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《汇编语言》第15章外中断

news 来源：原创 2025/6/6 12:58:03

以前我们讨论的都是CPU对指令的执行。我们知道，CPU在计算机系统中，除了能够执行指令，进行运算以外，还应该能够对外部设备进行控制，接收它们的输入，向它们进行输出。也就是说，CPU 除了有运算能力外，还要有 I/O（Input/Output，输入/输出）能力。比如，我们按下键盘上的一个键，CPU 最终要能够处理这个键。在使用文本编辑器时，按下a 键后，我们可以看到屏幕上出现"a"，是CPU将从键盘上输入的键所对应的字符送到显示器上的。

要及时处理外设的输入，显然需要解决两个问题：①外设的输入随时可能发生，CPU 如何得知？②CPU从何处得到外设的输入？

这一章中，我们以键盘输入为例，讨论这两个问题。

15.1 接口芯片和端口

第14章我们讲过，PC系统的接口卡和主板上，装有各种接口芯片。这些外设接口芯片的内部有若干寄存器，CPU将这些寄存器当作端口来访问。

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的端口中；CPU 向外设的输出也不是直接送入外设，而是先送入端口中，再由相关的芯片送到外设。CPU 还可以向外设输出控制命令，而这些控制命令也是先送到相关芯片的端口中，然后再由相关的芯片根据命令对外设实施控制。

可见，CPU通过端口和外部设备进行联系。

15.2 外中断信息

现在，我们知道了外设的输入被存放在端口中，可是外设的输入随时都有可能到达，CPU 如何及时地知道，并进行处理呢？更一般地讲，就是外设随时都可能发生需要 CPU 及时处理的事件，CPU如何及时得知并进行处理？

CPU 提供中断机制来满足这种需要。前面讲过，当 CPU 的内部有需要处理的事情发生的时候，将产生中断信息，引发中断过程。这种中断信息来自CPU的内部。

还有一种中断信息，来自于CPU外部，当CPU外部有需要处理的事情发生的时候，比如说，外设的输入到达，相关芯片将向 CPU 发出相应的中断信息。CPU 在执行完当前指令后，可以检测到发送过来的中断信息，引发中断过程，处理外设的输入。

在PC系统中，外中断源一共有以下两类。

1.可屏蔽中断

可屏蔽中断是CPU可以不响应的外中断。CPU是否响应可屏蔽中断，要看标志寄存器的IF位的设置。当CPU检测到可屏蔽中断信息时，如果IF=1，则CPU在执行完当前指令后响应中断，引发中断过程；如果IF=0，则不响应可屏蔽中断。

我们回忆一下内中断所引发的中断过程：

(1) 取中断类型码n；

(2) 标志寄存器入栈，IF=0，TF=0；

(3) CS、IP入栈；

(4)(IP)=(n*4),(CS)=(n*4+2)

由此转去执行中断处理程序。

可屏蔽中断所引发的中断过程，除在第1步的实现上有所不同外，基本上和内中断的中断过程相同。因为可屏蔽中断信息来自于 CPU 外部，中断类型码是通过数据总线送入CPU的；而内中断的中断类型码是在CPU内部产生的。

现在，我们可以解释中断过程中将IF置为0的原因了。将IF置0的原因就是，在进入中断处理程序后，禁止其他的可屏蔽中断。

当然，如果在中断处理程序中需要处理可屏蔽中断，可以用指令将IF置1。8086CPU 提供的设置IF的指令如下：

sti，设置IF=1；

cli，设置IF=0。

2.不可屏蔽中断

不可屏蔽中断是CPU必须响应的外中断。当CPU检测到不可屏蔽中断信息时，则在执行完当前指令后，立即响应，引发中断过程。

对于8086CPU，不可屏蔽中断的中断类型码固定为2，所以中断过程中，不需要取中断类型码。则不可屏蔽中断的中断过程为：

（1）标志寄存器入栈，IF=0，TF=0；

（2）CS、IP入栈；

（3）(IP)=(8),(CS)(0AH)。

几乎所有由外设引发的外中断，都是可屏蔽中断。当外设有需要处理的事件（比如说键盘输入）发生时，相关芯片向 CPU 发出可屏蔽中断信息。不可屏蔽中断是在系统中有必须处理的紧急情况发生时用来通知 CPU 的中断信息。在我们的课程中，主要讨论可屏蔽中断。

15.3 PC机键盘的处理过程

下面我们看一下键盘输入的处理过程，并以此来体会一下PC机处理外设输入的基本方法。

1.键盘输入

键盘上的每一个键相当于一个开关，键盘中有一个芯片对键盘上的每一个键的开关状态进行扫描。

按下一个键时，开关接通，该芯片就产生一个扫描码，扫描码说明了按下的键在键盘上的位置。扫描码被送入主板上的相关接口芯片的寄存器中，该寄存器的端口地址为60h。

松开按下的键时，也产生一个扫描码，扫描码说明了松开的键在键盘上的位置。松开按键时产生的扫描码也被送入60h端口中。

一般将按下一个键时产生的扫描码称为通码，松开一个键产生的扫描码称为断码。扫描码长度为一个字节，通码的第7位为0，断码的第7位为1，即：

断码=通码＋80h

比如，g键的通码为22h，断码为a2h。

表15.1是键盘上部分键的扫描码，只列出通码。断码=通码＋80h。

2.引发9号中断

键盘的输入到达 60h端口时，相关的芯片就会向 CPU发出中断类型码为9的可屏蔽中断信息。CPU 检测到该中断信息后，如果 IF=1，则响应中断，引发中断过程，转去执行int9中断例程。

3.执行int 9中断例程

BIOS提供了int9中断例程，用来进行基本的键盘输入处理，主要的工作如下：

（1）读出60h端口中的扫描码；

（2）如果是字符键的扫描码，将该扫描码和它所对应的字符码（即 ASCII码）送入内存中的BIOS 键盘缓冲区；如果是控制键（比如Ctrl）和切换键（比如CapsLock）的扫描码，则将其转变为状态字节（用二进制位记录控制键和切换键状态的字节）写入内存中存储状态字节的单元；

（3）对键盘系统进行相关的控制，比如说，向相关芯片发出应答信息。

BIOS 键盘缓冲区是系统启动后，BIOS 用于存放 int 9中断例程所接收的键盘输入的内存区。该内存区可以存储15个键盘输入，因为int9中断例程除了接收扫描码外，还要产生和扫描码对应的字符码，所以在 BIOS 键盘缓冲区中，一个键盘输入用一个字单元存放，高位字节存放扫描码，低位字节存放字符码。

0040：17 单元存储键盘状态字节，该字节记录了控制键和切换键的状态。键盘状态字节各位记录的信息如下。

0：右shift状态，置1表示按下右shift键；

1：左shift状态，置1表示按下左shift键；

2：Ctrl状态，置1表示按下Ctrl键；

3：Alt状态，置1表示按下Alt键；

4：ScrollLock状态，置1表示Scroll指示灯亮；

5：NumLock状态，置1表示小键盘输入的是数字；

6：CapsLock状态，置1表示输入大写字母；

7：Insert状态，置1表示处于删除态。

15.4 编写int9中断例程

从上面的内容中，可以看出键盘输入的处理过程：①键盘产生扫描码；②扫描码送入60h端口；③引发9号中断；④CPU执行int9中断例程处理键盘输入。

上面的过程中，第1、2、3步都是由硬件系统完成的。我们能够改变的只有int9中断处理程序。我们可以重新编写 int 9 中断例程，按照自己的意图来处理键盘的输入。但是，在课程中，我们不准备完整地编写一个键盘中断的处理程序，因为要涉及一些硬件细节，而这些内容脱离了我们的内容主线。

但是，我们却还要编写新的键盘中断处理程序，来进行一些特殊的工作，那么这些硬件细节如何处理呢？这点比较简单，因为BIOS提供的int9中断例程已经对这些硬件细节进行了处理。我们只要在自己编写的中断例程中调用BIOS的int9中断例程就可以了。

编程：在屏幕中间依次显示“a”~“x”，并可以让人看清。在显示的过程中，按下Esc 键后，改变显示的颜色。

我们先来看一下如何依次显示“a”~“z”。

;p15_1.asm assume cs:codesg 
codesg segment 
start:	mov ax,0b800h mov es,ax mov ah,'a's:	mov es:[160*12+40*2],ah inc ah cmp ah,'z'jna s mov ax,4c00h  int 21h codesg ends 
end start

运行结果：

在上面的程序的执行过程中，我们无法看清屏幕上的显示。因为一个字母刚显示到屏幕上，CPU 执行几条指令后，就又变成了另一个字母，字母之间切换得太快，无法看清。

应该在每显示一个字母后，延时一段时间，让人看清后，再显示下一个字母。那么如何延时呢？我们让CPU执行一段时间的空循环。因为现在CPU的速度都非常快，所以循环的次数一定要大，用两个16位寄存器来存放32位的循环次数。如下：

    mov dx,10hmov ax, 0
s:  sub ax,1sbb dx,0cmp ax,0jne scmp dx,0jne s

上面的程序，循环100000h次。我们可以将循环延时的程序段写为一个子程序。

现在，我们的程序如下：

;p15_2.asm  循环延时子程序assume cs:codesg 
stack segment db 128 dup (0)
stack ends codesg segment 
start:	mov ax,stack mov ss,ax  mov sp,128mov ax,0b800h mov es,ax mov ah,'a';mov al,2h			;设置颜色s:	mov es:[160*12+40*2],ah ;mov es:[160*12+40*2 + 1],al call delay inc ah				;自增1cmp ah,'z'jna s 				;不高于则转移mov ax,4c00h int 21h delay:	push ax push dx mov dx,1000h ;循环10000000h次，读者可以根据自己机器的速度调整循环次数mov ax,0s1: sub ax,1sbb dx,0			;dx = dx-0-CFcmp ax,0jne s1 				;不等于则转移pop dx pop ax ret
codesg ends
end start

运行调试

显示下一个字母

显示“a”~“z”，并可以让人看清，这个任务已经实现。那么如何实现，按下 Esc键后，改变显示的颜色呢？

键盘输入到达60h端口后，就会引发9号中断，CPU则转去执行int9中断例程。我们可以编写int9中断例程，功能如下。

（1）从60h端口读出键盘的输入；

（2）调用BIOS的int9中断例程，处理其他硬件细节；

（3）判断是否为 Esc 的扫描码，如果是，改变显示的颜色后返回；如果不是则直接返回。

下面对这些功能的实现一一进行分析。

1.从端口60h读出键盘的输入

in al,60h

2.调用 BIOS 的 int 9中断例程

有一点要注意的是，我们写的中断处理程序要成为新的int9中断例程，主程序必须要将中断向量表中的int9中断例程的入口地址改为我们写的中断处理程序的入口地址。则在新的中断处理程序中调用原来的int 9中断例程时，中断向量表中的int 9中断例程的入口地址却不是原来的int9中断例程的地址。所以不能使用int指令直接调用。

要能在我们写的新中断例程中调用原来的中断例程，就必须在将中断向量表中的中断例程的入口地址改为新地址之前，将原来的入口地址保存起来。这样，在需要调用的时候，我们才能找到原来的中断例程的入口。

对于我们现在的问题，假设将原来int 9中断例程的偏移地址和段地址保存在ds:[0]和ds:[2]单元中。那么我们在需要调用原来的int 9中断例程时候，就可以在ds:[0]、ds:[2]单元中找到它的入口地址。

那么，有了入口地址后，如何进行调用呢？

当然不能使用指令int 9来调用。我们可以用别的指令来对int指令进行一些模拟，从而实现对中断例程的调用。

我们来看，int指令在执行的时候，CPU进行下面的工作。

(1)取中断类型码n；

(2)标志寄存器入栈；

(3)IF=0,TF=0;

(4)CS、IP入栈；

(5)(IP)=(n*4),(CS)=(n*4+2)。

取中断类型码是为了定位中断例程的入口地址，在我们的问题中，中断例程的入口地址已经知道。所以，我们用别的指令模拟 int 指令时候，不需要做第（1）步。在假设要调用的中断例程的入口地址在ds：0和ds：2单元中的前提下，我们将int过程用下面几步模拟。

(1) 标志寄存器入栈；

(2) IF=0,TF=0;

(3) CS、IP入栈；

(4) (IP)=((ds)*16+0),(CS)=((ds)*16+2)。

可以注意到第（3）、（4）步和call dword ptr ds:[0]的功能一样，call dword ptr ds:[0]的功能也是：

(1) CS、IP入栈；

(2)(IP)=((ds)*16+0),(CS)=((ds)*16+2)。

如果还有疑问，复习10.6节的内容。

所以int过程的模拟过程变为：

(1)标志寄存器入栈；

(2)IF=0,TF=0:

(3)call dword ptr ds:[0]。

对于（1），可用pushf实现；

对于（2），可用下面的指令实现：

pushf

pop ax

and ah,1111100b;IF和TF为标志寄存器的第9位和第8位

push ax

popf

则模拟int指令的调用功能，调用入口地址在ds:0、ds:2中的中断例程的程序为：

pushf

pop ax

and ah,1111100b;标志寄存器入栈

push ax

popf;IF=0,TF=0

call dword ptr ds:[0];CS、IP入栈；（IP）=（（ds）*16+0），（CS）=（（（ds）*16+2）

3.如果是Esc的扫描码，改变显示的颜色后返回

如何改变显示的颜色？

显示的位置是屏幕的中间，即第12行40列，显存中的偏移地址为：160*12+40*2。所以字符的ASCII码要送入段地址b800h，偏移地址160*12+40*2处。而段地址b800h，偏移地址 160*12+40*2+1处是字符的属性，只要改变此处的数据就可以改变在段地址b800h，偏移地址160*12+40*2处显示的字符的颜色了。

该程序的最后一个问题是，要在程序返回前，将中断向量表中的int 9中断例程的入口地址恢复为原来的地址。否则程序返回后，别的程序将无法使用键盘。

经过分析，完整的程序如下。

;p15_3.asm  完整的程序
;编程：在屏幕中间依次显示“a”~“x”，并可以让人看清。在显示的过程中，按下Esc 键后，改变显示的颜色。assume cs:codesg 
stack segment db 128 dup (0)
stack ends data segment dw 0,0
data ends codesg segment 
start:	mov ax,stack mov ss,ax mov sp,128mov ax,data mov ds,ax mov ax,0mov es,ax push es:[9*4]pop ds:[0]push es:[9*4+2]pop ds:[2]				;将原来的int 9中断例程的入口地址保存在ds:0, ds:[2]单元中mov word ptr es:[9*4],offset int9 mov es:[9*4+2],cs 	;在中断向量表中设置新的int 9中断例程的入口地址 mov ax,0b800h mov es,ax mov ah,'a's:  mov es:[160*12+40*2],ah call delay inc ah cmp ah,'z'jna s 							;不高于则转移mov ax,0mov es,ax push ds:[0]pop es:[9*4]push ds:[2]pop es:[9*4+2]				;将中断向量表中int 9中断例程的入口地址恢复为原来的地址mov ax,4c00h int 21h delay:	push ax push dx mov dx,1000h 				 ;循环10000000h次mov ax,0s1:	sub ax,1sbb dx,0 							;dx = dx-0-CFcmp ax,0jne s1 								;不等于则转移cmp dx,0jne s1 								;不等于则转移pop dx pop ax ret 
;--------以下为亲的int 9中断例程 ---------------------------
int9:	push ax push bx push es in al,60hpushfpushf pop bx and bh,11111100b push bx popf call dword ptr ds:[0]		;对int指令进行模拟，调用原来的int 9中断例程 cmp al,1 jne int9ret mov ax,0b800h mov es,ax inc byte ptr es:[160*12+40*2+1]			;将属性值加1，改变颜色 int9ret:pop es pop bx pop ax iret codesg ends 			
end start

运行效果

每按一次Esc键，颜色值会自动加1

第2次按Esc键

第3次按Esc键

注意，本章中所有关于键盘的程序，因要直接访问真实的硬件，则必须在 DOS 实模式下运行。在Windows 2000的DOS方式下运行，会出现一些和硬件工作原理不符合的现象。

检测点15.1

（1）仔细分析一下上面的int9中断例程，看看是否可以精简一下？

其实在我们的int 9中断例程中，模拟int指令调用原int 9中断例程的程序段是可以精简的，因为在进入中断例程后，IF和TF都已经置0，没有必要再进行设置了。对于程序段：

pushf
pushf
pop ax
and ah,1111100b
push ax
popf
call dword ptr ds:[0]

可以精简为：

pushf ;标志寄存器入栈

call dword ptr ds:[0] ;CS、IP入栈;(IP)=ds:[0],(CS)=ds:[2]

两条指令。

因为在进入中断例程后，IF和TF都已置0，没有必要再进行设置了

;jc15_1.asm  
;编程：在屏幕中间依次显示“a”~“x”，并可以让人看清。在显示的过程中，按下Esc 键后，改变显示的颜色。assume cs:codesg 
stack segment db 128 dup (0)
stack ends data segment dw 0,0
data ends codesg segment 
start:	mov ax,stack mov ss,ax mov sp,128mov ax,data mov ds,ax mov ax,0mov es,ax push es:[9*4]pop ds:[0]push es:[9*4+2]pop ds:[2]				;将原来的int 9中断例程的入口地址保存在ds:0, ds:[2]单元中;在中断向量表中设置新的int 9中断例程的入口地址mov word ptr es:[9*4],offset int9 mov es:[9*4+2],cs 	;在中断向量表中设置新的int 9中断例程的入口地址 mov ax,0b800h mov es,ax mov ah,'a's:  mov es:[160*12+40*2],ah call delay inc ah cmp ah,'z'jna s 							;不高于则转移mov ax,0mov es,ax push ds:[0]pop es:[9*4]push ds:[2]pop es:[9*4+2]				;将中断向量表中int 9中断例程的入口地址恢复为原来的地址mov ax,4c00h int 21h delay:	push ax push dx mov dx,1000h 				 ;循环10000000h次mov ax,0s1:	sub ax,1sbb dx,0 							;dx = dx-0-CFcmp ax,0jne s1 								;不等于则转移cmp dx,0jne s1 								;不等于则转移pop dx pop ax ret 
;--------以下为亲的int 9中断例程 ---------------------------
int9:	push ax push bx push es in al,60h;精简版本pushf							;标志寄存器入栈call dword ptr ds:[0]		;对int指令进行模拟，调用原来的int 9中断例程 cmp al,1 jne int9ret mov ax,0b800h mov es,ax inc byte ptr es:[160*12+40*2+1]			;将属性值加1，改变颜色 int9ret: pop es pop bx pop ax iret codesg ends 			
end start

运行效果：

（2）仔细分析上面程序中的主程序，看看有什么潜在的问题？

在主程序中，如果在执行设置 int 9中断例程的段地址和偏移地址的指令之间发生了键盘中断，则CPU将转去一个错误的地址执行，将发生错误。

找出这样的程序段，改写它们，排除潜在的问题。提示，注意sti和cli指令的用法。

;jc15_2.asm  
;编程：在屏幕中间依次显示“a”~“x”，并可以让人看清。在显示的过程中，按下Esc 键后，改变显示的颜色。assume cs:codesg 
stack segment db 128 dup (0)
stack ends data segment dw 0,0
data ends codesg segment 
start:	mov ax,stack mov ss,ax mov sp,128mov ax,data mov ds,ax mov ax,0mov es,ax push es:[9*4]pop ds:[0]push es:[9*4+2]pop ds:[2]				;将原来的int 9中断例程 的入口地址保存在ds:0, ds:[2]单元中;在中断向量表中设置新的int 9中断例程的入口地址cli 							;设置IF=0屏蔽中断 mov word ptr es:[9*4],offset int9 mov word ptr es:[9*4+2],cs 		;在中断向量表中设置新的int 9中断例程的入口地址sti 							;设置IF=1不屏蔽中断 mov ax,0b800h mov es,ax mov ah,'a' s:	mov es:[160*12+40*2],ah call delay inc ah cmp ah, 'z'jna s 							;不高于则转移mov ax,0 mov es,ax push ds:[0] pop es:[9*4]push ds:[2]pop es:[9*4+2]				;将中断向量表中int 9中断例程的入口地址恢复为原来的地址mov ax,4c00h int 21h delay:	push ax push dx mov dx,1000h 				;循环10000000h次mov ax,0 s1:	sub ax,1 sbb dx,0 						;dx = dx-0-CFcmp ax,0 jne s1 							;不等于则转移cmp dx,0jne s1 							;不等于则转移 pop dx pop ax ret 
;--------以下为亲的int 9中断例程 ---------------------------			
int9:	push ax push bx push es in al,60h ;精简版本pushf 							;标志寄存器入栈call dword ptr ds:[0]		;对int指令进行模拟，调用原来的int 9中断例程 cmp al,1 jne int9ret 					;不等于则转移 mov ax,0b800h mov es,ax inc byte ptr es:[160*12+40*2+1]			;将属性值加1，改变颜色 int9ret: pop es pop bx pop ax iret codesg ends 
end start

运行效果，在XP系统环境下运行

15.5 安装新的 int 9中断例程

下面，我们安装一个新的int9中断例程，使得原int9中断例程的功能得到扩展。

任务：安装一个新的int9中断例程。

功能：在DOS下，按F1键后改变当前屏幕的显示颜色，其他的键照常处理。

我们进行一下分析。

（1）改变屏幕的显示颜色

改变从 B8000H 开始的 4000个字节中的所有奇地址单元中的内容，当前屏幕的显示颜色即发生改变。程序如下：

    mov ax,0b800hmov es,axmov bx,1mov cx,2000
s:  inc byte ptr es:[bx]add bx,2loop s

（2）其他键照常处理

可以调用原int9中断处理程序，来处理其他的键盘输入。

（3）原int9中断例程入口地址的保存

因为在编写的新int9中断例程中要调用原int9中断例程，所以，要保存原int9中断例程的入口地址。保存在哪里？显然不能保存在安装程序中，因为安装程序返回后地址将丢失。我们将地址保存在0：200单元处。

（4）新int9中断例程的安装

这个问题在前面已经详细讨论过。我们可将新的int9中断例程安装在0：204处。

完整的程序如下。

;p15_4.asm  15.5 安装新的 int 9中断例程assume cs:code 
stack segment db 128 dup (0)
stack ends code segment 
start:	mov ax,stack mov ss,ax mov sp,128 push cs pop ds  mov ax,0 mov es,ax mov si,offset int9					;设置ds:si指向源地址mov di,204h 						;设置es:di指向目的地址mov cx,offset int9end-offset int9	;设置cx为传输长度cld 								;设置传输方向为正rep movsb push es:[9*4]pop es:[200h]push es:[9*4+2]pop es:[202h]cli 								;设置IF=1不屏蔽中断 mov word ptr es:[9*4],204h mov word ptr es:[9*4+2],0sti									;设置IF=0不屏蔽中断 mov ax,4c00h int 21h int9:	push ax push bx push cx push es in al,60h							;从60h端口读取数据 pushf call dword ptr cs:[200h]			;当此中断例程 执行时(CS)=0cmp al,3bh 							;F1的扫描码为3bh jne int9ret 						;不相等就跳转mov ax,0b800h mov es,ax mov bx,1 mov cx,2000s:	inc byte ptr es:[bx]add bx,2 loop s int9ret:pop es pop cx pop bx pop ax iret 
int9end:nop			code ends 
end start

运行调试