輸入輸出和中斷匯編語言王爽版第6章.ppt

1、第6章 輸入輸出程序設(shè)計(jì),6.1 輸入輸出基本概念 6.2 中斷基本概念 6.3 BIOS中斷調(diào)用方式 鍵盤I/O 顯示器I/O 6.4 中斷程序設(shè)計(jì),本章重點(diǎn)：輸入/輸出指令、中斷類型、中斷向量表、中斷處理過程、DOS/BIOS服務(wù)。,本章難點(diǎn)：中斷向量表概念理解、DOS/BIOS中斷程序設(shè)計(jì)。,6.1 輸入/輸出的基本概念,輸入和輸出設(shè)備（外設(shè)）是計(jì)算機(jī)系統(tǒng)的重要組成部分。外設(shè)與 CPU連接是通過各種I/O接口實(shí)現(xiàn)的，它們之間的通信是通過接口 中的端口地址利用一組I/O指令所編寫的輸入/輸出程序?qū)崿F(xiàn)的。,I/O端口與端口地址 把I/O接口電路中能被CPU直接訪問的寄存器或某些特定器件稱之為

2、端口（Port）。I/O接口中常設(shè)有數(shù)據(jù)口、命令口和狀態(tài)口，是CPU與外設(shè)進(jìn)行讀/寫操作使用的，各I/O端口由端口地址區(qū)分,I/O端口按存放信息的不同，分為三種類型 數(shù)據(jù)端口：用于存放CPU與外設(shè)間傳送的數(shù)據(jù)信息 狀態(tài)端口：用于暫存外設(shè)的狀態(tài)信息 控制端口：用于存放CPU對(duì)外設(shè)或接口的控制信息,計(jì)算機(jī)I/O端口編址一般分兩種方法：一種是將I/O與內(nèi)存單元統(tǒng)一編址，另一種是將I/O獨(dú)立編址。在80 x86微機(jī)中，是將I/O采用16bit獨(dú)立編址,這個(gè)I/O空間允許設(shè)置64 K(65 536)個(gè)8位端口或32 K(32 768)個(gè)16位端口。,端口編址的形成：16位地址線形成0000HFFFFH,

3、輸入/輸出（I/O）：指CPU與外部設(shè)備之間的數(shù)據(jù)傳送。輸入/輸出是計(jì)算機(jī)與外部世界進(jìn)行信息交換的重要環(huán)節(jié)。 用匯編語言可以編寫I/O的程序，控制外設(shè)的各種動(dòng)作，最終實(shí)現(xiàn)輸入和輸出。匯編語言提供有專門的I/O指令：IN和OUT,輸入指令I(lǐng)N：用來從指定的外設(shè)取信息送入累加器AL/AX當(dāng)中。有4種形式： （1）IN AL，PORT功能：（PORT）AL （2）IN AX，PORT功能：（PORT）AX （3）IN AL，DX 功能：（DX）AL （4）IN AX，DX功能：（DX）AL,直接尋址,間接尋址,直接尋址：端口地址直接出現(xiàn)在指令當(dāng)中，當(dāng)端口地址在 255（00H-0FFH）之間時(shí)，可用

4、于直接尋址； 間接尋址：當(dāng)端口地址超過0FFH時(shí)，即在100HFFFFH時(shí)須用間接尋址。,6.1 輸入輸出的基本概念,1、輸入/輸出指令,輸出指令out用來把累加器的內(nèi)容送往指定的端口，有四種形式： （1）OUTPORT，AL 功能：ALPORT （2）OUTPORT，AX 功能：AXPORT （3）OUTDX，AL 功能：AL（DX） （4）OUTDX，AX 功能：AX（DX）,IN AL,21H ；直接尋址，字節(jié)輸入 IN AX,20H ；直接尋址，字輸入 MOV DX,200H ；間接尋址 IN AX,DX ；字輸入 IN AL,DX ；字節(jié)輸入,舉例： 輸入指令,1、輸入/輸出（續(xù)）,

5、舉例：輸出指令,；間接尋址，字節(jié)輸出 MOV DX,3FCH MOV AL,80H OUT DX,AL,IN指令與MOV指令的區(qū)別： INAL，80H MOVAL，80H,注意,解釋：數(shù)據(jù)傳送方式指CPU與外設(shè)間的數(shù)據(jù)傳送方式 各種不同的I/O設(shè)備要求的輸入或輸出信息是通過其接口的相應(yīng)端口地址進(jìn)行的，各個(gè)端口都有指定的操作地址，CPU通過輸入/輸出指令I(lǐng)N和OUT與外部設(shè)備交換信息。,2、數(shù)據(jù)傳送方式,無條件傳送方式 查詢方式 中斷方式 直接存儲(chǔ)器傳送方式（DMA）,I/O設(shè)備與主機(jī)之間進(jìn)行數(shù)據(jù)交換有多種方式，概括起來可以分為,無條件傳送方式示例,用一個(gè)8位輸出鎖存器控制8個(gè)發(fā)光二極管，使發(fā)光

6、管從上向下依次一個(gè)一個(gè)地閃亮，每個(gè)發(fā)光管亮一段規(guī)定的時(shí)間。設(shè)輸出鎖存器的地址為84H。 START：MOV AL，01H NEXT： OUT 84H，AL CALL DELAY ROL AL，1 JMP NEXT,DELAY PROC PUSH AX MOV AX，COUNT TIME：DEC AX JNZ TIME POP AX RET DELAY ENDP,查詢方式示例,假設(shè)從某輸入設(shè)備上輸入一組數(shù)據(jù)送緩沖區(qū)。 ; FAH為狀態(tài)端口地址 ，F(xiàn)8H為數(shù)據(jù)端口地址， FCH為控制端口地址,DATA SEGMENT MESSI DB “BUFFER OVERFLOW”, “$” BUFF DB

7、60 DUP（?） DATA ENDS CODE SEGMENT ASSUME CS：CODE，DS：DATA START：MOV AX,DATA MOV DS,AX,MOV BX,OFFSET BUFF MOV CX,60 MOV AL,01H OUT 0FCH,AL ;啟動(dòng) WAIT：IN AL,0FAH TEST AL,01H；最低位為1準(zhǔn)備好 JZ WAIT IN AL,0F8H MOV BX,AL INC BX LOOP WAIT ；檢測緩沖區(qū)是否滿，不滿再輸入,LEADX, MESSI MOVAH,09H INT21H MOVAH,4CH INT21H CODE ENDS END

8、START,無條件傳送方式：不管外設(shè)的工作狀態(tài)如何，在CPU需要進(jìn)行數(shù)據(jù)傳輸時(shí)就直接進(jìn)行。適用于外設(shè)各種動(dòng)作時(shí)間固定，且條件已知的場合下。目前已用的很少 查詢方式：適用于CPU和外設(shè)工作不同步的情況。由于外設(shè)和CPU的工作速度差別很大，所以大多數(shù)情況采用的是程序查詢傳送方式。 優(yōu)點(diǎn)：可以用程序安排幾個(gè)輸入/輸出設(shè)備的先后優(yōu)先次序，最先查詢的設(shè)備，其工作的優(yōu)先級(jí)也最高。修改程序中的查詢次序，實(shí)際上也就修改了設(shè)備的優(yōu)先級(jí)。 缺點(diǎn)：由于CPU需要不斷地執(zhí)行IN指令查詢外設(shè)工作狀態(tài)，特別是外設(shè)的工作速度相對(duì)CPU來講都很慢，在CPU和外設(shè)之間進(jìn)行數(shù)據(jù)傳送過程中，CPU需要花費(fèi)大量時(shí)間等待，不能進(jìn)行其他

9、操作，這樣就浪費(fèi)了CPU的時(shí)間。,特點(diǎn)：,中斷方式,外設(shè)準(zhǔn)備好時(shí)，外設(shè)向CPU發(fā)出中斷請(qǐng)求，CPU轉(zhuǎn)入中斷處理程序，完成輸入輸出工作。 中斷傳送方式的最大特點(diǎn)是CPU與外設(shè)并行工作，即CPU啟動(dòng)外設(shè)后，不再等待外設(shè)工作的完成，而是執(zhí)行另一個(gè)程序。當(dāng)外設(shè)完成一次操作后，就向CPU發(fā)出中斷請(qǐng)求，CPU暫?，F(xiàn)行程序的執(zhí)行而轉(zhuǎn)去響應(yīng)外設(shè)的中斷請(qǐng)求，處理完后CPU恢復(fù)執(zhí)行原來被中斷的工作。,直接存儲(chǔ)器傳送（DMA）方式,由于高速外設(shè)（例如磁盤機(jī)等）準(zhǔn)備數(shù)據(jù)的時(shí)間短，要求傳送的數(shù)量較多，同時(shí)要求傳送的速度快等特點(diǎn)，一般采用直接存儲(chǔ)器傳送方式，即DMA方式。 DMA方式傳送數(shù)據(jù)的一般過程是： 1）先把數(shù)據(jù)在

10、高速外設(shè)中存放的起始位置、數(shù)據(jù)在內(nèi)存中存放的起始地址、傳送數(shù)據(jù)長度等參數(shù)輸出到連接高速外設(shè)的接口（DMA控制器）。 2）啟動(dòng)高速外設(shè)，設(shè)備準(zhǔn)備開始直接傳送數(shù)據(jù)。當(dāng)高速外設(shè)直接傳送準(zhǔn)備好后， DMA控制器向處理機(jī)發(fā)送總線請(qǐng)求信號(hào)。處理機(jī)響應(yīng)該請(qǐng)求信號(hào)，并讓出總線控制權(quán)，高速外設(shè)在DMA控制器控制下交換數(shù)據(jù)。 3）數(shù)據(jù)交換完畢后，由DMA控制器撤除總線請(qǐng)求信號(hào)，交回總線控制權(quán)。,6.2 中斷基本概念,中斷的概念 8086的中斷源及其優(yōu)先級(jí) 中斷向量表 中斷指令及中斷返回指令 中斷處理程序的設(shè)計(jì),中斷基本概念,1、什么是中斷：當(dāng)CPU正在執(zhí)行某程序時(shí)，由于外界臨時(shí)事件的發(fā)生，向CPU發(fā)出請(qǐng)求處理信號(hào)

11、， CPU暫停現(xiàn)行程序的執(zhí)行轉(zhuǎn)去處理臨時(shí)發(fā)生的事件，處理完后返回到被中斷程序的斷點(diǎn)處繼續(xù)執(zhí)行，這個(gè)過程就是中斷。 2、中斷源：向CPU發(fā)出請(qǐng)求信號(hào)的設(shè)備或部件（引起中斷的事件） 。 3、中斷服務(wù)程序：中斷過程中，執(zhí)行的事件處理程序 4、中斷系統(tǒng)：實(shí)現(xiàn)中斷的硬件及軟件。 5、中斷系統(tǒng)的功能： 能實(shí)現(xiàn)優(yōu)先級(jí)排隊(duì) 能實(shí)現(xiàn)中斷嵌套,8086的中斷源及其優(yōu)先級(jí),中斷源,外部中斷：包括可屏蔽中斷INTR和不可屏蔽中斷NMI。 內(nèi)部中斷：包括除法錯(cuò)中斷、溢出中斷、軟中斷、斷點(diǎn)中斷和單步中斷等。,內(nèi)部中斷 內(nèi)部中斷簡稱內(nèi)中斷，又稱軟件中斷。它不需要外部硬件支持。并且不受中斷標(biāo)志位狀態(tài)的影響。8086/8088

12、內(nèi)部中斷有以下5種： l 除法錯(cuò)中斷類型0中斷 l 單步中斷類型1中斷 l 斷點(diǎn)中斷類型3中斷 l 溢出中斷類型4中斷 l 中斷指令指令I(lǐng)NT n中斷,除法錯(cuò)中斷 在執(zhí)行除法指令時(shí)，若發(fā)現(xiàn)除數(shù)為0或商超過了寄存器所 能表達(dá)的范圍，則立即產(chǎn)生一個(gè)類型為0的中斷。 溢出中斷 如果溢出標(biāo)志OF置1，有一條指令I(lǐng)NTO中斷發(fā)生溢出的 算術(shù)操作。 例： ADD AX,VALUE INTO,單步中斷 當(dāng)標(biāo)志位TF置為1時(shí)，每條指令執(zhí)行后，CPU自動(dòng)產(chǎn)生 一個(gè)類型號(hào)為1的中斷。 斷點(diǎn)中斷 通常調(diào)試程序時(shí)會(huì)在某個(gè)程序段后設(shè)置斷點(diǎn)以觀察程序 執(zhí)行到此處的結(jié)果。斷點(diǎn)可以設(shè)置在程序的任何地方， 設(shè)置斷點(diǎn)相當(dāng)于把一條

13、中斷指令I(lǐng)NT 3插入程序中， CPU每執(zhí)行到斷點(diǎn)處的INT 3指令就產(chǎn)生一個(gè)中斷。,由中斷指令I(lǐng)NT n引起的內(nèi)中斷 CPU執(zhí)行一條INT n指令后，會(huì)立即產(chǎn)生中斷，并且調(diào)用 系統(tǒng)中相應(yīng)的中斷處理程序來完成中斷處理功能，中斷 指令中的n指出中斷類型。 例： INT 21H,外部中斷,不可屏蔽中斷NMI：常用于緊急故障處理或緊迫事件處理中。它的中斷類型號(hào)為2。,可屏蔽中斷INTR：可屏蔽中斷的設(shè)置主要是為了實(shí)現(xiàn)多中斷的處理和中斷嵌套的應(yīng)用。它由鍵盤等外部設(shè)備產(chǎn)生。 這些外部設(shè)備通過8259A可編程控制器與CPU相連， 8259A可接收來自外設(shè)的中斷請(qǐng)求信號(hào)，并把中斷源的中斷類型號(hào)送CPU，如果

14、CPU響應(yīng)該外設(shè)的中斷請(qǐng)求，就自動(dòng)轉(zhuǎn)入相應(yīng)的中斷處理程序。 從外設(shè)發(fā)出的中斷請(qǐng)求到CPU響應(yīng)中斷，有兩個(gè)控制條件： IMR： 8259A的中斷屏蔽寄存器。 IF：CPU的標(biāo)志狀態(tài)寄存器中的中斷允許位的狀態(tài)。,中斷控制器8259A與CPU的通信端口 中斷控制器8259A通過端口20H、21H與CPU通信。其中，端口20H對(duì)應(yīng)于中斷命令寄存器，端口21H對(duì)應(yīng)于中斷屏蔽寄存器。 中斷命令寄存器：當(dāng)某個(gè)硬件中斷發(fā)生后，中斷控制器8259A將屏蔽來自該硬件設(shè)備的中斷，直到接收到中斷服務(wù)程序發(fā)送的中斷結(jié)束命令為止。若不發(fā)送中斷結(jié)束命令，則中斷控制器不能再接收來自該設(shè)備以及更低級(jí)的中斷請(qǐng)求。發(fā)送中斷結(jié)束命令

15、的方法是向中斷命令寄存器輸出一個(gè)字節(jié)20H： mov al,20h out 20h,al 中斷屏蔽寄存器：中斷屏蔽寄存器的8位對(duì)應(yīng)于8個(gè)硬件中斷，即端口21H的第7位對(duì)應(yīng)于IRQ0 IRQ7。將某一位置，則禁止相應(yīng)的硬件中斷；某一位置，則允許相應(yīng)的硬件中斷。 例如：若系統(tǒng)只允許鍵盤中斷，則可執(zhí)行下列指令： mov al,11111101 out 21h,al,CPU對(duì)可屏蔽中斷的響應(yīng)條件：要使CPU響應(yīng)某個(gè)I/O設(shè)備發(fā)出的中斷請(qǐng)求，必須滿足下列條件： CPU允許中斷，即中斷標(biāo)志IF為 該設(shè)備相應(yīng)的中斷屏蔽位為,優(yōu)先級(jí)高 內(nèi)中斷（除法錯(cuò)，INTO，INT n） 非屏蔽中斷（NMI） 可屏蔽中斷（

16、INTR） 低 單步中斷,三、中斷向量與中斷向量表 8086計(jì)算機(jī)系統(tǒng)共可處理256種不同的中斷，每種中斷對(duì)應(yīng) 0255（00FFH ）之間惟一的一個(gè)編號(hào)，稱為中斷類型號(hào)。每個(gè)中斷都對(duì)應(yīng)著一個(gè)與之對(duì)應(yīng)的中斷處理程序，中斷處理程序的起始地址稱為中斷入口地址（中斷向量），系統(tǒng)將各種中斷處理程序的入口地址放在一起形成一個(gè)地址表，稱為中斷向量表，如圖所示。固定存放在內(nèi)存的最低1K字節(jié)中。每一個(gè)中斷服務(wù)程序的入口地址在表中占4個(gè)字節(jié)，其中前兩個(gè)單元存放中斷處理程序的偏移地址IP的值，后兩個(gè)單元存放中斷處理程序的段地址CS值。按中斷類型號(hào)順序存放。 中斷類型號(hào)與中斷向量地址間的關(guān)系： 中斷向量的地址中斷類

17、型號(hào)X4,中斷向量表,例如：報(bào)警中斷的中斷類型為4AH，它的中斷向量地址為4AH4=128H，即128H和129H兩字節(jié)存放的是報(bào)警中斷處理程序的偏移地址；12AH和12BH兩字節(jié)存放的是報(bào)警中斷處理程序的段地址。取出段地址和偏移地址放入CS和IP，CPU就可以轉(zhuǎn)入相應(yīng)的中斷處理程序。 下圖以BIOS中斷INT 4AH為例，表示出中斷操作的5個(gè)步驟：,(1) 取中斷類型號(hào)； (2) 計(jì)算中斷向量地址； (3) 取中斷向量，偏移地址送IP，段地址送CS； (4) 轉(zhuǎn)入中斷處理程序； (5) 中斷返回到INT指令的下一條指令。,圖8.4 報(bào)警中斷操作步驟,表8-2 中斷向量表地址分配,采用中斷向量

18、的方法，大大加快了中斷處理的速度。因?yàn)橛?jì)算機(jī)可直接通過中斷向量表轉(zhuǎn)向相應(yīng)的處理程序，而不需要CPU去逐個(gè)檢測和確定中斷原因。 下表列出了80 x86各類型中斷在中斷向量表中的地址。,、中斷響應(yīng)過程： 中斷發(fā)生時(shí)，中斷硬件機(jī)構(gòu)自動(dòng)完成如下響應(yīng)過程： (1) 取中斷類型號(hào)N； (2) 標(biāo)志寄存器(PSW)內(nèi)容壓棧； (3) 當(dāng)前代碼段寄存器(CS)內(nèi)容壓棧； (4) 當(dāng)前指令指針(IP)內(nèi)容壓棧； (5) 禁止外部中斷和單步中斷(置IF=0，TF=0)； (6) 從中斷向量表中取4n的字內(nèi)容送IP，取4n2的字內(nèi)容送CS； (7) 轉(zhuǎn)中斷處理程序。,中斷發(fā)生的過程很像子程序調(diào)用，但有兩點(diǎn)不同： （1）在保護(hù)中斷現(xiàn)場時(shí)，除了保護(hù)返回地址CS:IP之外，還保存標(biāo)志寄存器PSW的內(nèi)容。因?yàn)闃?biāo)志寄存器內(nèi)容記錄中斷發(fā)生時(shí)程序指令運(yùn)行的結(jié)果特征，當(dāng)CPU處理完中斷請(qǐng)求返回原程序時(shí)，需要保證原程序工作的連續(xù)性和正確性，所以中斷發(fā)生時(shí)PSW的內(nèi)容也要保存起來。 （2）中斷發(fā)生時(shí)CPU自動(dòng)清除了IF和TF，目的是使CPU轉(zhuǎn)入中斷處理程序后，不允許再產(chǎn)生新的中斷。如果在執(zhí)行中斷處理程序中，還允許外部中斷，可以通過STI指令再把IF置1。,編寫中斷處理程序和編寫子程序一樣，所使用的匯編語