第八章 输入 / 输出程序设计8.1 I/O 设备的数据传送方式 I/O 设备与主机 (CPU 和存储器 ) 的通信是通过外设接口进行的，传送控制、状态、数据三种不同的信息， IN/OUT 指令执行这些操作。查询方式（程序控制方式） CPU 利用指令反复查询 I/O 的状态，直到 I/O 准备好，才进行输入 / 输出。此间 CPU 处于循环等待状态，未做有效的工作。中断方式 CPU 在执行程序的同时兼顾对 I/O 设备的控制或数据传送。当 I/O 设备准备好（空闲），由 I/O 通知 CPU 暂停正在运行的程序，转而处理 I/O 设备的请求，处理完即返回主程序继续执行。DMA 方式（直接存储器存取方式 / 成组传送方式） 主要适用于高速 I/O 设备（如磁盘）， CPU 向 I/O 接口提供控制信息（如数据块的首地址及字节数）， I/O 设备直接和存储器进行成批数据的快速传送。

8.2 程序直接控制 I/O 方式

外设接口由一组寄存器（数据寄存器 / 状态寄存器 / 命令寄存器）组成，每个寄存器有一个端口地址 ( 端口号 ) 80X86 微机， I/O 端口编址在一个独立的地址空间中，I/O 地址空间可达 64K(0000~FFFFH) ，允许设置 64K （ 65536 ）个 8 位端口或 32K （ 32768 ）个 16 位端口。

例：测试某状态寄存器（端口号 27H ）的第 2 位是否为 1IN AL, 27HTEST AL, 00000100BJNZ ERROR

I/O 指令是主机与外设进行通信的最基本途径。 DOS功能调用和 BIOS 例行程序中的输入 / 输出功能也是由 IN和 OUT 指令完成的。

输入指令（ I/O CPU ） 长格式： IN AL, PORT (AL) (PORT) （字节） IN AX, PORT (AX) (PORT+1, PORT) （字） 短格式： IN AL, DX (AL) ( (DX) ) （字节） IN AX, DX (AX) ( (DX)+1, (DX) ) （字）

输出指令（ CPU I/O ）

长格式： OUT PORT, AL (PORT) (AL) （字节） OUT PORT, AX (PORT+1, PORT) (AX) （字） 短格式： OUT DX, AL ( (DX) ) (AL) （字节） OUT DX, AX ( (DX)+1, (DX) ) (AX) （字）

例 8.1 Sound 程序 mov dx, 100 ；声音延时 in al, 61h and al, 11111100b ；后两位清零sound: xor al, 2 ；第一位取反 out 61h, al mov cx, 140h ；控制 0/1 转换的间隔wait1: loop wait1 dec dx jne sound

设备控制寄存器端口 61H 1 / 0 0

控制其它外部设备

与门 放大器

2 号定时器相连

1 0

例 8.3 CPU 要从 3 个设备轮流输入数据，设备 1,2,3 的状态寄存器 端口号分别用 STAT1,STAT2,STAT3 表示，设备 1,2,3 的数据输入程序为 PROC1 、 PROC2 、 PROC3 ，第 5 位是输入准备位。

INPUT: IN AL, STAT1 TEST AL, 20H JZ DEV2 CALL FAR PTR PROC1DEV2: IN AL, STAT2 TEST AL, 20H JZ DEV3 CALL FAR PTR PROC2DEV3: IN AL, STAT3 TEST AL, 20H JZ NO_INPUT CALL FAR PTR PROC3NO_INPUT: ……

这种 CPU 与外部设备交换信息的方式为查询方式或等待方式。

查询方式的优点： 可以用程序安排几个输入 / 输出设备的先后次序，最先查询的设备，其优先级也最高。

查询方式的缺点： 造成 CPU 的查询等待（原因是外设的工作速度比较低），而且由查询转向相应的处理程序的时间较长，尤其在设备教多的时候。

8.3 中断传送方式中 断： CPU 中止正在执行的程序而转去处理特殊事件的操作中断源：引起中断的特殊事件

软件中断（内中断）

由中断指令 INT引起

格式： INT N ； N 的取值范围 0 ~ 0FFH

由于 CPU 的某些错误引起

除法错中断、溢出中断 为调试程序（ DEBUG ）设置的中断

单步中断、断点中断

硬件中断非屏蔽中断（ NMI ）：电源掉电、内存或 I/O总线的奇偶错

NMI特点：不受中断允许标志 IF 的屏蔽，而且在整个系统中只能有一个非屏蔽中断。 可屏蔽中断（ INMI ）：外设的 I/O 请求

外部设备通过 8259A 可编程中断控制器和 CPU 相连。

从外设发出的中断请求到 CPU响应中断，有两个控制条件是起决定作用的。

1) 该外设的中断请求是否被屏蔽

（由 8259A 的中断屏蔽寄存器 IMR 控制）

2) CPU 是否允许响应中断

（由标志寄存器 FLAGS 的中断允许位 IF 控制）

STI （开中断）、 CLI （关中断）

非屏蔽中断请求

中断逻辑

INT n INTO 除法错 单步 n 4 0 1

CPU

2 NMI

8259A

可编程中断控制

器

(PIC)

IR0 系统定时器IR1 键盘IR2 彩色 /图形接口IR3 串行通讯IR4 串行通讯口IR5 LPT2

IR6 软盘IR7 LPT1

INTR

08

09

0A

0B

0C

0D

0E

0F

7 6 5 4 3 2 1 0

定时器

键

盘

打印机

中断屏蔽寄存器 21H

7 6 5 4 3 2 1 0

中断命令寄存器 20H

EOIMOV AL, 20H

OUT 20H, AL

0 ：允许中断

1 ：禁止中断

（八个外部设备）

（ EOI 中断结束命令）

中断向量表 80X86 中断系统能处理 256 种类型的中断，类型号为 0~0FFH

。中断向量表是各种中断处理程序的入口地址表（ 0000~03FFH ）。

中断操作的 5 个步骤：(1) 取中断类型号(2) 计算中断向量地址(3) 取中断向量，偏移地址送 IP ，段地址送 CS

(4) 转入中断处理程序(5) 中断返回到 INT 指令的下一条指令

例： BIOS 中断 INT 4AH 4AH4 = 128H 4AH4+2 = 12AH (128H) IP (12AH) CS

用户可利用保留的中断类型号扩充自己需要的中断功能。 例：为中断类型 N 设置中断向量

MOV AX, 0

MOV ES, AX

MOV BX, N*4

MOV AX, OFFSET INTHAND

MOV ES: WORD PTR[BX], AX ; 偏移地址 (N*4)

MOV AX, SEG INTHAND

MOV ES: WORD PTR[BX+2], AX ; 段地址 (N*4+2)

……

INTHAND: ……

IRET

DOS 功能调用（ 21H ）存取中断向量

设置中断向量：AH=25H入口参数： AL= 中断类型号 DS:DX= 中断向量INT 21H

取中断向量：AH=35H入口参数： AL= 中断类型号INT 21H出口参数： ES:BX= 中断向量

例 8.4 用 DOS 功能调用存取中断向量 MOV AL, N MOV AH, 35H INT 21H ; 取原中断向量 PUSH ES PUSH BX ; 保存原中断向量 PUSH DS

MOV AX, SEG INTHANDMOV DS, AX MOV DX, OFFSET INTHANDMOV AL, NMOV AH, 25HINT 21H ; 设置新的中断向量POP DS……POP DXPOP DSMOV AL, NMOV AH, 25HINT 21H ; 恢复原中断向量RET

;INTHAND: …… IRET

设置 CPU 中断允许位 FLAGS 中的 IF 位 =1 允许中断 （ STI 开中断） =0 禁止中断 （ CLI 关中断）设置中断屏蔽位 非屏蔽中断（类型号为 2 ）：一种特殊的外部中断，与 IF位的设置情况无关， CPU 不能禁止此类中断。 21H 中断屏蔽寄存器 中断屏蔽位 =0 允许中断 =1 禁止中断中断过程（中断机构自动完成下列动作） 取中断类型号 N FLAGS 的内容入栈 当前的 CS 的内容入栈 当前的 IP 的内容入栈 设置 IF 和 TF 从中断向量表中取出４个单元的内容送给 IP 和 CS 转中断处理程序

中断优先级

优先级：高 软件中断（除法错、 INT 、 INTO ）

非屏蔽中断 NMI

可屏蔽中断 INMI

低 单步中断

其中可屏蔽中断的优先级又分为八个级别： 7 6 5 4 3 2 1 0

中断屏蔽寄存器 21H

优先级： IR7 …… IR0

<<

7 6 5 4 3 2 1 0

中断命令寄存器 I/0 端口号为 20H

EOI R SL 0 0 L2 L1 L0

　　 8259A 的中断命令寄存器的６位和７位能控制各可屏蔽中断请求的优先次序。 R　 SL

0 0 正常优先级方式

0 1 清除由 L2~L0 指定的中断请求

1 0 各中断优先级左循环一个位置

1 1 各中断优先级循环移位

使 L2~L0 指定的中断请求到达最低优先级位置

例 : 优先级高 低

；之前优先级为 IR0 IR1 IR2 IR3 IR4 IR5 IR6 IR7

MOV AL 11100100B

OUT 20H AL

；优先级为： IR5 IR6 IR7 IR0 IR1 IR2 IR3 IR4

MOV AL 10100000B

OUT 20H AL

；优先级为： IR6 IR7 IR0 IR1 IR2 IR3 IR4 IR5

7 6 5 4 3 2 1 0

中断命令寄存器 I/0 端口号为 20H

EOI R SL 0 0 L2 L1 L0

中断处理程序的编写步骤：主程序： (1) 设置中断向量

(2) 设置 CPU 中断允许位 (3) 设置中断屏蔽位

中断处理子程序： (1) 中断处理功能 (2) IRET 中断返回

中断嵌套：正在运行的中断处理程序，又被其它中断源中断

条件：在开中断（ IF =1 ）的情况下 可以被高于它的中断源中断 如果要被同级或低级的中断源中断，则必须发出 EOI 命令，清除正在执行的中断请求，才能响应同级或低级的中断。

例 8.5 编写一个中断处理程序，要求在主程序运行期间，每隔 10秒响铃一次，同时显示‘ The bell is ring!’

dseg segment count dw 1 mess db 'The bell is ring!',0ah,0dh,'$'dseg ends

cseg segmentmain proc far assume cs:cseg, ds:dseg, es:dsegstart: push ds mov ax, ax push ax mov ax, dseg mov ds, ax

mov al, 1ch mov ah, 35h int 21h ; 取原中断向量 push es push bx ; 保存原中断向量 push ds mov dx, offset ring mov ax, seg ring mov ds, ax mov al, 1ch mov ah, 25h int 21h ; 设置新的中断向量 pop ds in al, 21h and al, 11111110b out 21h, al ; 设置中断屏蔽位 , 允许定时器中断 sti ; 开中断

mov di, 2000delay: mov si, 3000delay1: dec si jnz delay1 dec di jnz delay ; 主程序工作时间

pop dx pop ds mov al, 1ch mov ah, 25h int 21h ; 恢复原中断向量 retmain endp

ring proc far push ds push ax push cx push dx

mov ax, dseg mov ds, ax

sti ; 开中断 , 允许更高级的中断 dec count jnz exit mov dx, offset mess mov ah, 09 int 21h ; 显示‘ The bell is ring!’

mov dx, 100 in al, 61h and al, 11111100bsound: xor al, 2 out 61h, al mov cx, 140hwait1: loop wait1 dec dx jne sound ; 响铃 mov count, 182exit: cli ; 关中断 pop dx pop cx pop ax pop ds iretring endpcseg ends end start