输入输出程序设计

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9.3.5 软中断及有关的中断指令
软中断属于内部中断，软中断（Soft Interruptions）指令的格 式为： INT n 其中n为中断类型号。 PC机的软中断分为BIOS中断、DOS中断和自由中断三部分。 1．BIOS 中断（10H-1FH） 固化在ROM中，称为ROM BIOS，常用中断有： INT 10H-屏幕显示 INT 13H-磁盘读写 INT 16H -键盘输入 2．DOS中断（20H-3FH） 其中22H、23H、24H号是 DOS专用中断，21H、20H、25H、26H、 27H、2FH 为用户可调用中断。 3. 自由中断（40H-FFH） 自由中断主要供系统和用户应用程序扩充使用。 返回
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9.4.1
键盘输入中断调用
键盘中断调用（1NT 16H）现有9个子功能，其中0、 1和2号功能较常用。键盘调用01H-03H子功能见下表。
功能号 01H 输入 AH=00H 输出 AH=键盘扫描代码AL= 字符的ASCII码 AH=键盘扫描码AL=字 符的ASCII码若有键 按下ZF=0， 否则ZF=1 AH=00H AL=键盘标志字 功能 读键盘键入的一个ASCII字符
中断矢量地址=中断类型号*N 也就是（4*N，4*N十1）→IP；(4*N+2，4*N十3) →CS
这样就把中断处理程序的入口地址的偏移量和段基值分别送人IP 和CS，然后到此地址执行该中断的服务子程序。
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9.3.4
中断过程
一个完整的中断过程，要先后经历中断请求、中断响应、中断 处理及中断返回等4步骤。 1．中断请求 这是引起中断的第1步。中断源产生中断请求的条件，对不同的 中断源是不一样的。 2．中断响应 CPU在每执行一条指令的后期，都要查询是否有中断请求。若有， 就按照优先顺序给予响应或不响应。查询中断请求按优先级从高到 低的顺序进行。如果CPU响应，就识别并读出得到响应的中断源的类 型码。 3．中断处理 由于每个中断处理的任务不同，因此具体中断处理不可能一样， 但是也存在一些共性。，简单的说中断处理一般可由四个部分组成， 即：现场保护、具体中断处理、现场恢复以及中断返回指令。 4．中断返回 每一个中断处理子程序的最后要使用中断返回指令IRET以退出 中断，返回原断点处。该指令是无操作数指令，其功能是：首先从 堆栈中弹出中断断点地址，分别送人IP和CS，然后恢复标志寄存器 内容。
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9.2
9.2.1
输入／输出控制方式
程序控制方式
程序控制方式是在用户程序的控制下实现主机（CPU）与外设交 换信息，对哪个端口何时进行输入/输出操作，都在程序中反映出来。 具体实现时又有立即传送和程序查询两种方法。 1．立即传送方式 采用这种方法时，应该确定外设已经准备好，因此不再询问外设 是否准备情况，在程序中需要输入/输出时，就向指定端口进行输入 ／输出操作。 2．程序查询方式 若CPU与外设交换信息时，根据外设的工作状态来决定是否进行 交换，这就是程序查询方法，这时CPU常常要查询外设的某些标记， 然后再作出决定，就是程序查询方式。
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3．中断优先级 在某时如只有一个中断源提出中断请求， 若它是非屏蔽中断源，那么CPU就会立即响应 它的请求；若它是可屏蔽中断源，只要IF=1， CPU也会立即响应它的请求。但是，如果在同 一时刻有几个中断源同时提出中断请求，CPU 只能先响应1个中断源，如果CPU响应了一个中 断源的中断请求后，在执行中断处理程序的时 候，又有一个中断源提出中断请求，CPU能否 响应这个新的中断请求，这就引出了中断优先 级问题。
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第9章 输入/输出程序设计
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输入/输出指令 输入／输出控制方式 中断 BIOS中断调用
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9.1 输入/输出指令
9.1.1 I／O端口寻址
当设备通过接口与主机相连时，CPU可以通过接口地址 来访问 I/O 设备。通常将 I/O 设备码视为地址码，对 I/O 地址 码的编址可采用存储器编址和I/O端口编址两种方式。 1．存储器编址方法 存储器编址也叫统一编址，就是将I/O地址看作是存储 器地址的一部分。 2．I/O端口编址方法 I /O端口编址也称为不统一编址，就是指I/O地址和存 储器地址是分开的，所有对I/O的访问必须有专用的I/O指令。
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9.4
BIOS中断调用
BIOS 是 Basic Input/Output System 的缩写，是固化在 PC 机 ROM 中的基本输入输出系统，它提供系统加电自检、引导装入、 主要 I/O 设备的处理程序以及接口控制等功能模块，一般以中断 处理程序的形式存在。BIOS可以处理所有的系统中断，如键盘、 显示器、磁盘、打印、日期与时间等。BIOS是模块化的结构形式， 每个功能模块的入口地址都在中断矢量表中。在1k中断矢量表中， 共有 256 个中断调用的入口地址。对这些中断调用是通过软中断 指令INT来实现的，软中断指令的操作数就是中断类型码。 使用BIOS功能调用，给程序员编程带来很大的方便，程序员 不必了解硬件I/O接口的特性，可直接用指令设置参数，然后中 断调用BIOS中的程序，所以利用BIOS功能编写的程序可读性好， 易于移植。有时为了提高处理效率，应用程序也可以通过输入输 出指令直接操纵外设接口控制外设，但这种情况下程序员要熟悉 相关的硬件特性，而且应用程序的设计比较复杂，这是BIOS不方 便之处。
02H
AH=01H
读键盘状态并检查键盘是否有字符输入
02H
AH=02H
读键盘标志字
在AL中各状态位意义如下
D7 D6 D5 D4 D3 D2 D1 D0
Insert
CapsLock
NurnLock
ScrollLock
Alt键
Ctrl键
Left-Shift
Right-Shift
激活为1
激活为1
激活为1
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9.3.2
中断源、中断类型码和中断优先级
1．中断源 引起中断的原因或来源称为中断源（Interrupt source）。 （1） 外部中断 不是因为 CPU 内部原因产生的中断，称为外部中断。而外部中 断又分为非屏蔽中断NMI和可屏蔽中断INTR两种。 （2） 内部中断 由CPU内部产生的中断，称为内部中断。按引发情况可分为3 类。例如除法运算出错、执行软中断指令、单步中断等。 2．中断类型码 PC机为每一个中断源分配一个号码，称为中断类型码。这些 中断类型码在PC机中是唯一的，有的是系统统一规定的，有的是 由用户指定中断类型码。
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9.1.2பைடு நூலகம்
输入/输出指令
1．输入指令 格式： IN OPERAND1，OPERAND2 其中：操作数OPERAND1是AL或AX，操作数OPERAND2是输入端口地址。 输入指令IN是把端口的一个字节或字传送给AL或AX。 2．输出指令 格式： OUT OPERAND1，OPERAND2 其中： OPERAND1 是输出端口地址， OPERAND2 是 AL 或 AX，输出指令 OUT 把AL或AX中的内容输出到端口。 3. 端口地址的寻址方式 用上两条指令时，有直接和间接两种寻址方式来确定端口地址。 (1) 直接端口寻址 输入/输出指令的端口地址可以是直接给出，此时指令为双字节， 第二字节即为一个具体的8位二进制数，可对0-255个8位端口寻。 (2) 间接端口寻址 间接端口寻址是采用寄存器 DX 的内容来指定端口地址，此寻址方 式的指令是单字节指令。因为 DX 是 16 位寄存器，所以这种寻址方式可 对0-65535 个16位端口进行寻址。当端口号大于255 时，就应采用间接 端口寻址。
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9.3.3
中断矢量表
不同的中断来自不同的中断源，因此有着不同的处理任务， PC 机 有256个不同的中断，对每一个中断源都要设计一个中断处理程序，而 且每一个中断程序都有自己的入口地址，将256个中断程序的入口地址 放到一起，就形成了一个表，称之为中断矢量表。 PC 机的中断矢量表 是在在内存最小地址的1k字节（绝对地址为：00000H~003FFH）空间建 立的，由此表确定了中断类型码与该中断源所对应的中断处理程序之 间的一一对应联系。图9.12给出中断矢量表的安排，表内存放有256个 中断处理程序入口地址。每个入口地址由4个字节组成，两个低字节存 放入口地址的偏移量，两个高字节存放它的段基值。中断响应以后， 表中对应的4个字节的内容分别被送人IP和CS，完成程序转移。表中中 断类型0、类型1、类型2等表示这个入口地址对应的中断类型码。如果 已知现在响应中断的中断类型码，就可以从中断矢量表中找到该中断 源的处理程序入口地址。设中断类型码为N，则有：
激活为1
按下为1
按下为1
按下为1
按下为1
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9.4.2
显示器输出控制中断调用
显示器输出控制中断调用的中断类型号为10H，总共有00H-1CH 的子调用，通过这些子功能子程序的调用，可以在屏幕指定位置上 以字符方式或图形方式显示。 在子程序的调用中00H、02H、03H、05H、06H、07H、08H、09H、 0AH、0CH、0DH和0CH是基本的调用。 1．视频模式 00H号子调用是指定视频模式，PC机显卡有文本和图形两种显 示模式。 文本显示方式，是指以字符为单位显示的方式，字符通常是指 字母、数字、普通符号和一些特殊符号（如矩形块等）。在这种显 示方式下，显示缓冲存储区中存放的是字符的 ASCII码和对应的显 示属性，每个字符占用两个字节的空间。文本模式可以显示 256种 不同字符，如在 3号文本显示模式下，显示器的屏幕被划分成 80列 25行，因此一屏最多可以显示80x25（2000）个字符。 图形显示方式中，显示缓冲存储区中存放的是“像素”点的信 息，每个像素对应屏幕上的一点位置，它的值为“0”或者“1”， 为“0”就不在屏幕上打点，为“1”则在屏幕上打点。
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9.3
9.3.1
中断
中断概念
1．中断概念
计算机在执行程序的过程中，在出现异常情况或特殊请求时，计 算机停止现行运行程序，转向对这些异常情况或特殊请求的处理， 处理结束后再返回到现行程序的间断处，称之为计算机上的“中 断”。 2．中断的应用场合 (1) 及时处理计算机中的紧急事件 突发故障在用户程序中是无法反映的，但它的出现可导致运行结果 出错，甚至出现意想不到的后果，为了及时处理这些故障，应该采 用中断方式。 (2) 协调主机与外设工作速度 大部分外设的工作速度均低于CPU，采用程序查询方式，会占用 了CPU的宝贵时间。采用中断控制方式，可以很好的解决这一问题。 (3) 实时控制
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9.2.3 直接存储器存取方式
如果外设能直接与主存交换信息而不占用 CPU，CPU的资源利用率 显然又可进一步提高，这就出现了直接存储器存取的 DMA(DirectMemoryAccess)方式。 DMA的数据块传送操作可以分为3个主要步骤： (1)预处理阶段：由 CPU执行几条输入输出指令，测试设备状态； 向DMA控制器的设备地址寄存器中送入设备号，并启动设备；向内存地 址计数器送入起始地址；向字计数器中送入交换的数据字的个数。 (2)正式传送阶段：外设准备好发送数据 (输入)或接收数据(输出) 时，发出DMA请求，由DMA控制器向 CPU发出总线使用权的请求；CPU在 本机器周期执行完毕后响应该请求并使 CPU的总线驱动器处于高阻状态， 然后与系统总线相脱离，DMA控制器接管数据总线和地址总线的控制， 并向内存提供地址；在内存与外围设备之间进行数据交换，每交换一 个字则地址计数器和字计数器减1，当计数值到0时，DMA操作结束并向 CPU提出中断申请。 (3)DMA后处理工作：一旦 DMA的中断请求得到响应，CPU将停止主 程序的执行，转去执行中断服务程序进行DMA操作的后处理。包括校验 送入内存的数据是否正确；决定使用DMA方式传送数据还是结束传送； 测试传送过程中是否发生错误。
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9.2.2 中断控制方式
程序控制方式的立即传送方法，不能根据设备实时状 况操作，而程序查询方式使这种问题得以解决，但工作时 CPU 与外设相当串联工作，占用 CPU 大量时间，因此工作效 率不可恭维。如果在外设已准备好的情况下，通知CPU，这 时CPU才停下原来的工作与外设实施数据交换，此次信息交 换完成后CPU在继续自己的原有工作，按此想法就产生了中 断工作方式。 CPU 启动外设后仍继续执行原程序，在第 K 条指令执行结 束后，CPU响应了外设的请求，中断了现行程序，转至中断 服务程序，等处理完后又返回到原程序断点处，继续从第 K+1条指令往下执行。这种方式中断了原程序的运行，所以 称为程序中断方式。