.or指令移位指令逻辑左/右移指令循环左/右移指令算术左/右移指令带进位循环左/右移指令 inc指令 pus ...
8086汇编学习小记-王爽汇编语言实验12
8086汇编学习小记-王爽汇编语言实验12 0号中断处理程序,开始安装在0000:0200处的程序最后用死循环导致显示不出'divided error',改成直接退出就正常显示了.注意修改ss,sp之 ...
8086汇编学习之[BX]，CX寄存器与loop指令，ES寄存器等
同类学习笔记总结: (一).8086汇编学习之基础知识.通用寄存器.CS/IP寄存器与Debug的使用 (二).8086汇编学习之DS寄存器.SS/SP寄存器一.汇编程序的基本格式: 1.基本格式与 ...
汇编学习（1）——基础知识
汇编学习(1)--基础知识 ---谨以此系列文章记录我的汇编学习. 关于汇编说起汇编语言,那自然不得不想到机器语言,在汇编语言尚未诞生之际,程序猿们只能非常苦逼的敲着0和1,还要记住一大堆复杂难记 ...
寄存器---汇编学习笔记
第二章寄存器 2.0 寄存器的绪论一个典型的CPU由运算器.控制器.寄存器(CPU工作原理)等器件构成.内部总线实现 CPU 内部各个器件之间的联系,外部总线实现CPU和主板其他器件的联系. 在C ...
ARM 汇编基础教程番外篇 ——配置实验环境
From:https://zhuanlan.zhihu.com/p/29145513 win10 arm 汇编环境 Windows 平台下搭建 ARM 汇编集成环境:https://jingyan.b ...

汇编学习--7.16--外中断

汇编学习--7.16--外中断相关推荐

最新文章

热门文章