汇编语言第六章 输入输出和WIN32编程

第六章 输入/输出和中断

和WIN32编程

前面已经讲过有关输入/输出的问题，主要是用DOS 中断调用INT 21H来完成键盘输入以及屏幕显示。对于计算机来说，仅有这种输入/输出还不够，因为DOS 的中断调用无法实现对其它外设的控制。关于如何用汇编程序实现主机与外设之间的信息交换，将是本章的主要内容。包括：

输入输出指令的使用格式及功能；

主机与外部设备之间传送数据的方式；

中断的概念及中断处理程序设计；

WIN32程序设计基本方法与技术。

6.1 I/O设备与数据传送方式

一． 主机与外设之间数据的传送方式

计算机与外设之间传送数据有如下4中方式：

1. 无条件传送方式：适合于CPU 与外设同步的情况。直接传送，高速外设与主机之间数据传送。

2. 查询传送方式：适合于低速外设与主机之间数据传送。

3. 中断传送方式：适合于低速外设与主机之间数据传送。

4. 直接存贮器（又称DMA ）传送方式：适合于高速外存与主机的数据传送。

其中：无条件传送和查询传送，直接在端口上利用IN 和OUT 指令传送数据。

中断传送：在DOS 及BIOS 层上通过系统功能调用的中断指令实现。

直接存贮方式：在端口上，采用通道技术实现。在计算机准备好接收，外设准备好传送数据时，外设向CPU 发一个请求DMA 传送信号，此时CPU 让出总线控制权，使外设与主存在短时间内成批传送数据。

二． 外设与主机传送的接口与信息

1. 端口与接口

计算机的外设都是通过接口连接到系统上，每个接口由一组寄存器组成，寄存器都有一个称为I/O端口的地址编码。

也就是，每一台外设都通过硬件接口与主机端口相连，并交换信息。

接口的组成：设备状态寄存器、设备控制寄存器、数据寄存器。上述寄存器在I/O空间中都有固定编码。

I/O端口的地址空间：允许设置64K 个8位端口或32K 个16位端口。对I/O空间的访问用IN 或OUT 两个指令。

I/O端口地址分配，可以查手册。

如：40H ～43H 时钟/定时器，60H ～63H 为8255通讯芯片的接口。

2. 外设与主机的信息交换

传送的信息分为三类：

① 控制信息：CPU 把控制信息从端口输出到对应外设接口的控制寄存器中，告诉外设应做什么。

② 状态信息：把外设的状态寄存器中的内容送到对应的端口中，以便CPU 了解外设状态。

③ 数据信息：需要交换的数据（8位、16位）。

6.2 程序直接控制I/O方式

直接I/O方式有两种：

① 无条件传送方式：不查询外设状态寄存器的状态，直接用IN 或OUT 指令实现CPU 与外设信息传送。该方式的特点是：CPU 与外设必须同步工作。

② 查询传送方式：查询外设状态和控制寄存器中的内容，确定是否传送。特点：CPU 与外设不同步。

一． IN 和OUT 指令

通过前面的学习，我们已经知道，外设与主机传送信息，必须用IN 和OUT 指令。

1. 输入指令IN

功能：从外设寄存器取信息送入AX 或AL 。

4种形式：

IN AL, PORT

IN AX, PORT

IN AL, DX

功能：（PORT ）→AL 功能：（PORT+1，PORT ）→AX 功能：（[DX]）→AL

IN AX, DX 功能：（[DX]）→AX

由AL 或AX 决定取几个端口的内容。

2. 输出指令OUT

功能：将AX 或AL 内容送到外设寄存器中。

4种形式：

OUT PORT, AL

OUT PORT, AX

OUT DX, AL

OUT DX, AX 功能：（AL ）→PORT 功能：（AX ）→PORT （2个8位口） 功能：（AL ）→[DX] 功能：（AX ）→[DX]

同样，由AL 或AX 决定送到几个端口。如：

IN AL, 40H

OUT 80H, AL

MOV DX, 379H

IN AL, DX

注意：端口地址＞255，就放到DX 中。

二． 程序直接控制传送方式

1. 无条件传送方式

特点：不查询外设状态，直接用IN 和OUT 指令传送信息。采

用这种方式，必须保证外设与CPU 在传送数据的过程中，具有相同速度（同步）。

例：扬声器发声程序。

已知扬声器的控制寄存器的端口地址为61H ，硬件结构如下：

程序通过I/O指令，使设备控制寄存器的b 1位为0或1（交替为0或1），与门的输入为0和1交替的电信号，输出为一个脉冲电流，经放大后，送扬声器使之发声。

2. 查询传送方式

特点：查询外设状态，条件满足时传送。适合于低速外设与CPU 传送信息。

① 输入

输入之前，查询数据是否准备好，若准备好则输入，否则等待。 流程：

例：串行通讯

I/O。

串行通讯端口：采用8250芯片，数据寄存器端口地址为3F8H ，状态寄存器端口地址为3FDH ，其中b 0位是输入数据数据准备位，b 5位是输出数据准备位。

串行口输入程序：

② 输出

输出之前，要查询外设是否“忙”，若“忙”则等待，否则输出数据。

流程：

例：串行口输出子程序。

查询方式的缺点：CPU 反复等待状态位，浪费大量CPU 资源。

6.3 中断传送方式

为了解决查询方式下，CPU 等待外设，浪费大量CPU 资源的问题，提出了中断传送方式。引入中断之后，有如下优点：

① 提高CPU 效率

② 可以处理突发事件

③ 提高了计算机工作的灵活性

在中断方式下，程序设计的主要任务：设置中断向量、编制中断处理程序。

一． 中断的概念

中断是一种使CPU 中止正在执行的程序，而转去处理特殊事件的操作，处理结束之后，又返回到断点处继续往下执行。

中断的处理过程：①中断请求、②中断响应、③中断处理、④中断返回。

中断系统：实现中断的软硬件设施。其中，硬件有：8259A 、中断源、中断请求等。软件有：中断向量表、中断处理程序。

二． 中断源（内中断/外中断）

内中断

来自CPU 内部事件：

① 程序中使用的INT 指令产生的中断；

② CPU 的某些错误结果产生的中断（除法、溢出、单步）。

内中断的处理特点：

① 中断类型号一般在指令中； ② 不受中断允许标志位IF 的影响。 外中断

由外设控制器、协处理器等CPU 以外的事件引起的中断，称为外中断。

外中断的处理特点：

① 中断类型号由8259A 提供，或由自制电路来提供； ② 受中断允许标志位IF 的影响（IF=1，响应中断）。 8086/8088中断源：

不可屏蔽中断请求由硬件故障引起：掉电、存贮器错、总线奇偶校验错等。

8086系统中断优先级：

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除法错、INTO （溢出中断指令）、“INT n” NMI INTR

单步中断

其中，“INT n”可处理256种中断，n 的范围： BIOS 中断：10H ～1FH DOS 中断：20H ～3FH 自由中断：40H ～FFH 三． 中断向量表

1. 中断向量表的结构

中断向量表就是各种中断类型的处理程序的入口地址表。内存中从00000H ～003FFH 用于存放中断向量表。中断类型：0～FFH ，每个类型的中断占4个字节。

如：INT 4AH

中断向量地址 = 4AH*4 = 128H

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2. 中断类型号的获取

(1) 除法错、单步中断、不可屏蔽中断NMI 、断点中断、溢出中断（中断号0～4）。中断类型号由CPU 芯片内的部件自动提供。

(2) 软中断INT n，执行时从指令流中读出类型号。 (3) 外中断

① 标准外设，利用8259A 提供的类型号；

② 非标准外设，自制电路通过接口提供给总线，获得类型

号。

3. 设置或取出中断向量指令 (1) 设置中断向量指令

功能：把由AL 指定的中断类型的中断向量DS ：DX 放入中断向量表中。

（AH ）=25H （AL ）=中断类型号

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DS ：DX=中断向量 INT 21H

(2) 取出中断向量指令

功能：把AL 中指定的中断类型的中断向量从中断向量表中取出送到ES ：DX 中。

（AH ）=35H （AL ）=中断类型号 INT 21H

4. 保护方式下的中断向量表

在保护方式下，中断矢量表称作中断描述符表(IDT)，按照统一的描述符风格定义其中的表项；每个表项(称作门描述符) 存放中断处理程序的入口地址以及类别、权限等信息，占8个字节，共占用2KB 的主存空间。IDTR 决定IDT 的起始PA 。

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四． 软中断及中断的有关指令

1. 软中断 形式：INT n 功能：

① （FLAGS ）→↓（SP ） 同时0→IF 、TF

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② （CS ）→↓（SP ） （4*n+2）→CS ③ （IP ）→↓（SP ） 2. 中断返回 形式：IRET 。 功能：

① ↑（SP ）→IP ② ↑（SP ）→CS ③ ↑（SP ）→FLAGS 五． 举例

用空闲的中断类型号45H ，做新增的软中断类型号，实现功能：将AX 中的内容以十六进制形式在屏幕上输出。

实现步骤：

(1) 按指定功能编制中断处理子程序

(2) 在中断向量表中，找出一个空闲的中断号N

(3) 将新编制的中断处理子程序的入口地址送入中断向量表

4*N ~ 4*N + 3这四个字节中

(4) 调用“INT N ”调用N 号中断，执行新增的中断处理子

程序

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（4*n）→IP

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注意：

(1) 在中断处理子程序中，必须保护和恢复现场 (2) 设置中断向量前CLI ，设置中断向量后CLI (3) 利用IRET 实现中断返回

6.4 WIN32编程

一． WIN32编程基础

1. 段的简化定义

（1） 使用简化的段定义后，16位程序结构如下：

（2） 使用简化的段定义，32位程序结构如下：

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2. 控制伪指令

32位汇编提供了类似高级语言的分支控制伪指令和循环控制伪指令

（1）分支控制伪指令 格式：.IF 条件表达式

语句序列 [.ELSEIF 条件表达式 语句序列]

[.ELSE 语句序列]

.ENDIF

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功能：实现条件控制

注意：条件表达式中的关系操作符包括：==, !=, >, >=,

格式：.WHILE 条件表达式

循环体

.ENDW

格式：.REPEA T

循环体

.UNTIL 条件表达式

功能：实现循环结构 格式：.BREAK 功能：退出当前循环 格式：.CONTINUE

功能：终止本次循环，开始下一次循环 3. 函数的定义、调用与说明

32位汇编提供了函数的定义、调用与说明伪指令 （1）函数定义伪指令：

格式：函数名 PROC [函数类型][语言类型][USES

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寄存器

表][参数名: 参数类型]

（2） 函数调用伪指令： 格式：INVOKE 函数名[, 参数] … 例：

（3） 函数说明伪指令

格式： 函数名 PROTO [函数类型][语言类型][USES寄存器表][参数名: 参数类型]

功能：说明本模块中要调用的函数，类似于EXTRN 外模块中的WIN32函数，例如WIN32 API DLL中的函数，需要用PROTO 说明后，才能用INVOKE 调用。WIN32 API函数的说明，一般放在.INC 头文件中，也可以单个地在主程序中说明。

4. WIN32编程环境、库和头文件 (1) WIN32编程环境 ● 使用MASM32工具包； ● 目录介绍

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MASM32\BIN：可执行目录 MASM32\INCLUDE：头文件目录 MASM32\LIB：导入库文件目录 汇编过程：

生成源程序文件：A.ASM 生成资源脚本文件：A.RC

生成目标程序：“ML /c /coff A.ASM”，得到A.OBJ 生成资源文件：“RC A.RC”，得到A.RES

生成可执行程序：“LINK /subsystem: windows A.OBJ A.RES”，得到A.EXE

(2) 库和头文件

WIN32编程不再使用DOS 系统功能调用，而使用WIN32 API函数。这些WIN32函数在Windows 提供的动态链接库中。

WIN32编程环境提供了：

基本的WIN32函数库包括：

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二． WIN32程序的结构

Windows 是一个多任务的操作系统，允许多个程序同时运行。其关键是：应用程序以窗口作输入/输出界面；以消息驱动；程序内部有一个消息循环。

1. 无消息循环的WIN32程序

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2. 有消息循环的WIN32程序

完整的Windows 程序依靠消息来驱动。每个程序中有一个“死循环”——消息循环。程序不断等待可能输入的消息，然后对消息作判断，然后再做适当的处理。

(1) 消息驱动机制

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(2) 框架

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说明：

(1) GetMessage()从应用程序的消息队列中取一个消息 (2) DispatchMessage()分发消息，触发WndProc()函数 (3) WndProc()是一个回调函数（类似于中断处理子程序），一般不直接调用，而是在分发一个消息后，Windows 系统根据分发的消息调用（被OS 调用，触发）

(4) WndProc()根据不同的消息，调用不同的处理函数

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第四次上机

1. 将实验3中的求n 个数的平均值、最大值、最小值用软中断实现。

2. 将实验3用windows 程序实现。 实验报告内容包括： 1. 题目 2. 源码 3. 注释

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