第9章-輸入輸出程序設計

第9章

輸入/輸出程序設計

◆

輸入/輸出指令

◆ 輸入／輸出控制方式

◆

I/O程序舉例

◆ BIOS中斷調(diào)用

9.1輸入/輸出指令

9.1.1I／O端口尋址

當設備通過接口與主機相連時，CPU可以通過接口地址來訪問I/O設備。通常將I/O設備碼視為地址碼，對I/O地址碼的編址可采用存儲器編址和I/O端口編址兩種方式。1．存儲器編址方法存儲器編址也叫統(tǒng)一編址，就是將I/O地址看作是存儲器地址的一部分。2．I/O端口編址方法I/O端口編址也稱為不統(tǒng)一編址，就是指I/O地址和存儲器地址是分開的，所有對I/O的訪問必須有專用的I/O指令。00FFH0000H0100HFFFFH地址...M空間I/O空間...（64KB）整個地址空間（256個）（65280個）原則： M與I/O共用整個地址空間；I/O端口與存儲單元等同——M與I/O地址不

重疊；無專門的I/O指令優(yōu)點： I/O可有較大編址空間，易擴展；I/O操作指令類型多、功能齊全；缺點： M的地址空間受限；I/O指令較長，執(zhí)行速度較慢；采用機型：Motorola系列、Apple系列、部分小型機存儲器編址方法-獨立編址（I/O映象方式、專用I/O指令方式）FFH00H地址I/O空間...（256個）原則： M與I/O分開編址、互不干擾——M與I/O地址不重疊優(yōu)點： M空間不受I/O空間影響；有專用I/O指令（程序清晰）；I/O指令短，執(zhí)行速度快缺點：

I/O指令種類有限，I/O空間不易擴展采用機型：PC系列、Z-80系列（64KB）M空間地址0000HFFFFH...9.1.2輸入/輸出指令

1．輸入指令格式：INAL/AX，PORT功能：將PORT端口內(nèi)容（字節(jié)或字）傳送給AL或AX中。2．輸出指令格式：OUTPORT，AL/AX功能：將AL或AX中的內(nèi)容輸出到端口PORT。

3.端口地址的尋址方式用上兩條指令時，有直接和間接兩種尋址方式來確定端口地址。(1)直接端口尋址輸入/輸出指令的端口地址可以是直接給出，此時指令為雙字節(jié)，第二字節(jié)即為一個具體的8位二進制數(shù)，可對0-255個8位端口尋。(2)間接端口尋址間接端口尋址是采用寄存器DX的內(nèi)容來指定端口地址，此尋址方式的指令是單字節(jié)指令。因為DX是16位寄存器，所以這種尋址方式可對0-65535個16位端口進行尋址。當端口號大于255時，就應采用間接端口尋址。返回4、獨立編址方式的端口訪問1、I/O指令輸入INAL,PORTINAL,DXINAX,PORTINAX,DX輸出OUTPORT,ALOUTDX,ALOUTPORT,AXOUTDX,AX注意事項：PORT范圍（長格式）：00H～FFH數(shù)據(jù)寄存器：AL/AX端口間址寄存器（短格式）：DX9.2輸入／輸出控制方式

9.2.1程序控制方式程序控制方式是在用戶程序的控制下實現(xiàn)主機（CPU）與外設交換信息，對哪個端口何時進行輸入/輸出操作，都在程序中反映出來。具體實現(xiàn)時又有立即傳送和程序查詢兩種方法。1．立即傳送方式采用這種方法時，應該確定外設已經(jīng)準備好，因此不再詢問外設是否準備情況，在程序中需要輸入/輸出時，就向指定端口進行輸入／輸出操作。

2．程序查詢方式若CPU與外設交換信息時，根據(jù)外設的工作狀態(tài)來決定是否進行交換，這就是程序查詢方法，這時CPU常常要查詢外設的某些標記，然后再作出決定，就是程序查詢方式。

查詢方式-CPU反復地、主動地查詢外設的狀態(tài)-特點：無額外的硬件開銷，但CPU工作效率低-應用：CPU不太忙、傳送速度不高無條件方式是查詢方式的特例讀狀態(tài)輸入/輸出準備好？NY查詢方式傳送一個數(shù)據(jù)查詢方式動態(tài)演示9.2.2中斷控制方式

程序控制方式的立即傳送方法，不能根據(jù)設備實時狀況操作，而程序查詢方式使這種問題得以解決，但工作時CPU與外設相當串聯(lián)工作，占用CPU大量時間，因此工作效率不可恭維。如果在外設已準備好的情況下，通知CPU，這時CPU才停下原來的工作與外設實施數(shù)據(jù)交換，此次信息交換完成后CPU在繼續(xù)自己的原有工作，按此想法就產(chǎn)生了中斷工作方式。CPU啟動外設后仍繼續(xù)執(zhí)行原程序，在第K條指令執(zhí)行結束后，CPU響應了外設的請求，中斷了現(xiàn)行程序，轉至中斷服務程序，等處理完后又返回到原程序斷點處，繼續(xù)從第K+1條指令往下執(zhí)行。這種方式中斷了原程序的運行，所以稱為程序中斷方式。中斷方式-外設主動向CPU提出中斷申請；-CPU與外設并行工作-特點：增加了硬件開銷（設置中斷控制器），提高了CPU工作效率-應用：CPU較忙、尤其是實時控制及緊急事件處理中斷方式動態(tài)演示9.2.3直接存儲器存取方式如果外設能直接與主存交換信息而不占用CPU，CPU的資源利用率顯然又可進一步提高，這就出現(xiàn)了直接存儲器存取的DMA(DirectMemoryAccess)方式。

DMA的數(shù)據(jù)塊傳送操作可以分為3個主要步驟：(1)預處理階段：由CPU執(zhí)行幾條輸入輸出指令，測試設備狀態(tài)；向DMA控制器的設備地址寄存器中送入設備號，并啟動設備；向內(nèi)存地址計數(shù)器送入起始地址；向字計數(shù)器中送入交換的數(shù)據(jù)字的個數(shù)。(2)正式傳送階段：外設準備好發(fā)送數(shù)據(jù)(輸入)或接收數(shù)據(jù)(輸出)時，發(fā)出DMA請求，由DMA控制器向CPU發(fā)出總線使用權的請求；CPU在本機器周期執(zhí)行完畢后響應該請求并使CPU的總線驅動器處于高阻狀態(tài)，然后與系統(tǒng)總線相脫離，DMA控制器接管數(shù)據(jù)總線和地址總線的控制，并向內(nèi)存提供地址；在內(nèi)存與外圍設備之間進行數(shù)據(jù)交換，每交換一個字則地址計數(shù)器和字計數(shù)器減1，當計數(shù)值到0時，DMA操作結束并向CPU提出中斷申請。(3)DMA后處理工作：一旦DMA的中斷請求得到響應，CPU將停止主程序的執(zhí)行，轉去執(zhí)行中斷服務程序進行DMA操作的后處理。包括校驗送入內(nèi)存的數(shù)據(jù)是否正確；決定使用DMA方式傳送數(shù)據(jù)還是結束傳送；測試傳送過程中是否發(fā)生錯誤。

直接存儲器存取方式（DMA方式）-M與I/O、I/O與I/O間直接快速傳送-快速性原因：硬件取代軟件；提供直接通路-特點：電路結構復雜，硬件開銷大-應用：高速外設進行大量數(shù)據(jù)傳送DMA方式動態(tài)演示返回9.3I/O程序舉例例9.1編制查詢方式打印字符的子程序。設打印機數(shù)據(jù)寄存器口地址378H，狀態(tài)寄存器口地址379H，控制寄存器口地址37AH.編制子程序說明文件如下：子程序名：PRINT；子程序功能：打印一個字符；入口條件：打印字符在AL中；出口條件：無受影響的寄存器：F。圖9.4打印機控制寄存器位模式圖9.5打印機狀態(tài)寄存器位模式；查詢方式打印字符的子程序PRINT.ASMPRINTPROCNEARPUSHDXPUSHAXMOVDX，379HBUSY：INAL，DX；讀打印機狀態(tài)寄存器

TESTAL，80H；測試打印機忙否？

JEBUSY；忙則等待

POPAXPUSHAXMOVDX，378H；數(shù)據(jù)寄存器口地址→DXOUTDX，AL；輸出數(shù)據(jù)

MOVDX，37AHMOVAL，1DHOUTDX，AL；發(fā)選通信號

ANDAL，1EHOUTDX，ALPOPAXPOPDXRETPRINTENDP例9.2編制直接控制揚聲器發(fā)出聲音的程序。程序通過I/O指令使設備控制寄存器（I/O端口地址為61H）的第1位交替為0和1，并使該位和揚聲器的脈沖門相連，當?shù)?位由0變?yōu)?，延遲一會又由0變?yōu)?時，脈沖門就先打開后關閉，產(chǎn)生了一個脈沖電流。這個脈沖電流被放大后送到揚聲器使之發(fā)出了聲音。61H端口的第0位和一個揚聲器（2號定時器）相連，現(xiàn)在不用振蕩器產(chǎn)生聲音，所以把第0位置零。圖9.5是控制揚聲器發(fā)聲的原理示意圖。圖9.5例9.2發(fā)聲示意圖例9.2控制揚聲器發(fā)聲程序sound.asmPROGRAMSEGMENTMAINPROCFARASSUMECS：PROGNAM，DS：PROGNAMORG 100HSTART：MOVDX，100 ；開關100次

IN AL，61H；獲得端口61HANDAL，11111100B ；把發(fā)聲控制位變?yōu)?SOUND：XORAL，2 ；把發(fā)聲控制位取反

OUT61H，AL；輸出到端口61H MOVCX，140H ；循環(huán)等待延時WAITL:LOOPWAITL DECDX；發(fā)100個脈沖

JNESOUND RETMAINENDPPROGRAMENDSENDSTART9.3中斷

9.3.1中斷概念

1．中斷概念

計算機在執(zhí)行程序的過程中，在出現(xiàn)異常情況或特殊請求時，計算機停止現(xiàn)行運行程序，轉向對這些異常情況或特殊請求的處理，處理結束后再返回到現(xiàn)行程序的間斷處，稱之為計算機上的“中斷”。

2．中斷的應用場合(1)及時處理計算機中的緊急事件突發(fā)故障在用戶程序中是無法反映的，但它的出現(xiàn)可導致運行結果出錯，甚至出現(xiàn)意想不到的后果，為了及時處理這些故障，應該采用中斷方式。

(2)協(xié)調(diào)主機與外設工作速度

大部分外設的工作速度均低于CPU，采用程序查詢方式，會占用了CPU的寶貴時間。采用中斷控制方式，可以很好的解決這一問題。

(3)實時控制9.3.2中斷源、中斷類型碼和中斷優(yōu)先級

1．中斷源

引起中斷的原因或來源稱為中斷源（Interruptsource）。（1）

外部中斷不是因為CPU內(nèi)部原因產(chǎn)生的中斷，稱為外部中斷。而外部中斷又分為非屏蔽中斷NMI和可屏蔽中斷INTR兩種。（2）

內(nèi)部中斷由CPU內(nèi)部產(chǎn)生的中斷，稱為內(nèi)部中斷。按引發(fā)情況可分為3類。例如除法運算出錯、執(zhí)行軟中斷指令、單步中斷等。2．中斷類型碼PC機為每一個中斷源分配一個號碼，稱為中斷類型碼。這些中斷類型碼在PC機中是唯一的，有的是系統(tǒng)統(tǒng)一規(guī)定的，有的是由用戶指定中斷類型碼。

3．中斷優(yōu)先級

在某時如只有一個中斷源提出中斷請求，若它是非屏蔽中斷源，那么CPU就會立即響應它的請求；若它是可屏蔽中斷源，只要IF=1，CPU也會立即響應它的請求。但是，如果在同一時刻有幾個中斷源同時提出中斷請求，CPU只能先響應1個中斷源，如果CPU響應了一個中斷源的中斷請求后，在執(zhí)行中斷處理程序的時候，又有一個中斷源提出中斷請求，CPU能否響應這個新的中斷請求，這就引出了中斷優(yōu)先級問題。

9.3.3中斷矢量表不同的中斷來自不同的中斷源，因此有著不同的處理任務，PC機有256個不同的中斷，對每一個中斷源都要設計一個中斷處理程序，而且每一個中斷程序都有自己的入口地址，將256個中斷程序的入口地址放到一起，就形成了一個表，稱之為中斷矢量表。PC機的中斷矢量表是在在內(nèi)存最小地址的1k字節(jié)（絕對地址為：00000H~003FFH）空間建立的，由此表確定了中斷類型碼與該中斷源所對應的中斷處理程序之間的一一對應聯(lián)系。圖9.12給出中斷矢量表的安排，表內(nèi)存放有256個中斷處理程序入口地址。每個入口地址由4個字節(jié)組成，兩個低字節(jié)存放入口地址的偏移量，兩個高字節(jié)存放它的段基值。中斷響應以后，表中對應的4個字節(jié)的內(nèi)容分別被送人IP和CS，完成程序轉移。表中中斷類型0、類型1、類型2等表示這個入口地址對應的中斷類型碼。如果已知現(xiàn)在響應中斷的中斷類型碼，就可以從中斷矢量表中找到該中斷源的處理程序入口地址。設中斷類型碼為N，則有：中斷矢量地址=中斷類型號*N也就是（4*N，4*N十1）→IP；(4*N+2，4*N十3)→CS這樣就把中斷處理程序的入口地址的偏移量和段基值分別送人IP和CS，然后到此地址執(zhí)行該中斷的服務子程序。9.3.4中斷過程一個完整的中斷過程，要先后經(jīng)歷中斷請求、中斷響應、中斷處理及中斷返回等4步驟。1．中斷請求這是引起中斷的第1步。中斷源產(chǎn)生中斷請求的條件，對不同的中斷源是不一樣的。2．中斷響應CPU在每執(zhí)行一條指令的后期，都要查詢是否有中斷請求。若有，就按照優(yōu)先順序給予響應或不響應。查詢中斷請求按優(yōu)先級從高到低的順序進行。如果CPU響應，就識別并讀出得到響應的中斷源的類型碼。3．中斷處理由于每個中斷處理的任務不同，因此具體中斷處理不可能一樣，但是也存在一些共性。，簡單的說中斷處理一般可由四個部分組成，即：現(xiàn)場保護、具體中斷處理、現(xiàn)場恢復以及中斷返回指令。4．中斷返回每一個中斷處理子程序的最后要使用中斷返回指令IRET以退出中斷，返回原斷點處。該指令是無操作數(shù)指令，其功能是：首先從堆棧中彈出中斷斷點地址，分別送人IP和CS，然后恢復標志寄存器內(nèi)容。9.3.5軟中斷及有關的中斷指令軟中斷屬于內(nèi)部中斷，軟中斷（SoftInterruptions）指令的格式為：INTn

其中n為中斷類型號。PC機的軟中斷分為BIOS中斷、DOS中斷和自由中斷三部分。1．BIOS中斷（10H-1FH）固化在ROM中，稱為ROMBIOS，常用中斷有：INT10H-屏幕顯示INT13H-磁盤讀寫INT16H-鍵盤輸入2．DOS中斷（20H-3FH）其中22H、23H、24H號是DOS專用中斷，21H、20H、25H、26H、27H、2FH為用戶可調(diào)用中斷。3.自由中斷（40H-FFH）自由中斷主要供系統(tǒng)和用戶應用程序擴充使用。

返回9.4BIOS中斷調(diào)用

BIOS是BasicInput/OutputSystem的縮寫，是固化在PC機ROM中的基本輸入輸出系統(tǒng)，它提供系統(tǒng)加電自檢、引導裝入、主要I/O設備的處理程序以及接口控制等功能模塊，一般以中斷處理程序的形式存在。BIOS可以處理所有的系統(tǒng)中斷，如鍵盤、顯示器、磁盤、打印、日期與時間等。BIOS是模塊化的結構形式，每個功能模塊的入口地址都在中斷矢量表中。在1k中斷矢量表中，共有256個中斷調(diào)用的入口地址。對這些中斷調(diào)用是通過軟中斷指令INT來實現(xiàn)的，軟中斷指令的操作數(shù)就是中斷類型碼。使用BIOS功能調(diào)用，給程序員編程帶來很大的方便，程序員不必了解硬件I/O接口的特性，可直接用指令設置參數(shù)，然后中斷調(diào)用BIOS中的程序，所以利用BIOS功能編寫的程序可讀性好，易于移植。有時為了提高處理效率，應用程序也可以通過輸入輸出指令直接操縱外設接口控制外設，但這種情況下程序員要熟悉相關的硬件特性，而且應用程序的設計比較復雜，這是BIOS不方便之處。9.4.1鍵盤輸入中斷調(diào)用

鍵盤中斷調(diào)用（1NT16H）現(xiàn)有9個子功能，其中0、1和2號功能較常用。鍵盤調(diào)用01H-03H子功能見下表。功能號輸入輸出功能01HAH=00HAH=鍵盤掃描代碼AL=字符的ASCII碼讀鍵盤鍵入的一個ASCII字符02HAH=01HAH=鍵盤掃描碼AL=字符的ASCII碼若有鍵按下ZF=0，

否則ZF=1讀鍵盤狀態(tài)并檢查鍵盤是否有字符輸入02HAH=02HAH=00HAL=鍵盤標志字讀鍵盤標志字D7D6D5D4D3D2D1D0InsertCapsLockNurnLockScrollLockAlt鍵Ctrl鍵Left-ShiftRight-Shift激活為1激活為1激活為1激活為1按下為1按下為1按下為1按下為1在AL中各狀態(tài)位意義如下

顯示器輸出控制中斷調(diào)用的中斷類型號為10H，總共有00H-1CH的子調(diào)用，通過這些子功能子程序的調(diào)用，可以在屏幕指定位置上以字符方式或圖形方式顯示。在子程序的調(diào)用中00H、02H、03H、05H、06H、07H、08H、09H、0AH、0CH、0DH和0CH是基本的調(diào)用。1．視頻模式00H號子調(diào)用是指定視頻模式，PC機顯卡有文本和圖形兩種顯示模式。文本顯示方式，是指以字符為單位顯示的方式，字符通常是指字母、數(shù)字、普通符號和一些特殊符號（如矩形塊等）。在這種顯示方式下，顯示緩沖存儲區(qū)中存放的是字符的ASCII碼和對應的顯示屬性，每個字符占用兩個字節(jié)的空間。文本模式可以顯示256種不同字符，如在3號文本顯示模式下，顯示器的屏幕被劃分成80列25行，因此一屏最多可以顯示80x25（2000）個字符。圖形顯示方式中，顯示緩沖存儲區(qū)中存放的是“像素”點的信息，每個像素對應屏幕上的一點位置，它的值為“0”或者“1”，為“0”就不在屏幕上打點，為“1”則在屏幕上打點。9.4.2顯示器輸出控制中斷調(diào)用2．字符的屬性

字符的顯示屬性是字符顯示時的特性，用一個描述顏色的字節(jié)信息來規(guī)定。文本方式的顯示屬性字節(jié)，字符單色文本顯示和彩色文本顯示的屬性字節(jié)略有區(qū)別，對于單色顯示，位6、5、4或位2、1、0三位全為0是表示黑色，全是1時表示黑色白色，對于彩色顯示是由RGB這3位顏色組合給出的顏色。其中BL為0表示前景字符不閃爍，為1表示前景字符閃爍；I為0表示前景字符為一般強度，為1表示前景字符為高強度。單色文本方式的顯示屬性字節(jié)取值和采色（16色）文本方式的顏色組合請看書中表。

3．調(diào)用格式各子功能調(diào)用格式為：MOVAH，功能號┇ ；其他調(diào)用參數(shù)INT10H ；功能調(diào)用其他調(diào)用參數(shù)的一般規(guī)則是：要顯示的字符或像素值通常在AL中；X坐標(列號)：圖形方式在CX中，字符方式在DL中；Y坐標(行號)：圖形方式在DX中，字符方式在DH中；顯示的頁號在BH中。9.4.3時間中斷調(diào)用

INT1AH稱為系統(tǒng)定時器和實時時鐘（RTC）服務，包括11個子功能調(diào)用，其中常用的是00和01號子功能,下面主要介紹這兩個功能調(diào)用。

1．讀取時間計數(shù)器當前值（00H）調(diào)用前：AH=00H子功能調(diào)用返回時：CX=時間計數(shù)器的高位字DX時間計數(shù)器的低位字AL=0：未計滿24小時AL=1：已計滿24小時時間計數(shù)器約54.926ins計數(shù)一次，所以可按下列公式計算出當前的時間：時：時間計數(shù)器的值(CX:DX)／65543；時的余數(shù)=時間計數(shù)器的值MOD65543分：時的余數(shù)/1092；分的余數(shù)=時的余數(shù)MOD1092秒：分的余數(shù)／18．212．設置時間計數(shù)器的當前值（01H）子功能調(diào)用前：AH=01HCX=時間計數(shù)器當前值高位字

DX=時間計數(shù)器當前值低位字按下列公式計算出當前時間值：

CX:DX=(時*65543)十(分*1092)十(秒*18.21)返回9.4.4中斷調(diào)用程序舉例

1.

鍵盤

【例9.5】將用戶按的鍵盤顯示出來，當按下FHIFT鍵后結束運行，請編寫程序。

SHIFT_L=02H; SHIFT_R=01H STACK SEGMENTSTACK DB200DUP(0) STACK ENDS CODE SEGMENT ASSUMECS:CODE,SS:STACK BEGIN: MOVAH,02H ;取鍵盤狀態(tài)字節(jié)

INT16H TESTAL,SHIFT_L+SHIFT_R ;判斷是否按下SHIFT鍵

JNZEXIT ;按下，結束程序

MOVAH,01H ;判斷是否有鍵可讀

INT16H JZBEGIN ;沒有，轉去繼續(xù)讀鍵

MOVAH,00H ;讀鍵

INT16H MOVDL,AL ;顯示所讀鍵

MOVAH,02H INT21H JMPBEGIN ;繼續(xù)讀鍵

EXIT: MOVAH,4CH INT21H CODE ENDS ENDBEGIN9.4.4中斷調(diào)用程序舉例

2．顯示輸出【例9.6】在字符顯示方式下顯示'CollegeofComputerScience&Technology,BeiHuaUniversity'。 STACK SEGMENTPARASTACK DB60DUP(0) STACKENDS DATA SEGMENT CHAR DB'CollegeofComputerScience&Technology,BeiHuaUniversity' COL DB0 ;開始的列號

ROW DB10 ;開始的行號

DATAENDS CODE SEGMENT ASSUME