不同于内中断,外中断需要得到外设的输入,并随时得知外设的输入。
BIOS和DOS的中断例程
在系统板的ROM中存放着一套程序,称为BIOS(基本输入输出系统),BIOS中主要包含以下几部分内容:
- 硬件系统的检测和初始化程序
- 外部中断和内部中断的中断例程
- 用于对硬件设备进行I/O操作的中断例程
- 其它和硬件相关的中断例程
操作系统DOS也提供了中断例程。可以利用这些中断例程来编写程序。
BIOS和DOS在所提供的中断例程中包含了许多子程序,这些子程序实现了编程时经常需要用到的功能,可以直接用INT指令调用BIOS和DOS提供的中断例程,来完成某些工作。
在和硬件设备相关的DOS中断例程中,一般都调用了BIOS的中断例程。
以下是BIOS和DOS提供的中断例程的安装过程:
- 开机后,CPU一加电,初始化
(CS)
=0FFFFH,(IP)
=0,自动从FFFF:0单元开始执行程序。FFFF:0中有一条跳转指令,CPU执行该指令后,转去执行BIOS中的硬件系统检测和初始化程序。 - 初始化程序将建立BIOS所支持的中断向量,即将BIOS提供的中断例程的入口地址登记在中断向量表中。对于BIOS所提供的中断例程,只需将入口地址登记在中断向量表中,因为它们是固化到ROM中的程序,一直在内存中存在。
- 硬件系统检测和初始化完成后,调用“
INT 19H
”进行操作系统的引导。从此将计算机交给操作系统控制。 - DOS启动后,除了完成其它工作外,还将它所提供的例程装入内存,并建立相关的中断向量。
一般来说,一个供编程调用的中断例程中往往包含多个子程序,中断例程内部用传递进来的参数来决定执行哪一个子程序。BIOS和DOS提供的中断例程,都用 AH 来传递内部子程序的编号。
BIOS中断例程应用
INT 10H 中断例程是BIOS提供的中断例程,其中包含了多个和屏幕输出相关的子程序。
调用10H号中断例程设置光标功能功能,需要提前进行以下参数设置:
- 将寄存器 AH 的值设置为2,表示调用2号子程序,功能为设置光标位置
- 设置 BH 、DH 、DL 寄存器的值,分别对应设置光标的页号(0~8)、行号(80×25模式下:0~24)和列号(80×25模式下:0~79)
- 设置 AL 值为待显示的字符,BL 的值为待显示字符的属性
使用 MOV 指令设置完成以上参数后,使用“ INT 10H
”指令即可执行该中断例程。
DOS中断例程应用
INT 21H 中断例程是DOS提供的中断程序,其中包含了DOS提供给程序员在编程时调用的子程序。
之前程序中经常出现的是第21H号中断例程的4CH号子程序,功能是程序返回,可以用 (AL)
提供返回值。
第21H号中断例程的9号子程序,功能为在光标位置显示字符串,需要将 DS:DX
指向字符串的首地址,要显示的字符串需要用’ $
’作为结束符。
以下是一个完整的示例程序:
类似该程序可以用来执行命令行输出:
如果字符串较长,遇到行尾,程序会自动转到下一行开头处继续显示。如果到了最后一行,所有显示的字符还会自动上卷一行。
以上两个中断例程配合使用,即可在屏幕上的任意位置显示字符。
外中断信息
CPU通过端口与外部设备进行联系,外设的输入被存放在端口中。
一种中断信息来自CPU外部。当CPU外部有要处理的事发生时,相关芯片向CPU发出相应的中断信息,CPU在执行完成当前的指令后,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。
PC系统中,外中断源一共有两类:
可屏蔽中断
可屏蔽中断是CPU可以不相应的外中断,其相应与否取决于标志寄存器的设置。当CPU检测到可屏蔽中断时,如果 IF =1,则CPU响应中断,引发中断过程。如果 IF =0,则CPU不响应中断。
可屏蔽中断所引发的中断过程,除了中断类型码产生的位置不同,其余与内中断过程相同。
8086CPU提供的设置IF的指令如下:
- STI 指令:设置 IF=1
- CLI 指令:设置 IF=0
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。其余与内中断过程相同。
几乎所有由外设引发的中断,都是可屏蔽中断。当外设有需要处理的事件时,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紧急情况发生时用来通知CPU的中断信息。
这里主要讨论可屏蔽中断。
PC键盘的处理过程
以下是键盘输入的处理过程:
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。扫描码的长度为一个字节,
通码的第7位为0,断码的第7位为1,即:断码=通码+80H
下标列出了键盘上部分键的扫描码(只列出通码):
引发9号中断
当键盘的输入到达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,转而去执行 INT 9
中断例程。
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:
- 读出60H端口中的扫描码
- 如果是字符键的扫描码,将该扫描码和它所对应的字符码(ASCII码)送入内存的BIOS键盘缓冲区;如果是控制键(例如Ctrl)或切换键(例如CapsLock)的扫描码,则将其转变为状态字节,即用二进制位记录控制键和切换键状态的字节,并写入内存中存储状态字节的单元。
- 对键盘系统进行相关的控制
BIOS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之外,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,键盘状态字节各个位记录的信息如下:
- 0位:右Shift状态,置1表示按下右Shift键
- 1位:左Shift状态,置1表示按下左Shift键
- 2位:Ctrl状态,置1表示按下Ctrl键
- 3位:Alt状态,置1表示按下Alt键
- 4位:ScrollLock状态,置1表示按下ScrollLock键
- 5位:NumLock状态,置1表示按下NumLock键
- 6位:CapsLock状态,置1表示按下CapsLock键
- 7位:Insert状态,置1表示按下Insert键
使用BIOS进行键盘输入
键盘输入将引发9号中断。CPU在引发9号中断后,执行BIOS提供的 INT 9
中断例程,从60H端口读出扫描码,并将其转化为相应的ASCII码或状态信息,存储在内存的指定空间(键盘缓冲区或状态字节)中。
一般的键盘输入,在CPU执行完 INT 9
中断例程后,都放到了键盘缓冲区中。键盘缓冲区中有16个字节,可以存储15个按键的扫描码和对应的ASCII码。
以下是一个输入过程:
- 初始状态下,没有键盘输入,键盘缓冲区为空,此时没有任何元素:
- 按下B键,引发键盘中断,CPU执行
INT 9
中断例程,从60H端口读出B键的通码;然后检测状态字节,查看是否有Shift、Ctrl等切换键按下。发现没有切换键按下后,将B键的扫描码30H和对应的ASCII码62H写入键盘缓冲区,高位字节存储扫描码,低位字节存储ASCII码: - 按下左Shift键,引发键盘中断,
INT 9
中断例程接收左Shift的断码,设置0040:17处的状态字节的第1位为1,表示左Shift按下。 - 按下A键,引发键盘中断,
INT 9
中断例程从60H端口读出A的通码,检测状态字节发现左Shift被按下,则将A键的扫描码1EH和Shift-A对应的ASCII码61H写入键盘缓冲区: - 松开左Shift键,引发键盘中断,
INT 9
中断例程接收左Shift键的断码,设置0040:17
处的状态字节的第1位为0,表示左Shift松开。 - 按下A键,引发键盘中断,CPU执行
INT 9
中断例程,从60H端口读出B键的通码;检测状态字节发现没有切换键按下后,将A键的扫描码1EH和对应的ASCII码61H写入键盘缓冲区:
BIOS提供了 INT 16H
中断例程供调用。INT 16H
中断例程包含一个最重要的功能是从键盘缓冲区中读取一个键盘输入,该功能的编号为0。
INT 16H 中断例程的0号功能进行如下的工作:
- 检测键盘缓冲区中是否有数据
- 如果没有,重复第1步
- 读取缓冲区第一个字单元中的键盘输入
- 将已读取的扫描码送入 AH 寄存器,ASCII码送入 AL 寄存器
- 将已读取的键盘输入从缓冲区中删除
以下指令从键盘缓冲区中读取一个键盘输入,并将其从缓冲区中删除:
结果:(AH)
=扫描码,(AL)
=ASCII码。
BIOS的 INT 9
和 INT 16H
中断例程是一对相互配合的程序,前者在按键按下时,向键盘缓冲区中写入;后者在应用程序对其进行调用时,将数据从键盘缓冲区读出。
以下使用无缓冲输入的方式接收并显示键盘输入的一个字符。该程序需要准备的数据段如下:
在代码段中,首先将 DS:DX
指向数据段开头,以便于打印字符:
调用16H中断例程的0号功能,读取键盘输入,将得到输入的ASCII码写入数据段中:
最后,调用21H中断例程的9号功能,打印字符,最后退出程序。