第15章 外中断
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篇首语：本文由小常识网(cha138.com)小编为大家整理，主要介绍了第15章 外中断相关的知识，希望对你有一定的参考价值。
引言
以前我们讨论的都是cpu对指令的执行。我们知道，cpu在计算机系统中，除了能够执行指令，进行运算以外，还应该能够对外部设备进行控制，接受他们的输入，向他们进行输出。
也就是说，cpu除了有运算能力外，还要有I/O能力。
15.1接口芯片和端口
第14章我们讲过，在pc系统的接口卡和主板上，装有各种接口芯片。这些外设接口芯片的内部有若干寄存器，cpu将这些寄存器当作端口来访问。
外设的输入不直接送入内存和cpu，而是送入相关的接口芯片的端口中。
cpu向外设的输出也不是直接送入外设，而是先送入端口中，再由相关的芯片送到外设。
cpu还可以向外设输出控制命令，而这些控制命令也是先送到相关芯片的端口中，然后再由相关的芯片根据命令对外设实施控制。
可见，cpu通过端口和外部设备进行联系。
cpu在执行完当前指令后，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。
在pc系统中，外中断源一共有两类：
1、可屏蔽中断
2、不可屏蔽中断
可屏蔽中断是cpu可以不响应的外中断。cpu是否相应可屏蔽中断，要看标志寄存器的IF位的设置。
当cpu检测到可屏蔽中断信息时：
*如果IF=1，则cpu在执行完当前指令后响应中断，引发中断过程。
如果IF=0，则不响应可屏蔽中断。
我们回忆一下内中断所引发的中断过程：
1）取中断类型码n
2）标志寄存器入栈，if=0，TF=0
3）cs、ip入栈
4）ip=n*4，cs=n*4+2
由此转去执行中断处理程序。
可屏蔽中断所引发的中断过程，除在第一步的实现上有所不同外，基本上和内中断的中断过程相同。
因为可屏蔽中断信息来自于cpu外部，中断类型码是通过数据总线送入cpu的。
而内中断的中断类型码是在cpu内部产生的。
现在，我们可以解释中断过程中将IF置为0的原因了，将IF置0的原因就是，在进行中断处理程序后，禁止其他的可屏蔽中断。
当然，如果在中断处理程序中需要处理可屏蔽中断，可以用指令将IF置1.
8086cpu提供的设置IF的指令如下：
sti ，用于设置IF=1
cli ，用于设置IF=0.
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信息时，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。
不可屏蔽中断的中断过程：
1）标志寄存器入栈，if=0，tf=0
2）cs、ip入栈
3）ip=8、cs=0aH
几乎所有由外设引发的外中断，都是可屏蔽中断。当外设有需要处理的事情（比如说键盘输入）发生时，相关芯片向cpu发出可屏蔽终端信息。
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。
15.3 pc机键盘的处理过程
下面我们看一下键盘输入的处理过程，并以此来体会一下pc机处理外设输入的基本方法。
1、键盘输入
2、引发9号中断
3、执行int 9 中断例程
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的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为通码，松开一个键产生的扫描码为断码。
扫描码长度为1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
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，转去执行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：
1）读出60h端口中的扫描码
2）如果是字符键的扫描码，将该扫描码和它所对应的字符码（即ASCII码）送入内存中的BIOS键盘缓冲区：
如果是控制键（比如ctrl）和切换键（比如CapsLock）的扫描码，则将其转变为状态字节（用二进制位记录控制键和切换键状态的字节）写入内存中存储状态字节的单元。
3）对键盘系统进行相关的控制，比如说，向相关芯片发出应答信息。
15.3 PC机键盘的处理过程
BIOS键盘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中断例程除了接受扫描码外，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节存放，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。键盘状态字节各位记录的信息如下：
从上面的内容中，我们可以看出键盘输入的处理过程：
1）键盘产生扫描码
2）扫描码送入60h端口
3）引发9号中断
4）cpu执行int 9中断例程处理键盘输入。
上面的过程中，第1、2、3步都是由硬件系统完成的。我们能够改变的只有int 9中断处理程序。
我们可以重新编写int 9中断例程，按照自己的意图来处理键盘的输入。
但是，在课程中，我们不准备完整地编写一个键盘中断地处理程序，因为要涉及到一些硬件细节，而这些内容脱离了我们地内容主线。
但是，我们却还要编写新的键盘中断处理程序，来进行一些特殊地工作，那么这些硬件细节如何处理呢？
这点比较简单，因为BIOS提供地int 9中断例程已经对这些硬件细节进行了处理。
我们只要在自己编写地中断例程中调用BIOS的int 9中断例程就可以了。
在上面的程序的执行过程中我们无法看清屏幕上的显示。
因为一个字母刚显示到屏幕上，cpu执行几条指令后，就又变成了另一个字母，字母之间切换得太快，无法看清。
此时，我们让cpu执行一段时间得空循环，这样就能延时一段时间。
显示a~z，并可以让人看清，这个任务已经实现。
那么如何实现，按下Esc键后，改变显示的颜色呢？
键盘输入到达60h端口后，就会引发9号中断，cpu则转去执行int 9中断例程。
我们可以编写int 9中断例程，功能如下：
1）从60h端口读出键盘的输入
2）调用BIOS的int9中断例程，处理其他硬件细节
3）判断是否为Esc的扫描码，如果是，改变显示的颜色后返回，如果不是则直接返回。
下面一一实现
1、从端口60h读出键盘的输入。
in al，60h
2、调用BIOS的int 9中断例程
有一点要注意的是，我们写的中断处理程序要成为新的int 9中断例程，主程序必须要将中断向量表中的int 9中断例程的入口地址改为我们写的中断处理程序的入口地址。
那么在新的中断处理程序中调用原来的int 9中断例程时，中断向量表中的int 9中断例程的入口地址却不是原来的int 9中断例程的地址。
所以我们不能使用int 指令直接调用。
要能在我们写的新中断例程中调用原来的中断例程，就必须在将中断向量表中的中断例程的入口地址改为新地址之前，将原来的入口地址保存起来。
这样，在需要调用的时候，我们才能找到原来的中断例程的入口。
对于我们现在的问题，假设我们将原来int 9中断例程的偏移地址和段地址保存在ds：[0]和ds：[2]单元中。
那么我们在需要调用原来的int 9中断例程时候，就可以在ds:[0]、ds：[2]单元中找到它的入口地址，
那么，有了入口地址后，我们如何进行调用呢？
当然不能使用指令int 9来调用。我们可以用别的指令来对int 指令进行一些模拟，从而实现对中断例程的调用。
我们来看，int指令在执行的时候，cpu进行下面的工作：
1）取中断类型码n
2）标志寄存器入栈
3）IF=0，TF=0
4）CS、IP入栈
5）IP=n*4，CS=n*4+2
取中断类型码是为了定位中断例程的入口地址，在我们的问题中，中断例程的入口地址已经知道。
所以，我们用别的指令模拟int指令时候，不需要做第1步
在假设要调用的中断例程的入口地址在ds：0和ds：2单元中的前提下，我们将int过程用下面几步模拟。
1）标志寄存器入栈
2）IF=0，TF=0
3）CS、IP入栈
4）IP=ds*16+0
CS=ds*16+2
可以注意到第3、4步和call dword ptr ds：[0]的功能一样。
call dword ptr ds:[0]的功能也是：
1）cs、ip入栈
2)ip=ds*16+0
cs=ds*16+2
所以int 过程的模拟过程变为：
1）标志寄存器入栈
2）IF=0，TF=0
3）call dword ptr ds：[0]
对于1）可用pushf实现
对于2），可用下面的指令实现
pushf
pop ax
and ah,11111100b
push ax
pop f
这样模拟int指令的调用功能，调用入口地址在ds：0、ds：2中的中断例程的程序如下
pushf
pushf
pop ax
and ah,11111100b
push ax
popf
call dword ptr ds:[0]
3、如果是Esc键的扫描码，改变显示的颜色后返回
如何改变显示的颜色
显示的位置是屏幕的中间，即第12行40列，显存中的偏移地址为：160*12+40*2
所以字符的ASCII码要送入b800：160*12+40*2处。
而b800:160*12+40*2+1处是字符的属性，我们只要改变此处的数据就可以该百年在b800：160*12+40*2处显示的字符的颜色了。
该程序的最后一个问题是，要在程序返回前，将中断向量表中的int 9中断例程的入口地址恢复为原来的地址。否则程序返回后，别的程序将无法使用键盘。
完整代码如下：
;编程：在屏幕中间依次显示“a”~“z”，并可以让人看清。在显示的过程中，按下‘Esc‘键后，改变显示的颜色。 ;完整功能代码： assume cs:code stack segment db 128 dup (0) stack ends data segment dw 0,0 data ends code segment start: mov ax,stack mov ss,ax mov sp,128 mov ax,data mov ds,ax mov ax,0 mov es,ax push es:[9*4] pop ds:[0] push es:[9*4+2] pop ds:[2] ;将原来的int 9中断例程的入口地址保存在ds:0、ds:2单元中 mov word ptr es:[9*4],offset int9 mov es:[9*4+2],cs ;在中断向量表中设置新的int 9中断例程的入口地址 mov ax,0b800h mov es,ax mov ah,‘a‘ s: mov es:[160*12+40*2],ah call delay inc ah cmp ah,‘z‘ jna s mov ax,0 mov es,ax push ds:[0] pop es:[9*4] push ds:[2] pop es:[9*4+2] ;将中断向量表中int 9中断例程的入口恢复为原来的地址 mov ax,4c00h int 21h delay: push ax push dx mov dx,10h mov ax,0 s1: sub ax,1 sbb dx,0 cmp ax,0 jne s1 cmp dx,0 jne s1 pop dx pop ax ret ;------以下为新的int 9中断例程-------------------- int9: push ax push bx push es in al,60h pushf pushf pop bx and bh,11111100b push bx popf call dword ptr ds:[0] ;对int指令进行模拟，调用原来的int 9中断例程 cmp al,1 jne int9ret mov ax,0b800h mov es,ax inc byte ptr es:[160*12+40*2+1] ;属性增加1，改变颜色 int9ret:pop es pop bx pop ax iret code ends end start
assume cs:code stack segment db 128 dup (0) stack ends code segment start: mov ax,stack mov ss,ax mov sp,128 push cs pop ds mov ax,0 mov es,ax mov si,offset int9 ;设置ds:si指向源地址 mov di,204h ;设置es:di指向目的地址 mov cx,offset int9end - offset int9 ;设置cx为传输长度 cld ;设置传输方向为正 rep movsb push es:[9*4] pop es:[200h] push es:[9*4+2] pop es:[202h] cli mov word ptr es:[9*4],204h mov word ptr es:[9*4+2],0 sti mov ax,4c00h int 21h int9: push ax push bx push cx push es in al,60h pushf call dword ptr cs:[200h] ;当此中断例程执行时(CS)=0 cmp al,3bh ;F1的扫描码为3bh jne int9ret mov ax,0b800h mov es,ax mov bx,1 mov cx,2000 s: inc byte ptr es:[bx] add bx,2 loop s int9ret:pop es pop cx pop bx pop ax iret int9end:nop code ends end start
以上是关于第15章 外中断的主要内容，如果未能解决你的问题，请参考以下文章