Пильщиков

240 Программирование на языке ассемблера IBM PC Глава 1

сравнения и следующей за ней командой условного перехода, и позже придется возобновлять работу программы с этой команды условного перехода. Ясно, что в этот момент все флаги должны быть такими же, какими они были после команды сравнения, т. е. в момент прерывания. Учитывая это, ЦП и спасает регистр флагов, чтобы затем можно было его восстановить. При этом регистр Flags записывается в стек до адреса прерывания.

Итак, когда в ЦП приходит сигнал прерывания, то он приостанавливает выполнение текущей программы и спасает в стеке этой программы текущее значение флага регистров и адрес следующей команды, а затем уже передает управление на ОС. (Отметим, что ЦП также обнуляет флаги прерывания IF и трассировки TF.)

Теперь уточним, как происходит передача управления на ОС. Отметим, что ОС - это обычная машинная программа, хотя и выполняющая некоторые специфические действия. Поэтому, чтобы заставить ее работать, надо передать управление на одну из ее команд. Но на какую именно? Ведь на разные прерывания надо реагировать по-разному, поэтому при разных прерываниях надо передавать управление на разные команды ОС. В ПК эта проблема решается следующим образом.

Все возможные прерывания нумеруются числами от 0 до 255. Для каждого прерывания составляется своя процедура обработки прерывания (ПОП), и все эти процедуры включаются в состав ОС. Начальные адреса этих процедур записываются в самые первые ячейки памяти; эти адреса попадают сюда при загрузке ОС в оперативную память. При этом каждый такой адрес записывается в виде пары seg:ofs, где seg - номер сегмента памяти, в котором находится соответствующая ПОП, a ofs - ее смещение внутри этого сегмента. В связи с этим каждый адрес занимает 4 байта, двойное слово, и потому начальный адрес i-й ПОП располагается в двойном слове с адресом 4*i. Всего эти начальные адреса занимают 4*256=1024=1 Кб. Это место памяти принято называть вектором прерываний. Таким образом, вектор прерываний - это массив из 256 элементов, i-й элемент которого - начальный адрес процедуры обработки прерывания с номером i.

Как используется вектор прерываний? Устройство, в котором произошло событие, достойное внимания ОС, посылает в ЦП не только сигнал прерывания, но и номер этого прерывания (устройства, конечно, знают номера своих прерываний). Если это номер i, тогда ЦП, сохранив в стеке регистр флагов и адрес прерывания, просто напросто передает управление по адресу из i-ro элемента вектора прерывания, делая тем самым переход на i-ю ПОП, которая и начинает заниматься обработкой данного прерывания.

ПОП - это в общем-то обычная процедура. В частности, если она должна

внутреннем) значения этих регистров, а в конце работы восстанавливает их. Поэтому, когда будет возобновлена работа прерванной программы, в регистрах останутся те же значения, которые были в них в момент прерывания.

И, наконец, последнее уточнение. Когда ПОП закончит свою работу, она должна возобновить работу прерванной программы. Как это сделать? Очень просто: из стека надо считать три слова и восстановить по ним регистры IP и CS

(загрузка в эти регистры адреса и означает переход по этому адресу) и регистр флагов. Для осуществления этих действий в систему команд ПК введена команда "возврат из прерывания" (interrupt return) без операндов:

IRET

Ее действие: стек -> IP, стек -> CS, стек -> Rags. Этой командой процедуры обработки прерываний и завершают свою работу.

Итак, что произошло? Прежние значения всех регистров сохранены, прежние состояния всех флагов восстановлены, управление передано на ту команду прерванной программы, которую ЦП из-за прерывания не успел выполнить ранее. А это значит, что данная программа продолжит свою работу так, как будто бы и не было прерывания.

13.2.1.Функции DOS

Рассмотренный механизм прерываний первоначально был предназначен для того, чтобы ОС могла следить за событиями во внешних устройствах ЭВМ (в принтере, дисководах и др.). Но затем поняли, что этот механизм можно использовать и в других целях.

Например, с его помощью можно реагировать на события, происходящие в самом ЦП. Пусть, к примеру, при выполнении какой-то программы встретилась команда деления на 0. Ясно, что это ошибка и на нее надо как-то реагировать. И делается это так: тот блок ЦП, который реализует операцию деления, обнаружив, что делитель равен 0, вырабатывает сигнал прерывания с определенным номером. Дальнейшие же события, несмотря на то, что сигнал прерывания послал сам себе ЦП, идут по рассмотренной схеме, а потому вызывается соответствующая ПОП из ОС, которая выдает на экран сообщение об ошибке "деление на 0", прекращает выполнение программы и передает управление на ту часть ОС, которая осуществляет прием и выполнение приказов пользователя.

Другой случай, где полезно использование прерываний, особенно интересен для нас сейчас. Давно уже замечено, что в различных программах приходится выполнять одни и те же действия, например, выводить символы на экран или вводить их с клавиатуры, причем реализация этих действий требует детального знания тех или иных устройств ЭВМ. Так вот, чтобы избавить авторов программ

один раз в виде соответствующих процедур и включают их в состав ОС, и теперь все программы могут пользоваться ими.

Но как обращаться к этим процедурам? Конечно, можно использовать обычную команду вызова процедур (CALL), но для этого надо знать начальные адреса этих процедур. А эти адреса, к сожалению, меняются от одной версии ОС к другой, причем версии ОС меняются достаточно часто, поэтому сегодня эти адреса одни, а завтра - другие. Учитывая это, процедуры ОС принято вызывать несколько иначе - с помощью прерываний, исходя из следующего соображения: раз

•ДИАЛОГ-МИФИ"

242 Программирование на языке ассемблера IBM PC Глава 1

ОС "вступает в игру" при любом прерывании, то почему бы не воспользоваться прерываниями и для вызова ее процедур.

Конкретно эта идея реализуется так. Определенные номера прерываний оставляют незанятыми для прерываний от устройств ЭВМ и предназначают для вызова процедур ОС, для чего в соответствующие элементы вектора прерываний записываются начальные адреса этих процедур. Поэтому, если выработать прерывание с одним из этих номеров, то будет вызвана соответствующая процедура. При этом не надо знать точный адрес этой процедуры, а достаточно знать только номер прерывания, по которой она вызывается. Номера же эти остаются одними и теми же во всех версиях ОС.

Но для вызова таким образом процедур ОС надо уметь генерировать прерывания из обычных программ. Для этого в систему команд ПК включена специальная команда - команда прерывания (interrupt):

INT i 8

Эта команда вызывает искусственное, насильственное прерывание с номером i8 (0c=i8<=255), а это значит, что начнет работать та процедура ОС, начальный адрес которой записан в элементе вектора прерываний с номером i8. Закончив свою работу, эта процедура вернет управление на команду программы, следующую за командой INT. Таким образом, эта команда очень похожа на команду CALL, но только вызывает процедуры более "хитрым" способом.

Отметим, что по команде INT можно сгенерировать прерывание с любым номером, например, прерывание, соответствующее делению на 0 или нажатию клавиши на клавиатуре. Однако делать этого не следует, а надо использовать эту команду только для вызова процедур ОС.

Далее. В состав ОС (имеется в виду дисковая операционная система фирмы Microsoft - MS DOS) входит много процедур и для них не хватает допустимых номеров прерываний. В связи с этим процедуры объединяются в группы с тем, чтобы процедуры из одной группы вызывались по прерыванию с одним и тем же номером. Процедуры одной группы принято называть функциями соответствующего прерывания. Чтобы различать их, перед выполнением команды INT в регистр АН записывают номер нужной функции:

HOV АН,<ноыер функции>

INT <номер прерывания»

Получив по команде INT управление, ОС по номеру из регистра АН определяет, к какой именно функции произошло обращение, после чего и передает управление ей.

Для выполнения функции может потребоваться определенная информация (например, для функции вывода символа на экран нужно указать код этого символа). Такая информация передается через регистры. Какие именно параметры надо передавать и через какие регистры - зависит от конкретной функции, общих правил здесь нет.

Мы не будем перечислять номера всех прерываний и функций ОС, это можно найти в многочисленных книгах по MS DOS. Мы рассмотрим лишь некоторые

функции, реализующие ввод-вывод и окончание счета программы, - те, на основе которых чуть позже будут определены операции ввода-вывода, которыми мы пользуемся в данной книге. Отметим, что все они являются функциями прерывания с шестнадцатеричным номером 21 (десятичным 33).

13 2 3 . Некоторые функции прерывания 21h

Завершены* программы

Завершив все свои действия, программа обязана вернуть управление операционной системе, чтобы пользователь мог продолжить работу на ПК. Такой возврат, соответствующий операции "завершить программу", реализуется функцией 4Ch прерывания 21h:

MOV АЬ,<код эавериения>

MOV АН,4Ch

INT 21h

Каждая программа, вообще говоря, обязана сообщить, успешно или нет она завершила свою работу. Дело в том, что любая программа вызывается из какой-то другой программы (например, из операционной системы), и иногда вызвавшей программе, чтобы правильно продолжить работу, надо знать, выполнила ли вызванная программа все, что надо, или она проработала с ошибкой. Такая информация передается в виде кода завершения программы (некоторого целого числа), который должен быть нулевым, если программа проработала правильно, и ненулевым (каким именно - оговаривается в каждом случае особо) в противном случае. (Узнать код завершения вызванной программы можно с помощью функции 4Dh прерывания 21h.) Потребуется этот код или нет, программа все равно должна выдать его.

Вывод на экран (в текстовом режиме)

Для вывода одного символа на экран ПК используется функция 02 прерывания 21Ь:

MOV DL,<ко д выводимого символа»

MOV АН,2

INT 21Ь

Выводимый символ высвечивается в позиции курсора (что бы там ни было записано), после чего курсор сдвигается на одну позицию вправо. Если курсор находился в конце строки экрана, то он перемещается на начало следующей строки, а если курсор был в конце последней строки экрана, то содержимое экрана сдвигается на одну строку вверх, а внизу появляется пустая строка, в начало ко-

(и курсор не сдвигается), а вызывает звуковой сигнал. Символ с кодом 8 (backspace, шаг назад) возвращает курсор на одну позицию влево, если только он не был в самой левой позиции строки. Символ с кодом 9 (tab, табуляция) сме-

•ДИАЛОГ-МИФИ"

244 Программирование на языке ассемблера IBM PC Глава 1

щает курсор вправо на ближайшую позицию, кратную 8. Символ с кодом 10 (line feed, перевод строки) перемещает курсор в следующую строку экрана, оставляя его в той же колонке. Символ с кодом 13 (carrige return, возврат каретки) устанавливает курсор на начало текущей строки; вывод подряд символов с кодами 13 и 10 означает перевод курсора на начало следующей строки.

Для вывода на экран строки (последовательности символов) можно, конечно, использовать функцию 02, однако сделать это можно и за один прием с помощью функции 09 прерывания 21h:

DS:DX начальный а д р е с с т р о к и

MOV АН,9

INT 21h

Перед обращением к этой функции в регистр DS должен быть помещен номер того сегмента памяти, в котором находится выводимая строка, а в регистр DX - смещение строки внутри этого сегмента. При этом в конце строки должен находиться символ '$' (код 24h), который служит признаком конца строки и сам не выводится.

Среди функций DOS нет такой, которая выводит числа. Такую операцию, если надо, приходится реализовать на основе рассмотренных функций.

Ввод с клавиатуры

При нажатии (в любой момент) клавиши на клавиатуре ее код (соответствующий символ) заносится операционной системой в специальный буфер ввода, откуда эти коды будут затем считываться функциями ввода. Тем самым возможен "досрочный" ввод: символы могут быть набраны еще до того, как программа начнет ввод. Размер этого буфера ОС - 15 позиций, поэтому если до выполнения какой-нибудь функции ввода уже было нажато 15 клавиш, то на нажатие 16-й и последующих клавиш ОС не реагирует (кроме выдачи звукового сигнала). По мере считывания из этого буфера коды сдвигаются в его начало и коды новых нажатых клавиш дописываются в конец буфера; функции ввода всегда считывают символы из начала буфера. Если вызвана функция ввода, а в буфере нет никаких символов, то ОС ожидает нажатия клавиши.

Если программа не желает вводить символы, которые были набраны досрочно, то она должна очистить буфер ввода ОС, для чего следует выполнить функцию ОСЬ (12) прерывания 21Ь при нулевом регистре AL:

MOV AL,0

MOV АН,ОСЬ

INT 21Ь

Из всех функций DOS, реализующих ввод с клавиатуры, мы рассмотрим только одну - функцию OAh (10) прерывания 21h, с помощью которой можно ввести сразу несколько символов (строку) и которая допускает редактирование набираемого текста:

DS:DX : - а д р е с буфера д л я записи введенной с т р о к и

MOV АН,0Ah

I N T 2 1 H

Эта функция вводит символы до тех пор, пока не будет нажата клавиша Enter, и записывает их в указанны» буфер. Вводимые символы высвечиваются на экране (ввод с эхом). Пока не нажата клавиша Enter, набираемый текст можно редактировать с помощью следующих клавиш:

Буфер, начальный адрес которого задается в регистрах DS и DX (это не буфер ОС, а буфер программы), должен иметь следующую структуру:

Перед обращением к функции в начальный байт (с индексом 0) буфера должно быть записано число (max), указывающее максимальное количество символов, которое имеет право ввести эта функция (размер буфера должен быть рассчитан на это количество). Если уже введено тах-1 символов, то следующие символы не вводятся и не записываются в буфер, а лишь раздается звуковой сигнал (max-ым символом будет код клавиши Enter).

Число (п) реально введенных символов записывается функцией в байт буфера с индексом 1, а сами символы - начиная с позиции, имеющей индекс 2. В (п+2)-ю позицию буфера записывается "конец строки" CR (код 13), соответствующий клавише Enter, однако в числе п он не учитывается.

Пример:

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

BUF[0]=10, ВОГ[1]=3, BtJF[2]«41h (код A ) , BDF[3]=42h, BUF[4]=43h, BOF[5]=13 (СБ), остальные байты не и з м е н я т с я

13.3.Операции ввода-вывода

Как видно, функции ОС реализуют очень полезные, но, к сожалению, слишком мелкие операции ввода-вывода. Например, с их помощью можно вывести на экран символ, но нельзя вывести число. Это не очень приятно. Во-первых, более крупные операции (типа вывода чисел) приходится реализовывать в программах каждый раз заново. Во-вторых, отсутствие таких операций вызывает

•ДИАЛОГ-МИФИ"

246 Программирование на языке ассемблера IBM PC Глава 1

серьезные трудности при изучении языка ассемблера, т. к. без этих операций ввода-вывода составлять даже простые, но законченные программы нельзя, а рассказывать о том, как реализуются эти операции, на начальном этапе изучения языка еще рано. В данной книге, чтобы решить эти проблемы, мы предположили, что кто-то для нас уже описал подходящие процедуры ввода-вывода, и активно ими пользовались во всех наших программах практически с самого начала изучения Я А. Теперь пришла пора привести описание всех этих операций.

В данном разделе рассмотрен один из возможных вариантов того, как можно определить эти операции. Это как бы образец, по которому можно реализовать и иной пакет операций ввода-вывода.

13.3.1. Схема хранения и подключения операций ввода-вывода

Вначале рассмотрим схему хранения операций ввода-вывода (ВВ) и подключения их к программам:

Часть операций ввода-вывода реализована в виде процедур, описания которых собраны в отдельном модуле, хранящемся в файле с именем IOPROC.ASM (текст модуля приведен ниже). Предполагается, что этот модуль заранее оттранслирован и в визе объектного модуля записан в файл с именем IOPROC.OBJ.

Данный модуль должен быть подсоединен к программе на этапе ее компоновки. Для этого надо вызвать компоновщик по следующему приказу (считаем, что программа одномодульна и хранится в файле Р):

LINK P.OBJ+IOPROC.OBJ, P.EXE;

Таким образом, полный цикл обработки программы (трансляция, компоновка и счет) реализуется следующими тремя приказами ОС:

MASM P.ASM,P.OBJ,P.LST;

LINK P.OBJ+IOPROC.OBJ, P.EXE;

P. EXE

Если бы были только процедуры из модуля IOPROC, тогда в программах пришлось бы выписывать по несколько команд обращения к этим процедурам. Например, обращение к процедуре вывода знакового числа выглядит так:

Это достаточно громоздко и не очень удобно, т. к. нужно помнить о том, через какой регистр какой параметр надо передавать. Для того чтобы сделать вызовы этих процедур более короткими и наглядными, обращения ко всем этим процедурам оформлены как макросы. Например, указанные три команды описаны в виде макроса OUTINT, поэтому вместо них достаточно выписать только одну строчку - макрокоманду

OUTINT х / п

которая при трансляции программы автоматически заменится на эти команды. Отметим, что некоторые операции (например, FINISH) столь просты, в них всего

две-три команды, что их невыгодно реализовывать в виде процедур. Так вот, и эти операции описаны в виде макросов, только в этом случае макрос определяет не обращение к процедуре, а саму операцию. Описание всех этих макросов собрано в отдельном файле с названием Ю. ASM (текст его также приведен ниже).

Поскольку в этом файле собраны только макроопределения, а по ним, как известно, не формируются никакие машинные команды, то данный файл не образует модуль, который можно было бы транслировать отдельно. Поэтому данный файл подключается к программе не на этапе компоновки, как модуль IOPROC.OBJ, а еще на этапе трансляции - по директиве INCLUDE IO.ASM. По ней в текст программы вставляются все макроопределения из файла, после чего в программе уже можно пользоваться макрокомандами типа OUTINT х,п и FINISH.

Далее приводятся тексты файлов IOPROC.ASM и IO.ASM без дополнительных пояснений, поскольку все используемые в них приемы программирования так или иначе были рассмотрены в предыдущих частях книги, а кроме того, эти тексты снабжены необходимыми комментариями. Отметим лишь, что директивы .XLIST и .LIST, используемые в файле IO.ASM, объясняются в разд. 14.4.

1332. Текст файла IOPROCASM

; Модуль IOPROC: Процедура ввода - вывода

p u b l i c p r o c n l , p r o c o u t n u m , p r o c f l u s h , p r o c i n c h , p r o c i n i n t i o c o d e s e g m e n t

•ДИАЛОГ-МИФИ•

;выход из процедуры

ВВОД С КЛАВИАТУРЫ

;буфер ввода с клавиатуры (для работы с функцией OAh)

•ДИАЛОГ-МИФИ"