CPU通過中斷機(jī)制得知外部輸入事件，并通過I/O接口與數(shù)據(jù)總線實(shí)現(xiàn)與外設(shè)的數(shù)據(jù)交換，從而實(shí)現(xiàn)對外設(shè)輸入的有效處理。

CPU 對外設(shè)輸入的通常處理方法：

1. 外設(shè)的輸入送入端口;
2. 向 CPU 發(fā)出外中斷(可屏蔽中斷)信息;
3. CPU 檢測到可屏蔽中斷信息;
   3.1. 如果 IF=1，CPU 在執(zhí)行完當(dāng)前指令后響應(yīng)中斷，執(zhí)行相應(yīng)的中斷例程;
4. 可在中斷例程中實(shí)現(xiàn)對外設(shè)輸入的處理。

端口和中斷機(jī)制，是 CPU 進(jìn)行 I/O 的基礎(chǔ)。

15.1 接口芯片和端口

CPU 通過端口和外部設(shè)備進(jìn)行聯(lián)系。

15.2 外中斷信息

外部設(shè)備 在完成一系列自己的工作后，需要將產(chǎn)生的數(shù)據(jù)或狀態(tài)發(fā)給CPU處理時，就會觸發(fā)外中斷

• 中斷信息的發(fā)送過程大致如下：

1. 中斷請求信號：
   外設(shè)芯片在適當(dāng)時候會通過自身的中斷輸出引腳向主板上的中斷控制器發(fā)送中斷請求信號，這通常表現(xiàn)為一個電信號的變化。例如在8086體系結(jié)構(gòu)中，外設(shè)可以通過INTR（Interrupt Request）線向CPU發(fā)出中斷請求。

2. 中斷控制器：
   主板上的中斷控制器（如Intel 8259A可編程中斷控制器）負(fù)責(zé)接收來自多個外設(shè)的中斷請求，并根據(jù)它們的優(yōu)先級和中斷向量進(jìn)行管理。中斷控制器會將有效的中斷請求打包并通過IRQ（Interrupt Request Line）線傳輸?shù)紺PU。

3. CPU響應(yīng)中斷：
   當(dāng)CPU在執(zhí)行完當(dāng)前指令后檢查中斷請求線時，如果發(fā)現(xiàn)有中斷請求存在，它會暫停當(dāng)前任務(wù)，保存現(xiàn)場，然后通過讀取中斷向量表（IVT）獲取中斷服務(wù)程序（ISR）的地址，跳轉(zhuǎn)到相應(yīng)的處理程序執(zhí)行中斷處理。

4. 線路連接：
   中斷請求信號的傳送是通過主板上的硬件連線完成的。例如在8086/8088系統(tǒng)中，外設(shè)與CPU間的中斷請求線和中斷響應(yīng)線（INTA#）是主板上的物理連接線，它們屬于系統(tǒng)總線的一部分，通過這些線路上的電信號變化來進(jìn)行中斷請求和響應(yīng)的通訊。

注意，隨著技術(shù)的發(fā)展，更現(xiàn)代的計(jì)算機(jī)系統(tǒng)可能采用了更為復(fù)雜和高級的中斷控制器和總線標(biāo)準(zhǔn)，但核心原理仍然是外設(shè)通過特定線路發(fā)送中斷信號給CPU，并由CPU依據(jù)一定的優(yōu)先級策略來響應(yīng)和處理中斷。

1. 可屏蔽中斷（Maskable Interrupt）

可屏蔽中斷 | CPU在收到可屏蔽中斷時會根據(jù) CF 的狀態(tài)來決定：執(zhí)行完當(dāng)前指令后是否響應(yīng)。

IF 狀態(tài)	響應(yīng)	不響應(yīng)
IF = 1	?
IF = 0		?

• 中斷過程
  可屏蔽中斷的中斷過程除了中斷類型碼是通過數(shù)據(jù)總線從外部傳進(jìn)CPU的，其它與內(nèi)中斷相同。

我們可以通過指令（STI, CLI）設(shè)置IF來控制是否響應(yīng)可屏蔽中斷。

————?指?令?————	—?功?能?—	描述
cli (Clear Interrupt Flag)	IF=0 禁止中斷	CPU執(zhí)行cli將IF=0后，僅保留對不可屏蔽中斷(NMI)的響應(yīng)，直至遇到STI指令為止。 此操作有助于保護(hù)在執(zhí)行重要且不能被打斷的代碼時，不被中斷處理程序打亂。 例如： 在更改棧指針（SS:SP）時，需要防止因中斷處理程序介入而破壞棧的狀態(tài)。
sti (Set Interrupt Flag)	IF=1 允許中斷	CPU執(zhí)行sti將IF=1后，重新開啟中斷響應(yīng)功能。CPU會再次響應(yīng)掛起的中斷請求，恢復(fù)正常的中斷處理流程。這對于完成關(guān)鍵區(qū)域操作后恢復(fù)系統(tǒng)的正常中斷響應(yīng)至關(guān)重要。

• 在IF=0期間，中斷請求不會丟失，但會被延遲處理，等待CPU重新打開中斷響應(yīng)后，按照中斷控制器維護(hù)的隊(duì)列順序逐一處理。是否超時以及超時后的處理方法取決于設(shè)備本身的特性以及操作系統(tǒng)的調(diào)度策略。
  硬件中斷控制器（如Intel 8259A可編程中斷控制器）負(fù)責(zé)管理和維持中斷請求的排隊(duì)。
• CLI與STI結(jié)合運(yùn)用，構(gòu)建短暫的中斷防護(hù)區(qū)域，確保其間代碼免受外部中斷影響，待關(guān)鍵操作完成后通過STI恢復(fù)中斷響應(yīng)，保障系統(tǒng)并發(fā)處理能力和實(shí)時響應(yīng)性能。在多任務(wù)OS中，內(nèi)核常在切換進(jìn)程環(huán)境、管控硬件資源等關(guān)鍵場景調(diào)用這兩條指令。

2. 不可屏蔽中斷（Non-Maskable Interrupt）

當(dāng)不可屏蔽中斷發(fā)生時，CPU會立即停止當(dāng)前的執(zhí)行流程，保存必要的上下文信息，然后跳轉(zhuǎn)到預(yù)設(shè)的NMI處理程序去執(zhí)行相應(yīng)的處理代碼。
即使在 CPU 執(zhí)行 CLI 指令 禁止了可屏蔽中斷 的情況下也不例外。
由于NMI的重要性，其處理過程一般要求快速、簡潔，盡量減少對系統(tǒng)運(yùn)行的影響。

• NMI觸發(fā)的原因可能包括但不限于以下幾種情況：
  1. 硬件故障：如電源故障、內(nèi)存錯誤、嚴(yán)重硬件故障等；
  2. 系統(tǒng)調(diào)試需求：在調(diào)試環(huán)境中，開發(fā)者可能通過人工或硬件手段觸發(fā)NMI，以便快速進(jìn)入調(diào)試模式；
  3. 監(jiān)控程序：某些嵌入式系統(tǒng)或服務(wù)器中，監(jiān)控程序可能會通過NMI報(bào)告嚴(yán)重的系統(tǒng)錯誤或警告；
  4. 性能計(jì)數(shù)器溢出：某些高性能處理器中，性能監(jiān)控單元（PMU）的計(jì)數(shù)器溢出可能導(dǎo)致NMI。

設(shè)計(jì)思想

可屏蔽中斷：幾乎都是外設(shè)觸發(fā)的。告訴CPU來活了。
不可屏蔽中斷：是發(fā)生了必須緊急處理的事件。CPU要先解決它了再說別的。

15.3 PC 機(jī)鍵盤的處理過程

1. 鍵盤輸入

鍵盤上每個鍵分：按下、松開兩種狀態(tài)都會產(chǎn)生相應(yīng)的掃描碼。
按下時的叫通碼，松開時的叫斷碼。
它會被送入主板上的相關(guān)接口芯片的寄存器中，該寄存器的端口地址為 60h

斷碼 = 通碼 + 80h
比如: g 鍵的通碼為 22h，斷碼為 a2h。
表 15.1 是鍵盤上部分鍵的掃描碼，只列出通碼。

2. 引發(fā) 9 號中斷

60h 端口收到信號，相關(guān)的芯片就會向 CPU 發(fā)出中斷類型碼為9的可屏蔽中斷信息。
CPU 收到后，如果 IF=1，則響應(yīng)中斷，引發(fā)中斷過程，轉(zhuǎn)去執(zhí)行 int 9 中斷例程。

3. 執(zhí)行 int 9 中斷例程

BIOS 提供 int 9 中斷例程，處理基本的鍵盤輸入:

1. 首先，中斷例程通常會從60h端口讀取掃描碼。
2. 處理掃描碼
   2.1. 若是字符鍵，則將掃描碼轉(zhuǎn)換為ASCII碼，存入鍵盤緩沖區(qū)。 2.2. 若是功能鍵或控制鍵，則可能更新內(nèi)存中的鍵盤狀態(tài)字節(jié)`或其他內(nèi)部狀態(tài)。
3. 向鍵盤控制器發(fā)送應(yīng)答信號，表明中斷已被處理。

BIOS鍵盤緩沖區(qū)：

1. BIOS鍵盤緩沖區(qū)是系統(tǒng)啟動時BIOS設(shè)置的一塊內(nèi)存區(qū)域，用于存儲15個鍵盤輸入事件，每個事件占用2字節(jié)，其中高位字節(jié)為掃描碼，低位字節(jié)為字符碼。
2. 這個緩沖區(qū)通過int 9中斷機(jī)制收集并暫存鍵盤輸入，確保在操作系統(tǒng)尚未完全加載或正忙時也能記錄用戶的按鍵動作。

字單元(1)	字單元(2)	…	字單元(15)
高位-掃描碼	高位-掃描碼	…	高位-掃描碼
高位-字符碼	高位-字符碼	…	高位-字符碼

0040:17 單元存儲鍵盤狀態(tài)字節(jié)，該字節(jié)記錄了控制鍵和切換鍵的狀態(tài)。字節(jié)各位信息如下。

位	狀態(tài)
0	右 Shift 狀態(tài)，置1表示按下右 Shift 鍵:
1	左 Shitt 狀態(tài)，置1表示按下左 Shit 鍵;
2	Ctrl 狀態(tài)，置1表示按下 Ctrl 鍵;
3	Alt 狀態(tài)，置1表示按下 Alt 鍵;
4	ScrollLock狀態(tài)，置1表示 Scroll 指示燈亮;
5	NumLock 狀態(tài)，置1表示小鍵盤輸入的是數(shù)字;
6	CapsLock 狀態(tài)，置1表示輸入大寫字母:
7	Insert 狀態(tài)，置1表示處于刪除態(tài)。

15.4 編寫int9 中斷例程

鍵盤輸入的處理過程:

1. 鍵盤產(chǎn)生掃描碼;
2. 掃描碼送入 60h 端口;
3. 引發(fā) 9 號中斷;
4. CPU 執(zhí)行 int 9 中斷例程處理鍵盤輸入。

前三步都是硬件系統(tǒng)的活，我們能插手的就只有和4步。但因?yàn)?int 9 中斷處理程序要與一些硬件細(xì)節(jié)打交到。所以我們只對 int 9 做下封裝擴(kuò)展。

編程

在屏幕中間依次顯示“a”~“z”，并可以讓人看清。在顯示的過程中，按下 Esc 鍵后，改變顯示的顏色。

思路

1. 先循環(huán)顯示 a ~ z。（為了看清，書上給的方案是空循環(huán)模擬延遲效果）
2. 自己寫一個 int 9 代替原版。
   2.1. 我們自己的int 9中調(diào)用原版 int 9。
   2.2. 拿到原版 int 9 返回的掃描碼。
   2.3. 判斷如果是 Esc 修改顯存改變顏色。

代碼

assume cs:code
stack segmentdb 128 dup(0)
stack endsdata segmentoint9 dw 0,0
data endscode segmentstart: mov ax,stack		; 設(shè)置棧段和棧頂位置mov ss,axmov sp,128mov ax,data			; 設(shè)置數(shù)據(jù)段mov ds,axmov ax,0			; 設(shè)置附加段mov es,ax; ------------ 保存原 int 9 中斷列和入口到 ds:0, ds:2 ------------push es:[9*4]pop ds:[0]push es:[9*4+2]pop ds: [2]; ---------------- 將我們的新 int 9 寫入中斷向量表 ----------------mov word ptr es:[9*4],offset int9mov es:[9*4+2],cs; ------------------------- 顯示 a 到 z  -------------------------mov ax,0b800h	; 設(shè)置顯存段mov es,axmov ah,'a'		; 要顯示的字符串，從 a 開始s:	mov es:[160*12+40*2],ah		; 顯示字符call delay		; 調(diào)用子程序：延時inc ah			; 下一個字符cmp ah,'z'		; 如果不是z繼續(xù)循環(huán)jna s; ------------- 將中斷向量表中 int 9恢復(fù)為原來的地址 -------------mov ax,0mov es,axpush ds:[0]pop es:[9*4]push ds:[2]pop es:[9*4+2]mov ax,4c00hint 21h
; =======================================================	
; --------------------- 子程序 delay  -------------------
; 讓CPU空循環(huán)，模擬延時效果
; -------------------------------------------------------
; 參數(shù): 無
; 返回: 無
; -------------------------------------------------------
delay:push ax 		; 備份寄存器push dxmov dx,2h		; 循環(huán) 2h 次，可以自己把握mov ax,0
delays:	sub ax,1sbb dx,0		; 10000000h 循環(huán)遞減cmp ax,0		; 直到 ax, dx 都為 0 才跳出循環(huán)jne delayscmp dx,0jne delayspop dx			; 還原寄存器pop axret				; 返回
; ---------------------- 子程序 delay -------------------
; =======================================================; =======================================================	
; --------------------- 子程序 int 9  -------------------
; 調(diào)用原 int 9 獲取掃描碼，實(shí)現(xiàn)按 Esc 變色
; -------------------------------------------------------
; 參數(shù): 無
; 返回: 無
; -------------------------------------------------------
int9:push ax 		; 備份寄存器push dxpush esin al,60h		; 從60h端口讀取數(shù)據(jù)pushfpushfpop bxand bh,11111100bpush bxpopfcall dword ptr ds:[0] ; 調(diào)用原來的 int 9 中斷例程cmp al,1jne int9retmov ax,0b800hmov es,axinc byte ptr es:[160*12+40*2+1]int9ret:pop es			; 還原寄存器pop dxpop axiret			; 返回
; --------------------- 子程序 int 9 ------------------
; =======================================================
code ends
end start

檢測點(diǎn) 15.1

《匯編語言》- 讀書筆記 - 各章檢測點(diǎn)歸檔 - 檢測點(diǎn) 15.1

15.5 安裝新的 int 9 中斷例程

任務(wù)	安裝一個新的 int9 中斷例程。
功能	在 DOS下，按F1鍵后改變當(dāng)前屏幕的顯示顏色，其他的鍵照常處理

分析

1. 改變屏幕的顯示顏色。
   改變從 B8000H 開始的 4000 個字節(jié)中的所有奇地址單元中的內(nèi)容

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

2. 按鍵常規(guī)處理
   直接調(diào)用原 int 9

3. 原 int9 入口地址
   不能保存在安裝程序中。我們把它放在0:0200。

4. 安裝新 int9 中斷例程
   0:0200 ~ 0:0203用來保存原 int9 的地址了。
   我們保存新 int9 時從 0:0204 開始。

代碼

assume cs:code
stack segmentdb 128 dup(0)
stack endscode segmentstart: mov ax,stack		; 設(shè)置棧段和棧頂位置mov ss,axmov sp,128; -------- 安裝: 復(fù)制中斷例程到目標(biāo)內(nèi)存 -------mov ax,cs			;設(shè)置 ds:si 指向源地址mov ds,axmov si,offset int9mov ax,0			;設(shè)置 es:di 指向目的地址mov es,axmov di,204h			mov cx,offset int9end-offset int9	;設(shè)置 cx為傳輸長度cld					;設(shè)置傳輸方向?yàn)檎?。movsb中si,di遞增rep movsb			;重復(fù)復(fù)制數(shù)據(jù)次數(shù)由 cx 控制; -------- 安裝: 復(fù)制中斷例程到目標(biāo)內(nèi)存 -------; ---------- 備份原 int9 入口到 [0:200~0203] ----------push es:[9*4]pop es:[200h]push es:[9*4+2]pop es:[202h]; ---------- 備份原 int9 入口到 [0:200~0203] ----------; ---------- 設(shè)置中斷向量表 ----------cli							; 臨時屏蔽中斷mov word ptr es:[9*4],204h	; 設(shè)置的偏移地址（0~3用來存原int9地址了）mov word ptr es:[9*4+2],0	; 設(shè)置的段地址sti							; 恢復(fù)中斷; ---------- 設(shè)置中斷向量表 ----------ok:	mov ax,4c00hint 21h; =======================================================	
; --------------------- 子程序 int 9  -------------------
; 調(diào)用原 int 9 獲取掃描碼，實(shí)現(xiàn)按 Esc 變色
; -------------------------------------------------------
; 參數(shù): 無
; 返回: 無
; -------------------------------------------------------
int9:push ax 		; 備份寄存器push bxpush cxpush esin al,60h		; 從60h端口讀取數(shù)據(jù); 模擬 int 指令，用 call 調(diào)用原 int 9pushf						; 進(jìn)入中斷后 IF、TF已經(jīng)是0 直接入棧即可call dword ptr cs:[200h] 	; 調(diào)用原來的 int 9 中斷例程cmp al,3bh		; 判斷是否 F1 鍵jne int9ret		; 如果不是直接結(jié)束mov ax,0b800h	; 設(shè)置顯存mov es,axmov bx,1mov cx,2000s:	inc byte ptr es:[bx]add bx,2loop sint9ret:pop es			; 還原寄存器pop cxpop bxpop axiret			; 返回
int9end:nop; --------------------- 子程序 int 9 ------------------
; =======================================================
code ends
end start

運(yùn)行效果

實(shí)驗(yàn) 15 安裝新的 int9 中斷例程

《匯編語言》- 讀書筆記 - 第15章-外中斷-實(shí)驗(yàn)15 安裝新的 int9 中斷例程