第6章 输入输出及中断技术PPT课件
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专题六输入输出和中断系统 PPT资料共73页
5.3 中断技术
5.3.1 中断的定义及必要性 5.3.2 中断源 5.3.3 中断的分类 5.3.4 中断系统的功能 5.3.5 中断处理过程
5.4 MCS-51的中断系统
5.4.1 MCS-51的中断源和中断标志 5.4.2 MCS-51对中断请求的控制 5.4.3 MCS-51对中断的响应和撤除 5.4.4 MCS-51中断系统的初始化及应用
DMA过程: 优点:速度快 缺点:硬件复杂,成本增加
外设向DMAC发DMA申请 DMAC向CPU发BUSRQ CPU发BUSAK响应 DMAC发存储器地址和读写信号 DMA控制结束,恢复CPU对总线控制
接口
BUS
① DMAC
②
CPU ③
DMA过程
存储器
外设
存储器
CPU
口地址
外设准备好,置入状态信号 Q=1
CPU读数据口时清掉状态信号
5.2.2 查询式传送方式
(又称条件传送——异步传送)
CPU查询外设状态信息(Ready,Busy),条件 满足时,进行数据传送
程序简单 高速CPU查询低速外设 浪费CPU时间,效率低 输入接口原理图 输出接口原理图 程序流程图
条件传送方式程序举例
Test:mov DPTR,#PORTS
movx A,DPTR Ready=1
anl A,#80H
Busy=0
jz Test ;(jnz Test)
输入接口状态
mov DPTR,#PORTD movx A,DPTR ;输入 (movx DPTR,A;输出)
D7 (A) 0/1
准备好? NO
MCS-51就是具有可屏蔽中断功能的一类CPU。
第六章_基本输入输出接口技术
20
6.3 CPU与外设之间的数据传送方式
[例] 设状态端口地址为086H,数据端口地址为084H,外 设忙碌D7=1,请用查询方式写出CPU从存储器缓冲区 Buffer送出1KB的数据给外设的程序段。 LEA SI , Buffer ;取Buffer的有效地址送SI MOV CX , 1000 ;循环次数 W1: MOV DX, 086H ;状态端口地址送DX W2: IN AL , DX ;从状态端口读入状态信息 AND AL,80H ; BUSY=0? JNZ W2 ; BUSY=1,返回继续查询 MOV AL,[SI] ; BUSY=0,取数据 MOV DX, 084H ;数据端口地址送DX OUT DX,AL ;数据输出到数据端口 INC SI ;SI指向下一个字节数据 LOOP W1 ;CX-1送CX≠0,循环 HLT ;CX=0,传送结束
FFFFF
内存 空间 I/O 空间
10
§6-2 I/O端口的编址与访问
二、 I/O端口地址的译码方法:
I/O端口地址译码的一般原则是:把CPU用于I/O端口寻址 的地址线分为高位地址线和低位地址线两部分:
将低位地址线直接连到I/O接口芯片的相应地址引脚, 实现片内寻址,即选中片内的端口。 将高位地址线与CPU的控制信号组合,经地址译码电 路产生I/O接口芯片的片选信号。 常见的译码器: 2/4线译码器74LS139 3/8线译码器74LS138
返回断点
6.3 CPU与外设之间的数据传送方式
关于中断的几点说明:
采用中断的数据传送方式时,外设处于主动申请地 位,CPU配合进行数据传送;CPU不必反复去查询 外设的状态,而是可以与外设“并行工作”,因此 提高了CPU的工作效率,并且更具有实时性。
第6章输入输出技术ppt课件
据
出 端
线
口
地址译码
(WR,IO/M ) IOW
2021/4/22
21
6.3 I/O的基本方式
( Direct Memory Access )
2021/4/22
22
▪ 无条件传送(CPU与外设同步工作):外部控制 过程各种动作时间是固定的,而且是已知的。
无条件传送:输出
输 出 设 备
锁存器
DQ G
2021/4/22
锁 存 DB(D7~D0) 器
AB 地址译码器 IOW(WR,IO/M)
28
例:如图示,外设为8个发光二极管,与其相连的 I/O端口地址80H,欲使发光二极管全亮,执行指令:
MOV AL, 0
OUT 80H, AL
CPU
DB AB CB
4
6.1 概述
输入输出(I/O)设备是计算机系统的重要组 成部分,计算机通过它们与外界进行数据交换。 因I/O设备种类繁多,CPU并不与I/O设备直接 进行信息交流,而是通过I/O接口进行。I/O接 口是连接CPU和I/O设备之间的桥梁。
输入设备和输出设备统称为外设。 I/O接口电路:即I/O适配器。
2021/4/22
5
2、接口传递的信息
接口传递的基本信息是数据信息,除此之外,还 传递状态信息和控制信息。不同的信息用不同的I/O 端口区分。 数据信息:CPU与I/O设备传递的基本信息,包括数 字量、模拟量、开关量和脉冲量。
状态信息:反映I/O设备当前工作状态的信息,如输 出设备是否空闲,输入设备是否数据准备好等。
2021/4/22
24
输入接口设计
完成如下任务: 当开关接通时,CPU 执行程序段ON; 当开关断开时,CPU 执行程序段OFF;
输入输出与中断精品PPT课件
5.1 I/O概述
数据总线
处 理 控制总线 器
地址总线
数据寄存器 状态寄存器 控制寄存器
外设数据 输 入 输
状态信号 出 设
控制信号 备
图5-1 I/ O接口示意图
5.1 I/O概述
5.1.2 I/O端口
• I/O端口是CPU与输入输出设备的交换数据 的场所。
• 端口在I/O空间中均被指定一固定地址,这 种寻址方式就被称为端口寻址。在80x86微 机中,I/O端口与存储器地址完全分开,编 址在一个独立的地址空间中,端口地址为 0000H~FFFFH ,目前大多数微机所用的 端口地址都在0~3FFH范围之内。
I/O地址 00H~0FH 20H~3FH 40H~5FH 60H~7FH 80H~9FH A0H~BFH
170H~1F7H 200H~20FH 278H~27AH
5.1 I/O概述
表5-1 I/O端口地址分配
功能 DMA控制器8237 A 中断控制器8259A 定时/计数器8253A 并行接口芯片8255A DMA页面寄存器 不屏蔽中断寄存
(2)输出指令 • 格式:OUT PortNo/DX, AL/AX • 作用:把寄存器AL或AX的内容输出到指定
端口。如果某输出设备的端口地址在0~255 范围之内,那么,可在指令OUT中直接给 出,否则,要把该端口地址先存入寄存器 DX中,然后在指令中由DX来给出其端口地 址。
5.1 I/O概述
电子CLoO工mpGa业nOy 出版社
输入输出与中断
第五章 输入输出与中断
1
5.1 I/O概述
2
5.2 简单I/O程序举例
3
5.3 中断系统
4
5.4 中断服务程序设计
40第6章输入输出和中断精品PPT课件
9
查询传送方式——又称异步传送方式
START:MOV DL,0F8H
LEA DI,DSTOR
; 存A/D结果的数据区指针
AGAIN:MOV AL,DL
AND AL,0EFH OUT 4,AL
; 使D4=0 ; 停止A/D
CALL DELAY
; 等待停止A/D动作的完成
MOV AL,DL OUT 4,AL POLL: IN AL,2
11Leabharlann 6.2.4 DMA传输4
数据
REA启DY动 D4 D2 D1 D0
U1 A/D转换器
IN0
…
1个模拟量
U5
IN7
电路的功能:完成8个模拟输入信号的采集。 工作过程: ①向口地址4写入一个字节,其D2—D0加到U5上,将IN0—IN7之一送到A/D转 换器的入口。同时由D4位启动A/D转换器工作。 ②A/D是否已转换完成,可通过口地址2读入判断。 ③READY=1则可从端口3读入A/D转换结果,存入指定区域。
传送数据前先检查外设状态,在状态满足条件时才可传 送数据,否则等待。 缺点:CPU花大量的时间进行状态查询,CPU效率较低
从状态端口读入状态信 息
外设准备好? N Y
从数据端口传送一个数据
8
6.2.2 查询传送方式举例
例:以查询方式工作的数据采集系统(P181图6—3)
DB
U3
D0
U4
CPU
3
2 U2
; 用意是DH=01,DL=00 ;BX指向数据区开始(用于存放A/D结果) ; AL=0,CF=0
OUT 20H,AL
; P0—P7全断电
CALL NEAR DELAY1 ;调延时子程序,等待继电器触点动作
查询传送方式——又称异步传送方式
START:MOV DL,0F8H
LEA DI,DSTOR
; 存A/D结果的数据区指针
AGAIN:MOV AL,DL
AND AL,0EFH OUT 4,AL
; 使D4=0 ; 停止A/D
CALL DELAY
; 等待停止A/D动作的完成
MOV AL,DL OUT 4,AL POLL: IN AL,2
11Leabharlann 6.2.4 DMA传输4
数据
REA启DY动 D4 D2 D1 D0
U1 A/D转换器
IN0
…
1个模拟量
U5
IN7
电路的功能:完成8个模拟输入信号的采集。 工作过程: ①向口地址4写入一个字节,其D2—D0加到U5上,将IN0—IN7之一送到A/D转 换器的入口。同时由D4位启动A/D转换器工作。 ②A/D是否已转换完成,可通过口地址2读入判断。 ③READY=1则可从端口3读入A/D转换结果,存入指定区域。
传送数据前先检查外设状态,在状态满足条件时才可传 送数据,否则等待。 缺点:CPU花大量的时间进行状态查询,CPU效率较低
从状态端口读入状态信 息
外设准备好? N Y
从数据端口传送一个数据
8
6.2.2 查询传送方式举例
例:以查询方式工作的数据采集系统(P181图6—3)
DB
U3
D0
U4
CPU
3
2 U2
; 用意是DH=01,DL=00 ;BX指向数据区开始(用于存放A/D结果) ; AL=0,CF=0
OUT 20H,AL
; P0—P7全断电
CALL NEAR DELAY1 ;调延时子程序,等待继电器触点动作
输入输出和中断技术优秀课件
接口的功能
设置I/O接口的必要性——I/O设备的多样性使 CPU与I/O设备交换信息比CPU与存储器交换信息 更为复杂,表现在:
1)I/O设备工作速度不同; 2)数据字长多样; 3)处理的信号不同 (模拟或数字信号、并行或串
行) ; 4)所需的控制信号不同。 I/O接口在它连接的CPU与I/O设备之间起转换作 用。
I/O单独编址
属性 统一编址
单独编址
应用 特点
motorola的M6800系列, 80X86 ,MCS96系列,
iMCS51系列
Z80系列
1.I/O端口相当于内存的一部分, 1.端口与存储器分别独立编
使内存容量减小
址,端口不占用内存空间
2.对I/O端口的读/写与对存储器 2.设有专门的 I/O指令对端 的读/写相同,所有可对内存操 口进行读写,内存操作的指 作的指令对I/O端口均可使用 令不能用于I/O端口 3.指令系统中不专设I/O指令
在PC/XT中采用的系统总线标准:PC总线。其中:AEN 引脚信号表示:当为高电平时,CPU让出总线控制权,给 DMA控制器掌管系统总线。
简单I/O接口
三态缓冲器 输入设备通过数据总线向CPU传送数据,首先需通过缓冲 器进行缓冲隔离,当CPU选通缓冲器时,才将数据送到数 据总线上,而其他的输入设备此时与总线隔离。
2、I/O传送方式
不同的传送方式适用不同的I/O设备、不同的工作 环境 :
程序控制的输入与输出 中断控制的输入与输出 直接存储器访问方式(DMA)
程序控制的输入与输出
程序传送方式以CPU为中心,数据传送的控制来 自CPU,通过执行预先编制的输入/输出程序实现 数据传输。程序传送方式可分为无条件传送和查 询传送方式。
第06章-IO系统设计ppt课件(全)
◦ 数据传输率等于所连接外设中速度最高的外设速率
A1 A2 …
B1 B2 …
通道 A1 A2 … B1 B2 … C1 C2 …
C1 C2 …
图6.16 选择通道传送方式示意图
(3)数组多路通道
◦ 综合前两种通道的优点,可连接多台高速设备,允许几 台设备并行工作,以成组交叉方式传送。每个外设都有 数据缓冲区。
硬件中断(硬中断):是一个异步信号,表明需要注意、 或需要改变执行一个同步事件。
软件中断(软中断):是利用硬件中断的概念,用软件方 式进行模拟,实现宏观上的异步执行效果。
外部中断:一般是指由计算机外设发出的中断请求,如: 键盘中断、打印机中断、定时器中断等。外部中断是可以 屏蔽的中断。
内部中断:是指因硬件出错(如突然掉电、奇偶校验错等) 或运算出错(除数为零、运算溢出、单步中断等)所引起 的中断。内部中断是不可屏蔽的中断。
主存
…
12H JMP 200 向量地址 13H JMP 300
14H JMP 400
入口地址 200 打印机服务程序
入口地址 300 显示器服务程序
… ……
图6.10 通过向量地址寻找入口地址
图6.12 链式排队线路和设备编码器
直接存储器访问方式(Direct Memory Access,DMA), 是一种直接依靠硬件在主存与I/O设备间进行数据传送,且 在 数 据 传 送 过 程 中 不 需 CPU 干 预 的 I/O 数 据 传 送 控 制 方 式 。 CPU与接口的数据传送的具体过程由硬件(DMA Controller, DMAC,DMA控制器)完成,传送速度比通过CPU快。 (1)CPU暂停方式 (2)周期挪用方式(周期窃取方式) (3)交替访问内存方式
A1 A2 …
B1 B2 …
通道 A1 A2 … B1 B2 … C1 C2 …
C1 C2 …
图6.16 选择通道传送方式示意图
(3)数组多路通道
◦ 综合前两种通道的优点,可连接多台高速设备,允许几 台设备并行工作,以成组交叉方式传送。每个外设都有 数据缓冲区。
硬件中断(硬中断):是一个异步信号,表明需要注意、 或需要改变执行一个同步事件。
软件中断(软中断):是利用硬件中断的概念,用软件方 式进行模拟,实现宏观上的异步执行效果。
外部中断:一般是指由计算机外设发出的中断请求,如: 键盘中断、打印机中断、定时器中断等。外部中断是可以 屏蔽的中断。
内部中断:是指因硬件出错(如突然掉电、奇偶校验错等) 或运算出错(除数为零、运算溢出、单步中断等)所引起 的中断。内部中断是不可屏蔽的中断。
主存
…
12H JMP 200 向量地址 13H JMP 300
14H JMP 400
入口地址 200 打印机服务程序
入口地址 300 显示器服务程序
… ……
图6.10 通过向量地址寻找入口地址
图6.12 链式排队线路和设备编码器
直接存储器访问方式(Direct Memory Access,DMA), 是一种直接依靠硬件在主存与I/O设备间进行数据传送,且 在 数 据 传 送 过 程 中 不 需 CPU 干 预 的 I/O 数 据 传 送 控 制 方 式 。 CPU与接口的数据传送的具体过程由硬件(DMA Controller, DMAC,DMA控制器)完成,传送速度比通过CPU快。 (1)CPU暂停方式 (2)周期挪用方式(周期窃取方式) (3)交替访问内存方式
输入输出与中断课件
详细描述
输入输出接口是计算机与外部设备之间的连接器,它负责将外部设备的信号转换为计算机可以识别的格式,或将 计算机的信号传输给外部设备。常见的输入输出接口包括USB、HDMI、VGA等,它们支持多种设备的连接和数 据传输。
02
中断基础
中断定 义
中断:指在计算机执行程序的过程中,出现某些突发事件或 者异常情况,打断了原有的程序执行流程,转而去执行相应 的中断处理程序。
输入输出与中断的应用场景
在实时系统中,输入输出与中断 技术被广泛应用于数据采集、控
制和通信等方面。
在多媒体处理领域,输入输出与 中断技术用于音频、视频数据的
实时传输和处理。
在网络通信中,输入输出与中断 技术用于数据的发送和接收,保 证数据传输的实时性和可靠性。
输入输出与中断的发展趋势
随着云计算、物联网等技术的发展, 输入输出与中断技术将更加注重分布 式、异构环境下系统的实时性和可靠 性。
随着虚拟现实、增强现实等技术的发展,输入输 出与中断技术也将会在这些领域得到更广泛的应 用,为人们提供更加沉浸式的体验。
未来输入输出与中断技术的发展将呈现出多元化、 智能化、人性化、虚拟化等趋势,为计算机技术 的发展注入新的活力。
THANKS
感谢观看
中断处理程序是一种特殊的程序,它可以在任何时候被操作系统调用,以处理各种中断事件。
在中断编程中,我们需要了解中断的基本概念、中断处理程序的编写方法以及如何使用编程 语言提供的中断处理函数或库进行编程。
输入输出与中断的编程实例
• 下面是一个简单的C语言程序,它演示了如何使用 输入输出函数和中断处理函数来实现一个简单的 计算器程序
3
scanf("%d %c %d", &num1, &op, &num2);
输入输出接口是计算机与外部设备之间的连接器,它负责将外部设备的信号转换为计算机可以识别的格式,或将 计算机的信号传输给外部设备。常见的输入输出接口包括USB、HDMI、VGA等,它们支持多种设备的连接和数 据传输。
02
中断基础
中断定 义
中断:指在计算机执行程序的过程中,出现某些突发事件或 者异常情况,打断了原有的程序执行流程,转而去执行相应 的中断处理程序。
输入输出与中断的应用场景
在实时系统中,输入输出与中断 技术被广泛应用于数据采集、控
制和通信等方面。
在多媒体处理领域,输入输出与 中断技术用于音频、视频数据的
实时传输和处理。
在网络通信中,输入输出与中断 技术用于数据的发送和接收,保 证数据传输的实时性和可靠性。
输入输出与中断的发展趋势
随着云计算、物联网等技术的发展, 输入输出与中断技术将更加注重分布 式、异构环境下系统的实时性和可靠 性。
随着虚拟现实、增强现实等技术的发展,输入输 出与中断技术也将会在这些领域得到更广泛的应 用,为人们提供更加沉浸式的体验。
未来输入输出与中断技术的发展将呈现出多元化、 智能化、人性化、虚拟化等趋势,为计算机技术 的发展注入新的活力。
THANKS
感谢观看
中断处理程序是一种特殊的程序,它可以在任何时候被操作系统调用,以处理各种中断事件。
在中断编程中,我们需要了解中断的基本概念、中断处理程序的编写方法以及如何使用编程 语言提供的中断处理函数或库进行编程。
输入输出与中断的编程实例
• 下面是一个简单的C语言程序,它演示了如何使用 输入输出函数和中断处理函数来实现一个简单的 计算器程序
3
scanf("%d %c %d", &num1, &op, &num2);
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D0~D7
译码器
IOW
≥1
A6~A4
A7
A3 A2 A1 A0
74LS138
&
G
Y0
1
G2A
G2B
C B
Y1
A
IOR
≥1
74LS273
7406 Rx8
D0 Q0
a
| Q1
反相器
b
D7 Q2
c
பைடு நூலகம்
Q3
d
Q4
e
CP Q5
f
Q6
g
Q7
DP
74LS244
D0 O1 I1 D1 O2 I2 D2 O3 I3 D3 O4 I4
6
二、I/O端口
数据端口 端口 状态端口
控制端口
7
I/O端口
I/O接口 DB
数据
CPU
状态
控制
外设
8
接口和端口
接口1
端口1 端口2
┅ 端口m
接口2
端口1 端口2
┅ 端口m
接口N
端口1
┅
端口2
┅
端口m
端口地址=芯片地址(高位地址)+片内地址
端口编 址
9
三、I/O端口的编址方式
8086/8088的寻址能力:
16
I/O地址译码例
某外设接口有4个端口,地址为2F0H—— 2F3H,由A15~A2译码得到,而A1、A0用 来区分接口中的4个端口。试画该接口与系 统的连接图。
17
I/O地址译码例
地址范围:
A11
××××001011110000 ××××001011110011
任意状态 图中不接入
片内地址
状态寄存器 (or 三态门)
命令寄存器
数据线 状态线 控制线
22
接口的基本构成
数据输入/输出寄存器
暂存输入/输出的数据
命令寄存器
存放控制命令
设定接口功能、工作参数和工作方式。
状态寄存器
保存外设当前状态,以供CPU读取。
23
二、接口的类型及特点
按传输信息的方向分类:
输入接口 输出接口
14
四、I/O地址的译码
目的: 确定端口的地址 参加译码的信号: IOR,IOW,高位地址信号 OUT指令将使总线的IOW信号有效 IN指令将使总线的IOR信号有效
15
I/O译码的地址信号
当接口只有一个端口时,16位地址线一般应 全部参与译码,译码输出直接选择该端口;
当接口具有多个端口时,则16位地址线的高 位参与译码(决定接口的基地址),而低位 则用于确定要访问哪一个端口。
较少
00000H
FFFFFH 0000H
FFFFH
内存 地址
I/O 地址
12
端口的寻址
8088/8086寻址端口数:
64K个
寻址端口的信号:
IOR、IOW A15 ~ A0
13
8088/8086的I/O端口编址
采用I/O独立编址方式(但地址线与存储器共用) 地址线上的地址信号用IO/M来区分 I/O操作只使用20根地址线中的16根:A15~A0 可寻址的I/O端口数为64K(65536)个 I/O地址范围为0~FFFFH IBM PC只使用了1024个I/O地址(0~3FFH)
E1
+5V K0~K3
符号 ’0’ ’1’ ’2’ ’3’ ’4’ ’5’ ’6’ ’7’
形状
7段码 .gfedcba
符号 ’8’ ’9’ ’A’
’B’ ’C’ ’D’ ’E’ ’F’
形状
7段码 .gfedcba
I/O接口综合应用例 —— 程序段
…… Seg7 DB 3FH,06H, 5BH,4FH,66H,6DH, 7DH,07H,7FH,67H,77H, 7CH,39H,5EH,79H,71H
第6章
输入输出及中断技术
1
主要内容
基本概念
输入输出系统 I/O接口和端口 端口的编址方式
简单接口芯片及其应用 基本输入输出方法 中断的基本概念及工作过程
2
§6.1 输入输出系统
3
了解和掌握:
接口的基本功能 端口的概念 端口的编址方式 I/O地址译码
4
一、I/O接口
接口要解决的问题
18
I/O地址译码例
译码电路图:
IOR &
IOW
A11
A10
A18
≥1
A3
A2
A9
A7 ┇
A4
A1 A0
&
接口芯片
CE
19
§6.2 简单接口电路
20
掌握:
接口电路的分类及特点; 两类简单接口芯片的应用
21
一、接口的基本构成
译码
AB
电路
DB
CB
控制 逻辑
数据输入寄存器 (or 三态门)
数据输出寄存器 (锁存器)
内存:
1MB
端口:
64K个
编址方式:
与内存统一编址 独立编址
10
端口与内存的统一编址
特点:
指令及控制信号统一; 内存地址资源减少
00000H
F0000H FFFFFH
内存 地址 960KB
I/O地址 64KB
11
端口的独立编址
特点:
内存地址资源充分利用 能够应用于端口的指令
速度匹配(Buffer) 信号的驱动能力(电平转换器、驱动器) 信号形式和电平的匹配(A/D、D/A) 信息格式(字节流、块、数据包、帧) 时序匹配(定时关系) 总线隔离(三态门)
5
接口的功能
数据的缓冲与暂存 信号电平与类型的转换 增加信号的驱动能力 对外设进行监测、控制与管理,中断处理
教材p238
P238
图
27
四、锁存器接口
通常由D触发器构成; 特点:
具有对数据的锁存能力; 不具备对数据的控制能力
28
常用锁存器芯片
74LS273
8D触发器,不具备数据的控制能力
P240图
74LS373
含三态的8D触发器,具有对数据的控制能力。 既可以做输入接口,也可以做输出接口。
29
I/O接口综合应用例
根据开关状态在7段数码管上显示数字或符号 设输出接口的地址为F0H 设输入接口地址为F1H 当开关的状态分别为0000~1111时,在7段
数码管上对应显示’0’~’F’
7段数码管图见教材p242
30
F0H = 1111 0000 A0 F1H = 1111 0001
按传输信息的类型分类:
数字接口 模拟接口
按传输信息的方式分类:
并行接口 串行接口
24
接口特点
输入接口:
要求对数据具有控制能力 常用三态门实现
输出接口:
要求对数据具有锁存能力 常用锁存器实现
25
三、三态门接口
高电平、低电平、高阻态
26
74LS244
含8个三态门的集成电路芯片 在外设具有数据保持能力时用来输入接口 74LS244应用例
……
GO: IN AND MOV MOV OUT JMP
AL, 0F1H
AL, 0FH SI, AX AL, [BX+SI] 0F0H, AL GO
LEA BX, Seg7
MOV AH, 0
33
§6.3 基本输入/输出方法
34
基本输入/输出方法