Регистр маскирования прерываний (imr)

Регистр прерываний (IRR)

Схема

управления

(ПКП)

Рисунок 7 Структурная схема и схематическое представление данных i 8259А.

d 0- d7- выводы i 8259А замыкающиеся на системную шину данных.

INT- вывод выходного сигнала запроса на прерывание, который подается на вход микропроцессора INTR.

INTA- вывод для сигнала от микропроцессора подтверждающего факт принятия им прерывания на обслуживания irgo ... irgf

Irg0- irg 7- выводы для входных сигналов запросов на прерывания от внешних устройств.

На рисунке 8 представлена схема приоритетов аппаратных прерываний АТ-совместимых компьютеров.

Средства контроля процессора

Системный таймер

Магнитные диски

Внешние устройства <

Сетевое оборудование

Терминалы

Программные прерывания

Рисунок 8 Аппаратные прерывания АТ-совместимых компьютеров

Прерыван	Номер	Адрес	Источник сигнала
IR Q0	08h	0000: 0020И	Системный таймер
IRQ1	09h	0000:0024h	Клавиатура
IRQ2	0Ah	0000:0028h	Ведомая микросхема
IRQ3	0Bh	0000:002Ch	Последовательный порт COM2
IRQ4	0Ch	0000:0030h	Последовательный портСОМ1
IRQ5	0Dh	0000:0034h	Параллельный порт LPT2
IRQ6	0Eh	00S0:0638h	Контроллер дисководов гибких
IRQ7	0Fh	0000:003Ch	Параллельный порт LPT1
IRQ8	70h	0000:0lC0h	Часы реального времени
IRQ9	71h	0000:01C4Р	Любое устройство РпР
IRQ10	72h	0000:01C8h	Видеоконтроллер
IRQ11	73h	0000:0lCCh	Любое устройство РпР
IRQ12	74h	0000:01D0h	Мышь PS/2-типа
IRQ13	75h	0000:01D4h	Математический сопроцессор
IRQ14	76h	0000:01D8h	Контроллер жесткого диска № 1
IRQ15	77h	0000:0lDCh	Контроллер жесткого диска № 2

Основная литература:1[41-53], 2[269-281],5[370-382]. Дополнительная литература: [120-153]

Контрольные вопросы:

1. Дайте определение понятию «прерывание».

2. Перечислите главные функции механизма прерываний.

3. Определите классификацию прерываний.

4. Перечислите аппаратные средства системы прерываний.

5. Назовите программные средства системы прерываний.

6. Определите назначение и функции контроллера прерывания.

Лекция 10. Система ввода - вывода.

Система ввода - вывода, т. е. комплекс средств обмена информации с внешними устройствами включает:

• способы подключения к системной шине различного оборудования;

• процедуры взаимодействия процессора с этим оборудованием;

• команды процессора, предназначенные для обмена данными с внешними устройствами.

Непрерывное совершенствование микропроцессоров и стремление максимально повысить производительность всей вычислительной системы привело к существенному изменению внутренней организации компьютеров, повышению разрядности шин, появлению внутренних быстродействующих магистралей обмена данными, использованию КЭШ - буферов для ускорения обмена с памятью ,дисками и программами.

Если отвлечься от деталей важных с точки зрения производительности, то логическую схему современного компьютера можно представить традиционным образом, в виде системной шины (магистрали), к которой подключается сам микропроцессор и все устройства компьютера.

Процессор связан с системной шиной большим количеством линий. Из них (в системе ввода-вывода):

А - набор линий адресов,

D - набор линий данных,

M / IO (M - IO с отрицанием).

За каждым устройством закреплена определенная группа адресов, на которые он должен отзываться. Обнаружив свой адрес на магистрали, устройство, в зависимости от заданного направления передачи данных, либо считывает с магистрали поступившие данные, либо наоборот, устанавливает имеющиеся в нем данные на магистраль. На рисунке 9 представлено подключение устройств компьютера к системной шине

Видеомонитор

Рисунок 9. Подключение устройств компьютера к системной шине

Все устройства компьютера можно разбить на две категории :

1. Адреса которых не перекрываются с адресами оперативной памяти.

2. Адреса которых перекрываются с адресами ОЗУ К устройствам первой группы: видеобуфер.

Графический - 64 Кбайта с А0000 до АFFFh

Текстовый видеобуфер занимает 32 Кбайта ,начиная с адреса B8000h до BFFFF

К устройствам второй: а) контроллер клавиатуры

б) (20h - 21h и A0h - A1h) - контроллер прерывания и

т.д.

Программное разделение

Существует программное и аппаратное разделение устройств «типа памяти» и устройств «ввода - вывода».

Аппаратное разделение осуществляется с помощью сигнала M/IO, который генерируется процессором в любой операций ЗАПИСИ или ЧТЕНИЯ.(M- memory):

• при обращении к памяти или видеобуферу M/IO=1

• к остальным M/IO’=0 Программное разделение:

Команды процессора а) для памяти

б) для устройств ввода - вывода В первую группу входят практически все команды процессора, с помощью которых можно обратиться по тому или иному адресу.

Вторая группа - команды ввода - вывода. В МП 86 их всего две, команда ввода in и команда вывода out.(При выполнении команд первой группы процессор автоматически генерирует M/IO’=1; при выполнении команд in и out процессор устанавливает сигнал M/IO’=0).

Таким образом, при обращении к памяти и к видеобуферу программист может использовать все подходящие по смыслу команды процессора, при этом, работая, например, с видеобуфером, можно не только засылать в него (или получать из него) данные, но и выполнять прямо в видеобуфере любые арифметические, логические и прочие операции.

Обращаться к контроллерам тех или иных устройств (и к видеоадаптеру) допустимо также с помощью двух команд - in и out. Если объем адресного пространства памяти 1 Мбайт (в защищенном режиме 4 Гбайта), то адресное пространство портов 64 Кбайт (адрес адресуемого порта должен быть записан в регистр DX) В простейшем случае программирование устройства сводится к вы­полнению единственной команды in в случае чтения из устройства, или out в случае записи в него. Рассмотрим, например, процедуры маскирования и размаскирования аппаратных прерываний. В каждом из двух контроллеров прерываний, включаемых в состав компьютера, имеется регистр маски Значение 0 в бите маски разрешает прохождение сигнала прерывания, значение 1 запрещает. Пройдя через маску и через последующие узлы контроллера прерываний, сигнал прерываний поступает на вход INT микропроцессора. Программирование регистров маски осуществляется через порт 21h для ведущего контроллера и Alh для ведомого.

Исходное значение маски устанавливается программами начальной загрузки компьютера в зависимости от конфигурации вычислительной системы. Типичным является значение A8h, при этом значении маски размаскированными оказываются системный таймер, ктавиатура, мышь, подключенная к первому последовательному порту СОМ1, гибкий диск, а также выход от ведомого контроллера, подключаемый ко входу IRQ2 ведущего. Замаскированы оба паршшельного порта (принтер, подключаемый к порту LPT1, обычно не использует прерываний, а второй параллельный порт часто просто отсутствует) и второй последовательный порт, к которому ничего не подключено. Другими словами, размаскировано все нужное, и замаскировано все ненужное.

В ряде случаев возникает необходимость замаскировать прерывания от системного таймера, который является единственным постоянно активным источником прерываний. Такая ситуация типична, в частности, для автоматизированных измерительных систем, в которых недопустимо пре­рывать поток данных, поступающих от измерительной установки в ком­пьютер. Любое прерывание процесса приема данных может привесит к потере части принимаемой информации и нарушению работы установки. Для запрета прерываний от таймера надо выполнить такую последовательность команд:

in AL,21h ;Чтение регистра маски

or AL,1 ' /Установка 1 в бите О

out 21h,AL ;Запись нового значения маски

Восстановление исходного состояния вычислительной системы с разре- шенными прерываниями от таймера осуществляется следующим образом:

in AL,21h ;Чтение регистра маски

and AL,0FEh ;Установка 0 в бите О

out 21h,AL ;Запись нового значения маски

Основная литература: 1[129-140],7[35-39]

Дополнительная литература: 11[40-72]

Контрольные вопросы:

1. Перечислите средства, составляющие систему ввода - вывода.

2. Назовите устройства, адреса которых перекрываются с адресами ОЗУ.

3. Назовите программные средства для разделения устройств «типа памяти» и устройств «ввода - вывода».

4. Назовите аппаратные средства для разделения устройств «типа памяти» и устройств «ввода - вывода».

Лекция 11. Работа с клавиатурой.

Представление символов и управляющих кодов в памяти компьютера.

Система представления символов в РС базируется на Американском стандартном коде для обмена информацией (American Standard Code for Information Interchange), который был введен в 1963 г. и ставил в соответствие каждому символу семиразрядный двоичный код, обеспечивающий представления 128 символов. ASCII код включал две группы символов:

• Управляющие символы, используемые в коммуникационных протоколах для передачи команд периферийным устройствам.

• Символы пишущей машины - цифры, буквы и специальные знаки.

Управляющие символы имеют коды от 0 до 1АЬ и 7Fh. Все остальные -

алфавитно-цифровые.

Управляющие символы ASCII - кода.

Код	Мнемоническое	Назначение символа
символа	обозначение
00h	NUL	Пустой символ
01h	SOH	Начало заголовка
02h	STX	Начало текста
03h	ETX	Конец текста
04h	EOT	Конец передачи
05h	ENQ	Запрос подтверждения
06h	ACK	Подтверждение
07h	BEL
08h	BS	Забой
09h	HT	Горизонтальная табуляция
0Ah	LF	Перевод строки

0Bh	VT	Вертикальная табуляция
0Ch	FF	Перевод формата
0Dh	CR	Возврат каретки
0Eh	SO	Переход на нижний регистр
0Fh	SI	Переход на верхний регистр
10h	DLE	Завершение сеанса связи
11h	DC1	Управление устройством N1
12h	DC2	Управление устройством N2
13h	DC3	Управление устройством^
14h	DC4	Управление устройством N4
15h	NAK	Ошибка передачи
16h	SYN	Холостой ход
17h	ETB	Конец передачи блока
18h	CAN	Отмена
19h	EM	Конец носителя данных
1Ah	SUB	Подстановка (замена)
1Bh	ESC	Переход
1Ch	FS	Разделитель файлов
1Dh	GS	Разделитель групп
1Eh	RS	Разделитель записей
1Fh	US	Разделитель элементов
7Fh	DEL	Удаление символов

Для отображения символов европейских алфавитов и символов псевдографики ASCII код расширен до 256 символов.

Графическое представление символов расширенного ASCII кода (Американская кодировка - кодировка IBM - Кодовая страница 437). Каждая страна мира имеет свою собственную кодовую страницу.

Представление символов ASCII кода в русской кодовой таблице MS - DOS (кодовая страница 866).

Для ввода расширенного ASCII нажать <ALT> и удерживая ее набрать на числовой части клавиатуры ASCII значение необходимого символа.

Системные процедуры обработки прерываний от клавиатуры.

Системные процедуры обработки прерывания 09h производятся в соответствии со схемой взаимодействия системы с клавиатурой(смотри рисунок 10).

Аппаратное прерывание 09h

Адрес ПОП из вектора прерывания 09h

Рисунок 10. Схема взаимодействия системы с клавиатурой

1. Контроллер клавиатуры - распознает нажатую клавишу и посылает ее СКЭН код в ПОРТ 60h.

2. Слово флагов клавиатуры фиксирует факт нажатия служебных клавиш.

3. Программа обработки прерывания Int 09 на основании СКЭН кода, снятия с порта 60h + состояния слова флагов формирует двухбайтный код (Состояния слова флагов находят по адресу 40H:17H и 40H:18H и соответствует следующим клавишам).

4. Содержимое двухбайтного кода :

а) Если символьные (т.е. отображаемое ) клавиш то СКЭН код + код ASCII (например ,клавиша Q( СКЭН код 10 h , код ASCII буквы Q - 51 H, а буквы q-71h) таким образом . Если нажата (Shift) то, двухбайтный код имеет вид 1051h, а если нет (Shift) то 10 71h

б) Если управляющие (F1) или сочетание с другие неотображаемыми, то только СКЭН код (3 B00h)

(F1) 3 В00h

(Shift ) / (F1) 5400 h

(Ctrl) / (F1) 5E00h

(Alt) / (F1) 6800h

5. Программа обработки прерывание INT 09h засылает двухбайтный код в кольцевой буфер ввода (который служит для синхронизации процессов ввода данных с клавиатуры и приема их выполняемой компьютером программой).

Объем кольцевого буфера 15 слов. Дисциплина обслуживания ^FIFO. За состоянием буфера следят два указателя. В хвостовом указателе (слово по

адресу 40 : 1Ch ) хранится адрес первой свободной ячейки, в головном указателе (40 : 1АЬ ) - адрес самого старого кода, принятого с клавиатуры и еще не востребованного программой. (В начале работы, когда буфер пуст, оба указателя - и хвостовой, и головной, указывают на первую ячейку буфера).

При переполнении буфера прием новых кодов блокируется, а нажатие на клавиши возбуждает предупреждающие звуковые сигналы.

Основная литература: 2[151-162], 6[22-64]

Дополнительная литература: 16[85-103],18[45-49],15[45-46]

Контрольные вопросы:

1. Какие две группы символов включает ASCII код?

2. Как ввести расширенный ASCII код?

3. Для чего служит слово флагов клавиатуры?

4. На основании какой информации программа обработки прерывания Int 09 формирует ASCII код, записываемый в буфер клавиатуры?

5. Укажите объем кольцевого буфера.

Лекция12. Работа с клавиатурой. Системные средства ввода данных с клавиатуры.

Операционная система реального режима работы микропроцессора представляет несколько способов ввода данных с клавиатуры:

-обращение к клавиатуре, как к файлу, с помощью прерывания DOS INT 21h с функцией 3Fh;

• использование группы функций DOS INT 21h из диапазона 1...Ch, обеспечивающих посимвольный ввод с клавиатуры в разных режимах;

• посимвольный ввод путем обращения в обход DOS непосредственно к драйверу BIOS с помощью прерывания INT 16h.

Пример.

Рассмотрим функцию, с помощью которой можно ввести сразу несколько символов и которая допускает редактирование набираемого текста. Первый байт буфера - размер строки (1 - 254). После выполнения функций второй байт будет содержать фактическую длину вводимой строки, которая заканчивается кодом возврата каретки. Функция вводит символы до тех пор пока не будет нажата клавиша ENTER, набираемый текст можно редактировать с помощью следующих клавиш:

-Backspace - отмена последнего символа -Esc - отмена всего набранного текста Заполнение буфера:

M	N	S	S		S	C
ах						R

0 1 2 n+1 n+2

S\S - символы

мах - число максимально возможных символов n - число введенных символов

CR код 13

Сегмент данных:

BUF DB 10, 10 DUP (‘ ’);

LEA DX, BUF

MOV AH, 0Ah INT 21h

Если при вводе были набраны символы АВС, то содержимое буфера BUF будет следующим:

BUF [0] =10;

BUF [1] =3,

BUF [2] =41h (код A)

BUF [3] =42h (код B)

BUF [4] =43h (код c)

BUF [5] = 13 (CR)

Функции BIOS работа с клавиатурой

Функции DOS имеют два очень серьезных недостатка:

1. Они не позволяют полностью реализовать возможности функциональных клавиш.

2. Клавиатурные функций DOS предназначены для работы в режиме терминала (с построенным выводом информации сверху вниз и прокруткой изображения снизу вверх). В процессе считывания символа они выполняют ряд дополнительных операций, что делает весьма неудобным их использование в любом другом, не терминальном режиме.

“BIOS предоставляет больше возможностей по сравнению с DOS”. Для считывания данных и управления клавиатурой, например, функциями DOS нельзя определить нажатие комбинаций клавиш типа Ctrl - Alt - Enter или нажатие двух клавиш Shift одновременно. DOS не может определить момент отпускания нажатой клавиши, и, наконец в DOS нет аналога функций С ungetch (), помещающей символ в буфер клавиатуры, как если бы его ввел пользователь. Все это можно осуществить, используя различные функций прерывания 16h и операции с байтами состояния клавиатуры.

INT 16 h, АН = 0, 1Oh, 20h - Чтение символа с ожиданием Ввод: АН = 00h

(83/84-key), 10h (101/102-key), 20h (122-key) Вывод: AL = ASCII-код символа, О или префикс скан-кода

АН = скан-код нажатой клавиши или расширенный ASCII-код Каждой клавише на клавиатуре соответствует так называемый скан-код, соответствующий только этой клавише. Этот код посылается клавиатурой при каждом нажатии и отпускании клавиши и обрабатывается BIOS (обработчиком прерывания INT 9). Прерывание 16h дает возможность получить код нажатия, не перехватывая этот обработчик. Если нажатой клавише соответствует ASCII-символ, то в АН возвращается код этого символа, а в AL - скан-код клавиши. Если нажатой клавише соответствует расширенный ASCII-код, в AL возвращается префикс скан- кода (например, ЕО для серых клавиш) или 0, если префикса нет, а в АН - расширенный ASCII-код. Функция 00h обрабатывает только комбинации, использующие клавиши 84-клавишной клавиатуры, l0h обрабатывает все 101- - 105-клавишные комбинации, 20h - 122-кла-вишные. Тип клавиатуры можно определить с помощью функции 09h прерывания 16h, если она поддерживается BIOS (поддерживается ли эта функция, можно узнать с помощью функции C0h прерывания 15h).

INT 16h, АН = 1, 11 h, 21h - Проверка символа Ввод: АН - 0lh (83/84- key), llh (101/102-key), 21h (122-key) Вывод: ZF = 1, если буфер пуст ZF = 0, если в буфере присутствует символ, в этом случае AL = ASCII-код символа, 0 или префикс скан-кода АН = скан-код нажатой клавиши или расширенный ASCII-код Символ остается в буфере клавиатуры, хотя некоторые BIOS удаляют символ из буфера при обработке функции 0lh, если он соответствует расширенному ASCII- коду, отсутствующему на 84-клавишных клавиатурах.

INT 16h, АН = 05h - Поместить символ в буфер клавиатуры Ввод: АН =

05h

СН = скан-код

CL = ASCII-код Вывод: AL = 00, если операция выполнена успешно AL = Olh, если буфер клавиатуры переполнен АН модифицируется многими BIOS

Обычно можно поместить 0 вместо скан-кода в СН, если функция, которая будет выполнять чтение из буфера, будет использовать именно ASCII-код. Например, следующая программа при запуске из DOS вызывает команду DIR (но при запуске из некоторых оболочек, например FAR, этого не произойдет).

; ungetch.asm

; заносит в буфер клавиатуры команду DIR так, чтобы она выполнилась сразу после

; завершения программы .model tiny . code

org 100h ; СОМ-файл

start:

mov cl,'d' ; CL = ASCII-код буквы "d" call ungetch

mov cl,'i' ; ASCII-код буквы "i" call ungetch

mov cl,'r' ; ASCII-код буквы "г" call ungetch

mov cl,ODh ; перевод строки ungetch:

mov ah,5 ; AH = номер функции

mov ch,0 ; CH = 0 (скан-код неважен)

int 16h ; поместить символ в буфер

ret ; завершить программу

end start

INT 16h, AH = 02h, 12h, 22h - Считать состояние клавиатуры Ввод: АН =

02h (83/84-key), 12h (101/102-key), 22h (122-key) Вывод: AL = байт состояния клавиатуры 1

АН = байт состояния клавиатуры 2 (только для функций 12h и 22h)

Байт состояния клавиатуры 1 (этот байт всегда расположен в памяти по адресу 0000h:0417h или 0040h:0017h):

Бит 7: Ins включена Бит 6: CapsLock включена Бит 5: NumLock включена Бит 4: ScrollLock включена

Бит 3: Alt нажата (любая Alt для функции 02h, часто только левая Alt для 12h/22h)

Бит 2: Ctrl нажата (любая Ctrl)

Бит 1: Левая Shift нажата Бит 0: Правая Shift нажата

Байт состояния клавиатуры 2 (этот байт всегда расположен в памяти по адресу 0000h:0418h или 0040h:0018h):

Бит 7: SysRq нажата Бит 6: CapsLock нажата Бит 5: NumLock нажата Бит 4: ScrollLock нажата Бит 3: Правая Alt нажата Бит 2: Правая Ctrl нажата Бит 1: Левая Alt нажата Бит 0: Левая Ctrl нажата

Оба этих байта постоянно располагаются в памяти, так что вместо вызова прерывания часто удобнее просто считывать значения напрямую. Более того, в эти байты можно записывать новые значения, и BIOS изменит состояние клавиатуры соответственно:

; nolock.asm

; самая короткая программа для выключения NumLock, CapsLock и ScrollLock

; запускать без параметров

.model tiny

.code

org 100h ; СОМ-файл. АХ при запуске СОМ-файла без параметров

; в командой строке всегда равен О

start:

mov ds,ax ; так что теперь DS = О

mov byte pfr ds:0417h,al ; байт состояния клавиатуры 1 = О ret ; выход из программы

end start

Разумеется, в реальных программах, которые будет запускать кто-то, кроме автора, так делать нельзя, и первой командой должна быть хог ах, ах.

Помимо этих двух байт BIOS хранит в своей области данных и весь клавиатурный буфер, к которому также можно обращаться напрямую. Буфер занимает 15 слов с 0h:041Eh по 0h:043Dh включительно, причем по адресу 0h:041Ah лежит адрес (ближний) начала буфера, то есть адрес, по которому располагается следующий введенный символ, а по адресу 0h:041Ch лежит адрес конца буфера, так что если эти два адреса равны, буфер пуст. Буфер действует как кольцо: если начало буфера - 043Ch, а конец - 0420h, то в буфере находятся три символа по адресам 043Ch, 041 Eh и 0420h. Каждый символ хранится в виде слова - того же самого, которое возвращает функция 10h прерывания INT 16h. В некоторых случаях (если) буфер размещается по другим адресам, тогда адрес его начала хранится в области данных BIOS по адресу 0480h, а конца - по адресу 0482h. Прямой доступ к буферу клавиатуры лишь немногим быстрее, чем вызов соответствующих функций BIOS, и для приложений, требующих максимальной скорости, таких как игры или демо-программы, используют управление клавиатурой на уровне портов ввода-вывода.

Основная литература: 2[151-162], 6[22-64]

Дополнительная литература: 16[85-103],18[45-49],15[45-46]

Контрольные вопросы:

1. Перечислите недостаток системных функций DOS.

2. С помощью каких функций BIOS можно поместить в буфер клавиатуры

ASCII код клавиши .

3.Опишите байт состояния клавиатуры 2.

Лекция13. Вывод на экран. Управление видеодисплеем.

Общие сведения.

Видеоподсистема состоит из 2-х основных компонентов: монитора (дисплей);

видеоадаптера (видеоплата , графическая плата, видеоконтроллер)

Основных типов адаптеров два:

-первый тип продолжает цветной адаптер CGA -второй тип продолжает адаптер дисплея MDA Существует 2 режима работы адаптеров:

-текстовый

-графический

(CGA работает в 2- х режимах, MDA-т только в текстовом)

Современные видеоконтроллеры поддерживают разнообразные текстовые и графические режимы.

Параметры определяющие режим. поддержка текста или графики разрешающая способность число одновременно выводимых цветов

число выводимых символов

число точек образующих каждый символ.

Текстовые режимы различают в основном по разрешению (числу отображаемых символов по горизонтали и вертикали ) и цветовой палитре.

Графические режимы классифицируются по количеству одновременно отображаемых цветов,

Типы графических режимов:

монохромный

четырехцветный

шестнадцатицветный EGA/ VGA 256 цветный SVGA (8- битное)

16- битное (Hicolor)

True Color (24- битное)- True Color (32- битное)

В настоящее время используется только шеснадцатицветный текстовый и графические режимы 4, 5, 6,7

Видеорежим должен позволять выполнять все требуемые в программе операции.

Существует 2 основных способа программной установки видеорежима: с помощью функции VGA BIOS и VESA BIOS.

Если стандарт VESA поддерживается, то определенные им функции записываются производителями видеоадаптера в ПЗУ самого адаптера. Они называются расширением прерывания BIOS 10h- VESA BIOS EXTANTION (VBE).

Для вызова функции VBE в AH—4Fh, а в AL—номер функции. Функция может не выполнятся

если ее не поддерживает аппаратура адаптера она отсутствует в VBE

Всего может существовать 256 различных текстовых и графических режимов.

Видеопамять.

Физически расположена вместе с остальными видеокомпонентами на плате адаптера (логически - часть адресного пространства процессора).

Для работы с видео буфером необходимо знать, где в адресном пространстве он находится и какова ее организация.

Типичная схема использования адресного пространства в реальном режиме представлена на рисунке 11 .

Физические

адреса

00000h

Сегментные адреса 0000h

Объем адресного пространства

Л

Системные таблицы и программы DOS