Ввод информации с клавиатуры средствами BIOS

Интерфейсом программ в персональном компьютере с клавиатурой является прерывание 16h BIOS. Далее приводится описание его функций.

АН = 00h - чтение с ожиданием двухбайтового кода из буфера клавиатуры. Прочитанный код возвращается в регистре АХ: младший байт - в регистре AL, старший - в АН. Если нажата ASCII-клавиша, в AL помещается ASCII-код символа, в АН - скэн-код. При нажатии специальных клавиш AL равен 0, а в АН возвращается расширенный скэн-код.

АН = 0lh - чтение без ожидания двухбайтового кода из буфера клавиатуры. Если буфер пуст, в 1 выставляется флаг нуля ZF. В противном случае в АХ возвращается двухбайтовый код из буфера клавиатуры, но продвижение указателя "головы" буфера не производится, т.е. код "остается" в буфере.

АН = 02h - определение состояния шифт- и триггерных клавиш. В регистре AL возвращается содержимое байта по адресу 40:17h (см. табл. 4.1).

Функция АН = 05h не имеет аналогов в библиотеке Turbo С и может использоваться для имитации нажатии клавиш в демонстрационных программах, программах переноса текста и т.д.

Функции АН = 10 - 12h являются аналогами функций 00 - 02h, но предназначены для использования в компьютерах с клавиатурой 101 /102 клавиши.

Функции АН = 00 - 02h прерывания 16h BIOS положены в основу функции bioskey() библиотеки Turbo С. Далее следует описание этой функции.

 

int bioskey(int cmd)

 

Обращается в зависимости от значения в cmd к функциям АН = 00 - 02h прерывания 16h. Возвращаемое функцией значение повторяет значение регистра АХ при выходе из прерывания.

 

Предварительная подготовка к работе

1.Ознакомиться с аппаратными средствами компьютера для ввода информации с клавиатуры.

2. Ознакомиться с программными средствами для ввода информации с клавиатуры.

Порядок выполнения работы

1. Разработать, написать и отладить программу управления пе­ремещением символа (например, "*") в пределах заданного на экране окна.

Таблица 4.2. Варианты заданий

№ варианта

X1

Y1

X2

Y2

Вид движения

Клавиши управления

Номер прерывания

Постоянное

СтВВ, СтВН

INT 21h

Пошаговое

СтВП, СтВЛ

INT 21h

Постоянное

F1, F2

INT 21h

Пошаговое

Все направления

INT 21h

Постоянное

F5, F6

INT 16h

Пошаговое

F1-F4

INT 16h

Постоянное

F9-F12

INT 16h

Пошаговое

СтВВ, СтВН

INT 16h

Постоянное

СтВП, СтВЛ

INT 21h

Пошаговое

Все направления

INT 21h

Постоянное

F3, F4

INT 21h

Пошаговое

F7, F8

INT 21h

Постоянное

СтВВ, СтВН

INT 16h

Пошаговое

СтВП, СтВЛ

INT 16h

Постоянное

F9, F10

INT 16h

Пошаговое

F11, F12

INT 16h

Постоянное

СтВВ, СтВН

INT 21h

Пошаговое

СтВП, СтВЛ

INT 21h

Постоянное

F5, F10

INT 21h

Пошаговое

F6, F12

INT 21h

 

Для управления использовать клавиши из набора: "стрелка вверх" (СтВВ), "стрелка вниз" (СтВН), "стрелка вправо" (СтВП), "стрелка влево" (СтВЛ) или функциональные клавиши Fl - F12 (варианты см. в таблице 4.2). Для ввода использовать стандартные функции языка C++. Сохранить отлаженную программу.

2. Изменить программу, заменив стандартные функции библиотеки C++ своими. Для написания функций используйте заданное прерывание (см. табл. 4.2), если его возможностей достаточно. Если его возможностей не достаточно, то замените его по своему усмотрению. Сохраните отлаженную программу.

3. Отлаженные программы предъявить преподавателю.

Содержание отчета

1. Краткие сведения о подсистеме ввода информации с клавиатуры, используемых прерываниях, буфере клавиатуры и функциях обслуживания ввода с клавиатуры.

2. Алгоритмы и тексты отлаженных программ.

3. Выводы.

 

4.8. Контрольные вопросы

1. Что относится к устройствам ввода информации в ЭВМ?

2. Как можно классифицировать устройства ввода?

3. Назовите основные характеристики устройств ввода информации.

4. Зачем нужен буфер клавиатуры?

5. Почему существует ввод с буферизацией и без нее?

6. Какие бывают прерывания?

7. Зачем для ввода данных с клавиатуры используют прерывания?

8. Какое прерывание вырабатывается при нажатии клавиши?

9. Назовите основные характеристики системы прерываний.

10. Почему нужны программные прерывания?

11. Почему для организации ввода с клавиатуры используются два программных прерывания INT 21h и INT 16h?

12. Какие функции библиотеки C++ для ввода с клавиатуры Вы знаете?

13. Какие функции прерывания INT 16h Вы знаете?

14. Какие функции прерывания INT 21h Вы знаете?

15. Можно ли в прикладной программе обойтись без ввода с клавиатуры?

 

Лабораторная работа 5.

ИСПОЛЬЗОВАНИЕ АППАРАТНЫХ ПРЕРЫВАНИЙ

Цель работы – знакомство с различного вида аппаратными прерываниями и создание собственных подпрограмм обработки прерываний.

Общие положения

Микропроцессоры 8086/88 поддерживают механизм прерываний. В самом общем виде это наличие в аппаратуре специальных средств, с помощью которых выполнение текущей программы приостанавливается и процессор переходит к так называемой программе обслуживания прерывания (Interrupt Servise Routine - ISR). Механизм прерываний позволяет организовать выполнение тех или иных функций ядра и быструю реакцию процессора на возникновение каких-то внешних со­бытий: ошибок в арифметических операциях, изменению состояния пе­риферийных устройств и пр.

Микропроцессоры 8086/88 поддерживают 256 прерываний. Каждое из них имеет свой номер и ISR. Адрес точки входа в ISR называется вектором прерывания и хранится в специальной таблице, называемой таблицей векторов прерывания (ТВП). Код ISR может располагаться в любом месте памяти. Поэтому вектор прерывания занимает 4 байта: 2 байта отво­дится на значение сегментного регистра, устанавливаемое в CS (старшее слово), 2 байта - на значение смещения, уста­навливаемое в IP (младшее слово). Вся ТВП занимает 256 * 4 = 1024 байт и располагается в оперативной памяти, начиная с адреса 0000:0000.

При возникновении прерывания процессор помешает в стек 6 байт: текущее значение CS, текущее значение IP (пара этих регистров определяет точку, с которой выполнение прерываемой программы возобновится), а также 2 байта флагов процессора. В CS и IP устанавливаются значения из ТВП, которые задают адрес начала ISR. Прерыванию 0 соответствует вектор прерывания по адресу 0000:0000, прерыванию 1 - по адресу 0000:0004h, прерыванию 2 - по адресу 0000:0008h и т.д.

Сама ISR - это программа, построенная с соблюдением специальных правил:

1) в самом начале она сохраняет в стеке все регистры процессора, которые будут использоваться в этой программе;

2) перед завершением работы программы значения регистров восстанавли­ваются;

3) последней инструкцией ISR, как правило, является инструкция возврата из прерывания IRET. Выполняя IRET, процессор извлекает из стека шесть слов информации, которые последовательно помещает в регистры IP, CS и регистр фла­гов, возвращаясь к исполнению прерванной программы.

Часто обработчикам программных прерываний требуется передать какие-то значения, задающие конкретное действие, характеристики ситуации и т.п., и получить какие-то результаты по завершению исполнения ISR. Для такого обмена данными используются внутренние регистры процессора.

Некоторые векторы прерывания в ТВП на самом деле задают не точки входа в ISR, а используются для хранения важной системной информации: адресов данных и таблиц. Кроме того, за некоторые векторы "зацеплены" ISR, не выполняющие никаких действий. Они служат заглушками для подключения дополнительных обработчиков. Так, например, в нормальном состоянии обработчик прерывания 1Ch не выполняет никаких действий и содержит единственную инструкцию возврата из прерывания IRET. Прерывание 1Ch вызывается из пределов ISR таймера (обработчик прерывания 8). Прерывание от таймера, в свою очередь, генерируется 18.2 раза в секунду аппаратурой системного таймера. Есть и другие обработчики - заглушки, вызываемые при функционировании ISR BIOS и MS-DOS.

 

Аппаратные прерывания

В процессе функционирования персонального компьютера могут встретиться четыре типа прерываний:

1) аппаратные;

2) программные;

3) исключительные ситуации процессора (processor exceptions);

4) немаскируемые.

 

Аппаратные прерывания возникают как результат некоторых внешних событий и в их генерации принимает участие специальная микросхема персонального компьютера - программируемый контроллер прерываний, или PIC (Programmable Interrupt Controller). Наиболее часто для этих целей используется одна или несколько микросхем 8259А либо их функциональные эквиваленты. В архитектуре компьютеры IBM PC AT используют PIC, построенный на двух микросхемах 8259А (рис. 5.1).

Микросхема 8259А рассчитана на 8 входов запросов прерываний, обозначаемых IRQ (Interrupt Request). Сигналы на них возбуждают внешние устройства: адаптеры асинхронной последовательной и параллельной связи, плата системного таймера и др. Контроллер прерываний имеет в своем составе ряд программируемых внутренних регистров, определяющих особенности обработки запросов прерываний.

 

Рис 5.1. Двухкаскадная схема построения

контроллера прерываний

 

Выход ведущей (единственной в однокаскадной схеме) микросхемы 8259А контроллера прерываний подается на специальный вход процессора (INTR). Этот вход процессора является маскируемым: если флаг маскирования прерываний IF равен единице, процессор способен "ощущать" изменение состояния линии INTR (прерывания разрешены); если же IF сброшен в 0, изменения на линии INTR не влияют на работу центрального процессора. Поэтому часто аппаратные преры­вания, в формировании которых принимает участие PIC, называют маскируемыми. Если прерывания разрешены и устанавливается высокий потенциал на линии INTR, процессор завершает исполнение текущей инструкции и отвечает двумя циклами сигнала INTA.

Первый цикл сигнала INTA - это, по существу, пустой цикл, который готовит PIC к следующему циклу. Во время второго цикла PIC помещает на шину данных байт, задающий номер аппаратного прерывания. Получив байт номера прерывания, процессор умножает его на 4, формируя смещения до вектора прерываний в ТВП.

Процессор сохраняет в стеке текущее значение регистров флагов CS и IP, затем устанавливает в 0 флаг IF, а в CS и IP - значения из вектора прерывания. В результате управление передается в ISR.

Для того чтобы различать сигналы прерываний от различных внешних устройств, система прерываний IBM PC построена следующим образом. Каждое внешнее устройство подключено к собственной линии запроса прерываний IRQ. При получении сигнала на линии IRQ контроллер прерываний передает в процессор уникальный для данной IRQ байт номера прерывания. Соответствие линий IRQ и номеров прерывания задается программированием контроллера прерываний. Такое программирование выполняется в ходе начальной загрузки системы специальной процедурой BlOSa и в дальнейшем обычно не изменяется. В принципе, перепрограммирование PIC может выполняться в любой момент и некоторые программы (Windows, OS/2) используют это при своей загрузке. В ходе программирования PIC задаются старшие 5 бит номера прерывания, а младшие 3 бита генерирует микросхема 8259А, определяя двоичный код номера линии IRQ. Ведущая (единственная) микросхема программируется BIOSом так, чтобы передавать в процессор прерывания от 08h до 0Fh. Ведомая 8259А в IBM PC AT настраивается на передачу номеров прерываний от 70h до 77h.

Кроме отображения IRQ на номера прерывания, PIC выполняет упорядочивание по приоритету одновременно возникающих запросов. Обычно наивысший приоритет имеет запрос на линии IRQ0, затем в порядке убывания IRQI, IRQ2, ..., IRQ7. Вход процессора INTR является так называемым "уровнем чувствительным". Это значит, что если процессор ощущает высокий уровень, он всегда начинает цикл обработки прерывания. Если начатая ISR устанавливает IF в единицу (а это, как правило, так и бывает), сохранение сигнала на линии INTR вызовет повторное вхождение в ту же самую ISR, a затем вхождение в третий, четвертый и далее раз до тех пор, пока не переполнится стек. Для того чтобы этого не происходило, контроллер прерываний блокирует генерацию сигнала INTR для текущей активной линии IRQ до тех пор, пока исполняемая ISR не даст явного указания сделать это. Обычно так ISR обозначают свое завершение, посылая в PIC команду завершения прерывания, или EOI (End Of Interrupt). Если ISR не сделает этого, контроллер продолжает блокировать выработку сигнала INTR для всех последующих запросов прерывания как по данной линии, так и по другим, менее приоритетным линиям.

Любая из линий запросов IRQi может быть маскирована. Специальный внутренний регистр PIC хранит битовую маску входов IRQi: бит 0 регистра маски управляет IRQ0 (IRQ8 в ведомой микросхеме 8259А), бит 1 - IRQI (IRQ9), ..., бит 7 - IRQ7 (IRQ15). Если бит равен нулю контроллер генерирует сигнал на линии INTR, если бит равен единице, контроллер не "чувствует" запрос на маскированной битом линии IRQi.

Использование двухкаскадной схемы для построения контроллера прерываний расширяет до 15 чисто обслуживаемых внешних устройств. Для двухкаскадной схемы выход INTR ведомой микросхемы 8259А подается на линию LRQ2 ведущей микросхемы. В результате линии запросов упорядочиваются по приоритету следующим образом: максимальный приоритет имеет IRQ0, затем в порядке убывания IRQI, IRQ8, ..., IRQ15, IRQ3, ..., IRQ7. Как правило, PIC в ходе начальной загрузки настраивается так, что для линий IRQ0 - IRQ7 генерируются прерывания с номерами 08h - 0Fh соответственно, а для линий IRQ8 - IRQ15 - прерывания с номерами 70h - 77h. Подключение внешних устройств персональных компьютеров к линиям IRQ и, следовательно, закрепление аппаратных пре­рываний для большинства персональных компьютеров типа IBM PC фактически стандартизовано. В табл. 5.1 приводится закрепление внешних устройств и аппаратных прерываний для IBM PC AT.

 

Таблица5.1. Использование прерываний в IBM PC AT

Линия запроса прерывания	Номер прерывания	Обычное использование
IRQO	8h	Системный таймер
IRQ1	9h	Клавиатура
IRQ2	0Ah	Переадресация от ведомой 8259А
IRQ3	0Bh	COM2 (или COM4)
IRQ4	0Ch	СОМ1 (или COM3)
IRQ5	0Dh	LPT2
IRQ6	0Eh	Контроллер накопителей на гибком диске
IRQ7	0Fh	LPT1
IRQ8	70h	Таймер реального времени
IRQ9	71h	Прерывание обратного хода луча EGA- и VGA-адаптера
IRQ 10	72h	Свободно
IRQ11	73h	Свободно
IRQ12	74h	Свободно
IRQ13	75h	Сопроцессор математики с плавающей точкой
IRQ 14	76h	Контроллер накопителя на жестком диске
IRQ 15	77h	Свободно