汇编总结(2)：中断、端口、直接定址表

1、中断

CPU具有一种能力，可以在执行完当前指令之后，检测从内部产生或外部发来的特殊信息，并立即对其进行处理，这种特殊的信息，叫做中断信息。

中断即CPU不再接着刚执行完的指令向下执行，而是转去处理特殊信息。

中断分为：

• 内中断，CPU内部产生的特殊信息
• 外中断，CPU外部产生的特殊信息

1.1、内中断

中断信息必须包含标识来源的编码，叫做中断类型码。中断类型码为一个字节型数据，可表示256种中断信息来源。

产生中断信息的事件，即中断信息的来源，叫做中断源。

内中断分类：

• 除法错误，类型码0，如div指令产生溢出
• 单步执行，类型码1，即单步调试
• into指令，类型码4
• int指令，指令格式为int n，类型码为n

CPU在收到中断信息后，需要对中断信息进行处理，这可以由我们编程来决定，我们编写的处理中断信息的程序叫做中断处理程序。

CPU要想执行中断处理程序，则必须知道这个程序的入口，即CS:IP指向这个入口，CPU用8位中断类型码通过中断向量表找到对应中断程序的入口地址。

中断向量表在内存中保存，对于8086CPU机，其必须存放在0000:0000~0000:03FF处，这是规定好的。

中断向量表中每个中断类型码对应中断程序的段地址和偏移地址，共占2个字节。

CPU通过中断类型码，然后在中断向量表中找到中断处理程序的段地址和偏移地址，设置CS和IP，CPU开始执行中断处理程序。这个操作是CPU自动完成的，这个过程叫做中断过程。

具体过程如下：

• 从中断信息中取得中断类型码N
• pushf：标志寄存器的值入栈(中断过程中会改变标志寄存器的值，所以先保存之前的值)
• TF=0,IF=0：设置标志寄存器第8位TF和第9位IF的值为0
• PUSH CS：CS内容入栈
• PUSH IP：IP内容入栈
• (IP)=(N*4),(CS)=(N*4+2)：从内存地址为中断类型码*4和中断类型码*4+2的两个字中读取中断处理程序入口地址，设置CS和IP
• 执行中断处理程序

中断处理程序编写步骤：

• 保存用到的寄存器
• 处理中断
• 恢复用到的寄存器
• 用iret指令返回

iret指令功能：

• pop IP
• pop CS
• popf

引发中断的具体事件：

• 除法错误：如果在执行div指令时，发生溢出错误，将产生中断类型码为0的中断信息，CPU检测到此信息然后引发中断过程，转去执行0号中断所对应的中断处理程序；
• 单步中断：CPU执行完一条指令后，如果检测到TF位是1，则产生单步中断，转去执行1号中断处理程序，CPU提供单步中断功能，为单步跟踪程序执行过程提供了实现机制；

• int指令引发中断：可自定义调用中断处理程序，例如int n将调用n号中断处理程序；

在主板的ROM中存放的程序，叫做BIOS(基本输入输出系统)，主要包含以下内容：

• 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；
• 其他和硬件系统相关的中断例程；

操作系统DOS也提供了中断例程，DOS中断例程就是操作系统向程序员提供的编程资源。int 21h中断例程就是DOS提供的，即程序返回功能。

在执行完向ss寄存器传送数据指令后，即使发生中断，CPU也不会响应。因为ss:sp联合指向栈顶，应该持续完成，否则将发生错误。

1.2、外中断

CPU能响应外设的输入，并向它们进行输出，这个过程叫做外中断。

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端口中。CPU向外设输出也不是直接送入外设，而是先送入端口，再由芯片送到外设。CPU通过端口和外设进行联系。

外中断源分为2类：

• 可屏蔽中断：CPU可以不响应的外中断，由标志寄存器IF决定，如果IF=1则响应，否则屏蔽中断；
  • 中断过程将IF设置为0，就是保证在进入中断处理程序后，禁止其他的可屏蔽中断
  • 8086CPU提供修改IF的指令：sti：IF=1， cli：IF=0
• 不可屏蔽中断：
  • CPU必须响应的外中断
  • 中断类型码固定为2

几乎所有由外设引发的外中断，都是可屏蔽中断。

2、端口

在计算机中，各种存储器和CPU的地址总线、数据总线、控制总线相连，CPU控制它们时，都把它们当做内存来对待。除了各种存储器之外，还与很多芯片相连：

• 各种接口卡(网卡、显卡)上的接口芯片，它们控制接口卡工作；
• 主板上的接口芯片，CPU通过它们对部分外设进行访问；
• 其他芯片，存储相关系统信息，或进行相关的输入输出处理；

这些芯片中，都有一组可以由CPU读写的寄存器，CPU把这些寄存器都当做端口，对它们进行统一编址，从而建立一个统一的端口地址空间。

访问端口：

• in al 60h：从60h号端口读入一个字节
• out 20h,al：往20h端口写入一个字节

PC机中，有一个CMOS RAM芯片，一般称为CMOS，特征如下：

• 包含一个实时钟和一个有128个存储单元的RAM存储器；
• 此芯片靠电池供电，可保证实时钟持续工作，RAM中信息不丢失；
• 128个字节的RAM中，内部实时钟占用0~0dh保存时间信息，其他单元保存系统配合信息，供系统启动时BIOS程序读取，也可通过BIOS配置CMOS RAM中的系统信息；
• 此芯片内部有2个端口：70h和71h，CPU通过这2个端口读写CMOS RAM；
• 70h为地址端口，存放要访问CMOS RAM单元的地址；71h为数据端口，存放从选定CMOS RAM单元中读取的数据，或要写入其中的数据；

在CMOS RAM中，存放着当前的时间：年、月、日、时、分、秒。每个长度为1个字节，这些数据以BCD码方式存放。

BCD码是以4位二进制数表示十进制数的编码方法。

3、直接定址表

假如a、b标号代表2组数据空间，那么有如下写法既可以标记存储数据的单元地址，还可以标记其长度：

指令：mov ax,b
相当于：mov ax,cs:[8]

指令：mov b,2
相当于：mov word ptr cs:[8],2

指令：inc b
相当于：inc word ptr cs:[8]

指令：mov al,a[si]
相当于：mov al,cs:0[si]

指令：mov al,a[3]
相当于：mov al,cs:0[3]

指令：mov al,a[bx+si+3]
相当于：mov al,cs:0[bx+si+3]

通过数据能直接计算出所要找的元素的位置的表，叫做直接定址表。

直接定址表的好处：

• 使算法清晰简洁
• 加快运算速度
• 程序易于扩展