匯編語言與計算機(jī)原理第七章

1、第七章 中斷調(diào)用和中斷服務(wù)程序中斷調(diào)用是指計算機(jī)暫時停止當(dāng)前執(zhí)行程序，轉(zhuǎn)移到另一程序執(zhí)行，執(zhí)行結(jié)束后返回前面的程序繼續(xù)執(zhí)行。中斷調(diào)用類似于過程調(diào)用，和過程調(diào)用不同的是，中斷調(diào)用可以通過硬件，或者指令int實現(xiàn)，前者稱為硬中斷調(diào)用，后者稱為軟中斷調(diào)用。中斷所調(diào)用的過程稱為中斷服務(wù)程序。在ibm-pc計算機(jī)系統(tǒng)中，中斷服務(wù)程序一般是計算機(jī)系統(tǒng)所提供的一組程序，用于完成輸入輸出等操作。程序員編寫程序時，可在應(yīng)用程序中直接調(diào)用中斷服務(wù)程序，完成輸入輸出等操作，這給程序設(shè)計帶來極大的方便。中斷服務(wù)程序可分為兩部分：一部分駐留在rom中，稱為bios；另一部分由操作系統(tǒng)程序提供。dos操作系統(tǒng)提供的中斷服

2、務(wù)程序保存在磁盤文件中（io.sys和ibmdos.sys），在系統(tǒng)啟動后裝入內(nèi)存。對于同一功能操作，一般既能選擇調(diào)用dos中斷服務(wù)程序，也能選擇bios中斷服務(wù)程序。例如，通過鍵盤輸入一個字符，可以調(diào)用dos中斷21h的01h子功能，也可以調(diào)用bios中斷16h的01h子功能。因為bios比dos更靠近硬件，因此建議盡可能使用dos功能，但是，在有些情況下必須使用bios功能，因為沒有對應(yīng)的等效的dos功能。bios和dos的中斷服務(wù)程序能處理大多數(shù)的輸入輸出操作，但是，有一些功能還沒有提供，這就要考慮使用i/o指令在端口級上編程，這就需要詳細(xì)了解端口的工作原理。本章概要介紹bios和dos

3、這兩部分中斷服務(wù)程序，及其調(diào)用方法。§7.1 中斷向量和中斷服務(wù)程序一、中斷號和中斷號分配ibm-pc 計算機(jī)系統(tǒng)給每個中斷服務(wù)程序分配一個順序編號，該編號稱為中斷號。中斷號分配如下：1cpu內(nèi)部控制的中斷服務(wù)程序：0號：除0中斷，當(dāng)程序發(fā)生除0錯誤時系統(tǒng)自動執(zhí)行該中斷服務(wù)程序；1號：單步執(zhí)行，當(dāng)單步執(zhí)行程序時，每執(zhí)行一條指令后暫停程序執(zhí)行；2號：不可屏蔽中斷，分配給由cpu的不可屏蔽中斷申請；3號：斷點，程序執(zhí)行到設(shè)置的斷點時執(zhí)行該中斷服務(wù)程序；4號：溢出，產(chǎn)生溢出錯誤時執(zhí)行；5號：打印屏幕，當(dāng)按下printscreen鍵時執(zhí)行；6號：保留；7號：保留。2中斷控制器控制執(zhí)行的中斷服

4、務(wù)程序：輸入輸出中斷是由中斷控制器控制執(zhí)行的中斷服務(wù)程序，ibm-pc計算機(jī)的中斷控制器有irq0irq7八個輸入端，其占用的中斷號如下：08h號： 時鐘中斷（irq0）， 每秒鐘執(zhí)行18.2次；09h號： 鍵盤中斷（irq1）；0ah號： 保留；0bh號： 通訊口com2(irq3)；0ch號： 通訊口com1(irq4)；0dh號： lpt2(irq5)；0eh號： 磁盤控制器(irq6)；0fh號： lpt1(irq7)；如果用兩片中斷控制器芯片以級連方式工作，其irq8irq15對應(yīng)中斷號為70h77h。對應(yīng)的中斷服務(wù)程序可查閱相關(guān)手冊。3bios軟中斷服務(wù)程序：軟中斷是指通過int指

5、令調(diào)用的中斷服務(wù)程序，經(jīng)常使用的幾個重要的中斷服務(wù)程序的中斷號分配如下：10h 顯示器輸入輸出控制；13h 磁盤存?。?4h rs-232串行口通訊；16h 鍵盤輸入17h 打印輸出19h 引導(dǎo)裝入程序1ah 時鐘4dos軟中斷服務(wù)程序：中斷號20h2fh分配給dos系統(tǒng)，其中包括前面介紹過的21h號中斷，為dos系統(tǒng)功能調(diào)用。這里不作具體介紹，如果要詳細(xì)了解可以查閱有關(guān)書籍或技術(shù)手冊。二、中斷向量和中斷向量表中斷服務(wù)程序的入口地址稱為中斷向量，由段基址和偏移地址兩部分組成。dos系統(tǒng)在啟動時將所有中斷程序的入口地址按中斷號順序存放在內(nèi)存的0000：00000000：03ff空間，稱為中斷向量

6、表。每個中斷向量在中斷向量表中占四個字節(jié)，前兩個字節(jié)為中斷服務(wù)程序入口的偏移地址，后兩個字節(jié)為段基址。只要知道某個中斷服務(wù)程序的中斷號，用中斷號乘4，就可以計算出該中斷服務(wù)程序入口地址存放在中斷向量表的何處。例如dos系統(tǒng)功能服務(wù)程序的中斷號為21h，其中斷向量存放在地址0000：0084h處。使用debug程序可以查看dos系統(tǒng)功能服務(wù)程序的入口地址：-d 0:840000:0080 45 04 a7 08-4f 03 f0 0b 8a 03 f0 0b e.o.0000:0090 17 03 f0 0b bc 0f c9 00-c6 0f c9 00 d0 0f c9 00 .0000:0

7、0a0 6c 10 c9 00 66 04 70 00-b4 05 1e 03 6c 10 c9 00 l.f.p.l.0000:00b0 6c 10 c9 00 6c 10 c9 00-62 01 0f 0a cc 01 10 0a l.l.b.0000:00c0 ea e4 0f c9 00 ef 00 f0-6c 10 c9 00 01 00 88 09 .l.可以看到其入口地址為08a7：0445（注意低地址存放的是低字節(jié)，高低址存放的是高字節(jié)）。實際上知道了某個中斷服務(wù)程序的入口地址，也可以通過call指令調(diào)用該中斷服務(wù)程序，例如dos功能調(diào)用的入口地址為08a7：0445，可以通過

8、指令“call 08a7：0445”調(diào)用dos功能。進(jìn)入debug，使用“a”命令輸入下面程序段：-a126b:0100 mov ah, 02126b:0102 mov dl, 41126b:0104 call 08a7: 0445執(zhí)行上面程序：-g=100,109結(jié)果輸出字符“a”。軟中斷程序調(diào)用，就是通過int指令調(diào)用系統(tǒng)中斷服務(wù)程序。上面例子看到，通過中斷號可以從中斷向量表中查出對應(yīng)中斷服務(wù)程序的入口地址，然后通過call指令調(diào)用，但是過于繁瑣。一般調(diào)用中斷服務(wù)程序可以通過硬件，或使用int指令。int指令一般格式為：int 中斷號計算機(jī)執(zhí)行int指令的過程是：根據(jù)中斷號計算對應(yīng)中斷向量

9、在中斷向量表中地址；從中斷向量表中取出中斷服務(wù)程序的入口地址，將中斷服務(wù)程序段基址裝入cs寄存器，偏移地址裝入ip；計算機(jī)就轉(zhuǎn)移到對應(yīng)的中斷服務(wù)程序執(zhí)行；中斷服務(wù)程序執(zhí)行完畢返回被中斷的程序繼續(xù)執(zhí)行。§7.2 bios中斷服務(wù)程序調(diào)用由計算機(jī)廠商提供的bios中斷服務(wù)程序固化在rom內(nèi)，計算機(jī)啟動后，這些中斷服務(wù)程序的入口地址被裝入中斷向量表，用戶可以通過硬件方式，或軟中斷方式調(diào)用bios中的中斷服務(wù)程序。下面通過示例說明bios的鍵盤輸入和視頻輸出中斷服務(wù)程序的使用。一、鍵盤中斷服務(wù)程序鍵盤中斷服務(wù)程序中斷號為16h，包含0h、1h、2h三個子功能。0h號子功能：讀鍵盤輸入的字符。

10、當(dāng)調(diào)用該子功能時，計算機(jī)等待接收鍵盤輸入。如果沒有按鍵按下，則等待；如果有按鍵按下，則將按鍵的掃描碼裝入ah寄存器，將按鍵的ascii碼裝入al寄存器。因為鍵盤上的功能鍵，如，f1、f2、等，沒有對應(yīng)的ascii碼，所以，當(dāng)按下的如果是功能鍵，al=0，ah=對應(yīng)鍵的掃描碼。因此，可以調(diào)用0h號子功能識別是否有功能鍵按下。01h號子功能：從鍵盤緩沖區(qū)讀一個字符，當(dāng)鍵盤緩沖區(qū)不為空時，將zf置0，將讀取的ascii碼裝入al寄存器；當(dāng)鍵盤緩沖區(qū)為空時，將zf置1后返回。02h號子功能：讀取雙態(tài)鍵，或組合鍵的狀態(tài)，返回值al的對應(yīng)位含義如圖7.2.1所示。d7d6d5d4d3d2d1d0按下右sh

11、ift鍵 按下左shift鍵 按下ctrl鍵 按下alt鍵 scrollock鍵狀態(tài)numlock鍵狀態(tài)capslock鍵狀態(tài) insert鍵狀態(tài)scrollock鍵狀態(tài) 圖7.2.1 鍵盤狀態(tài)字節(jié)例721：調(diào)用鍵盤中斷0h子功能，接收一個按鍵，如果是功能鍵f1打印字母“a”，如果是其它功能鍵打印字母“b”，否則不打印。disp macro x ; ；顯示字符宏定義 mov dl, x mov ah, 02h int 21h endm.model small.code start: mov ah, 0 int 16h ；調(diào)用中斷16h的0號子功能 cmp al,0 ；是功能鍵否？ jne ex

12、it ；不是功能鍵，結(jié)束。 cmp ah, 3bh ；是功能鍵f1否？3b是功能鍵f1的掃描碼。 jne f2 disp "a" jmp exit f2: disp "b" exit: mov ah, 4ch int 21h end start 例722：分別調(diào)用16h的01h和0h子功能接收鍵盤輸入，并打印輸入健的ascii碼。rol14 macro z ; 循環(huán)左移四次宏定義push cxmov cl, 4rol z, clpop cxendmdisp macro ; 顯示字符宏定義 push ax mov ah, 02h int 21h pop a

13、x endm.model small.code out16 proc near ; 十六進(jìn)制數(shù)輸出過程 mov cx, 2 l1:rol14 al mov dl, al and dl, 0fh cmp dl, 9 jbe l2 add dl, 7 l2:add dl, 30h disp loop l1 mov dl, 'h' disp ret out16 endp調(diào)用01h子功能： start: l3: mov ah, 1 int 16h ; 調(diào)用中斷16h的01h號子功能 jz l3 ; 鍵盤緩沖如果為空返回l3 call out16 ; 調(diào)用十六進(jìn)制數(shù)輸出子程序 mov a

14、h, 4ch int 21h end start 調(diào)用0h子功能： start: mov ah, 0 int 16h ; 調(diào)用中斷16h的0號子功能 call out16 ; 調(diào)用十六進(jìn)制數(shù)輸出子程序 mov ah, 4ch int 21h end start 有上面例子可以看到中斷16h的0h子功能和dos系統(tǒng)功能調(diào)用的01h子功能幾乎是相同的，在程序中到底應(yīng)當(dāng)調(diào)用那一個好呢？一般來說如果不是特殊需要應(yīng)盡量使用dos系統(tǒng)功能。二、視頻輸出中斷服務(wù)程序不同的顯示控制器，顯示輸出的特性不同，主要包括顯示分辨率和對圖形的支持。目前pc 計算機(jī)多采用avga顯示控制器，avga顯示控制器兼容以前的c

15、ga、ega、和vga所支持的特性。顯示輸出系統(tǒng)有多種工作模式，可以分為字符模式和圖形模式兩大類，每一類又可按分辨率和顏色數(shù)分成不同的子模式。例如字符模式可以有25行×40列、25行×80列等模式；圖形模式可以有分辨率640×480，16種顏色；或分辨率640×480，256種顏色等。字符模式下顯示字符存入顯示緩存，就會在顯示器上顯示出來。分為字符模式下的顯示緩存的開始內(nèi)存地址b8000h。顯示緩存區(qū)分為若干頁，每一頁和一滿屏數(shù)據(jù)相對應(yīng)，使用時可以選擇其中的一頁。每個顯示字符占用兩個字節(jié)，前一個字節(jié)為字符的ascii碼，后一個字節(jié)為字符模式字符的屬性。字

16、符屬性字節(jié)定義如下：位0位2 字符顏色，000：黑色字符， 001：帶下劃線， 111：白色字符等位3 字符亮度，0：普通亮度，1：高亮度位4位 背景顏色，000：黑色背景，111：白色背景位7 字符閃爍，0：普通字符，1：閃爍字符圖形模式的每個像素數(shù)據(jù)位數(shù)取決于可選擇的顏色，例如640×480，16色模式，每個像素需要4位二進(jìn)制數(shù)，全屏共需要640×480×0.5=153600字節(jié)。圖形模式將顯示緩存區(qū)分成4個存儲位平面，其開始地址為a0000h，每個位平面存儲像素的一位，各個位平面的順序號相同位組合成屏幕上一個像素。dos系統(tǒng)將中斷號10h分配給視頻輸出中斷服

17、務(wù)程序。10h中斷包含0h13h子功能。下面介紹其中幾個子功能：106h子功能功能：當(dāng)前顯示頁上滾。輸入?yún)?shù)：al=上滾行數(shù)，0為初始化窗口（全屏幕）。 bh=字符填充屬性。 ch/cl=左上角行/列坐標(biāo)。 dh/dl=右下角行/列坐標(biāo)。202h子功能功能：置光標(biāo)位置。輸入?yún)?shù)： bh=顯示頁號。 dh=行號。dl=列號。309h子功能功能：在當(dāng)前光標(biāo)位置顯示字符輸入?yún)?shù)： bh=顯示頁號。 bl=顯示字符屬性 cx=重復(fù)次數(shù)其中字符屬性的各位定義如下：blrgbirgb背景前景亮度閃爍圖7.2.2 字符屬性例723：在顯示器的指定位置顯示文字。.model small.data str db

18、 "how are you!" count equ $-offset str.code start: mov al, 0 ；al=上卷行數(shù)，al=0為清屏 mov cl, 0 ；開始行號 mov ch, 0 ；開始列號 mov dl, 79 ；結(jié)束行號 mov dh, 24 ；結(jié)束列號mov bh, 7 ；卷入行屬性為黑底白字mov ah, 06h ；子功能號06h送ah寄存器。 int 10h ；調(diào)用10h的06h子功能清屏幕 mov dh, 10 ；置光標(biāo)到10行，33列 mov dl, 33 ；光標(biāo)列號mov bh, 0 ；置顯示頁號mov ah, 2 int 10h

19、 ；調(diào)用02h子功能設(shè)置光標(biāo)位置 mov ax, data mov ds, ax mov si, offset str mov bl, 01110110b ;設(shè)置字符屬性白底紅字 mov cx, countl1: puch cx ；循環(huán)次數(shù)=顯示字符數(shù) mov cx, 1 ；顯示重復(fù)次數(shù) mov ah, 9 ；調(diào)用09h子功能顯示字符 mov al, si ；顯示字符ascii碼裝入al寄存器 int 10h ；顯示字符 inc si inc di; ；光標(biāo)左移 mov ah,2 int 10h ；重置光標(biāo)位置 pop cx loop l1exit:mov ah,4ch int 21h end

20、 start運(yùn)行上面程序在顯示器的10行，33列開始顯示白底紅字的“how are you! ”。例724：在顯示器上畫一條20個像素的直線。下面程序調(diào)用了10h功能的0h和0ch子功能：0號子功能：置顯示模式，al=顯示模式代碼，當(dāng)al=12h時的顯示模式為640×480像素，16色模式；0ch子功能：在屏幕上繪點，dx=開始行，cx=開始列，al=顏色編碼。.model small.code start: mov al, 12h mov ah, 0 int 10h ；設(shè)置640×480，16色模式 mov dx, 40 ；初始行 mov cx, 50 ；開始列 l1:

21、mov ah, 0ch ；調(diào)用寫像素功能 mov al, 7 ；設(shè)置顏色為白色 int 10h ；畫點 inc cx ；列數(shù)增1 cmp cx, 70 jne l1 exit: mov ah, 4ch int 21h end start§7.3 硬中斷一、中斷控制器除了通過int指令調(diào)用中斷服務(wù)程序，微型計算機(jī)可以通過硬件調(diào)用中斷服務(wù)程序?？刂朴仓袛嗟男酒侵袛嗫刂破鳎缭缙诘膒c計算機(jī)使用intel的8259中斷控制器芯片，現(xiàn)在微機(jī)的中斷控制器和其它一些部件一起集成為一塊超大規(guī)模集成電路。中斷控制器占用20h和21h兩個i/o端口：120h對應(yīng)中斷控制器中的命令寄存器，可由cpu將

22、中斷控制命令代碼寫入到該寄存器，以控制中斷控制器的工作方式。例如，20h為停止中斷控制器工作代碼，使用下面指令將結(jié)束中斷：mov al, 20hout 20h, al其中out指令是i/o輸出指令，其執(zhí)行的操作是將al寄存器中的代碼發(fā)送到外設(shè)端口20h。中斷控制器的其它命令需要了解中斷控制器的內(nèi)部結(jié)構(gòu)和工作原理，過于復(fù)雜這里略去。2端口21h對應(yīng)中斷屏蔽寄存器，這是一個8位的寄存器，每一位和一個外部設(shè)備的中斷信號相對應(yīng)，將其中的某位置1，就會禁止該位對應(yīng)的外部設(shè)備中斷申請。dos系統(tǒng)將如下中斷號分配給硬中斷服務(wù)程序：08h 時鐘中斷（irq0）， 每秒鐘執(zhí)行18.2次；09h 鍵盤中斷（irq

23、1）；0ah 保留；0bh 通訊口com2(irq3)；0ch 通訊口com1(irq4)；0dh lpt2(irq5)；0eh 磁盤控制器(irq6)；0fh lpt1(irq7)；為了接入更多的外部設(shè)備，在微型計算機(jī)中將兩片中斷控制器芯片級連方式在一起，其irq8irq15對應(yīng)中斷號為70h77h。二、中斷控制器的工作原理當(dāng)有外部設(shè)備發(fā)出中中斷申請信號時，中斷控制器向cpu的可屏蔽中斷輸入端發(fā)出中斷申請信號，并同時將其對應(yīng)的中斷號通過數(shù)據(jù)線發(fā)送到cpu，cpu接到中斷控制器的信號后，暫時中止執(zhí)行正在執(zhí)行的程序，根據(jù)中斷控制器發(fā)來的中斷號計算中斷服務(wù)程序入口地址在中斷向量表中的位置，將中斷向

24、量裝入cs:ip，開始執(zhí)行中斷服務(wù)程序，中斷服務(wù)程序執(zhí)行結(jié)束后繼續(xù)執(zhí)行原來的程序。除了可以通過中斷屏蔽寄存器屏蔽某外設(shè)的中斷申請，將if標(biāo)志位置0，可以屏蔽所有中斷控制器的中斷申請。指令：cli 將if置零，關(guān)中斷；sti 將if置1，開中斷。§7.4 中斷程序設(shè)計有時用戶需要設(shè)計自己的中斷服務(wù)程序，用戶設(shè)計的中斷服務(wù)程序可以占用dos系統(tǒng)為用戶保留的中斷號。中斷服務(wù)程序應(yīng)當(dāng)遵循如下操作步驟：1中斷服務(wù)程序應(yīng)保護(hù)現(xiàn)場：將用到的寄存器壓如堆棧保護(hù)；2關(guān)中斷，禁止其它中斷申請；3中斷處理；4開中斷；5向中斷控制寄存器發(fā)出中斷結(jié)束命令；6恢復(fù)現(xiàn)場；7返回下面程序是中斷程序設(shè)計的示例。該程序

25、中的ring過程為中斷執(zhí)行程序，當(dāng)每次時鐘信號到來時執(zhí)行該過程一次。每次執(zhí)行檢查變量count的值，如果count等于100就顯示字符串"the bell is ring!"，然后將count清0；如果count小于100不顯示字符串，只是將count增1后返回。.model small.data mess db "the bell is ring!",0dh,0ah,"$" count dw 1.code ring proc near push ds pushu ax push cx push dx ；保護(hù)現(xiàn)場，將ds、ax、cx、dx值壓入堆棧 mov ax，data mov ds, ax cli ；關(guān)中斷 inc count cmp count, 100 jnz exit mov dx, offset mess mov ah, 09h int 21h ；調(diào)用dos的09h功能顯示字符串 mov count, 0 ；恢復(fù)count值exit: sti ；開中斷 mov al,20h out 20h, al ；發(fā)中斷結(jié)束命令 pop dx pop cx pop ax pop ds ；恢復(fù)現(xiàn)場 iret ；中斷返回 rin