Перхватываем прерывание 08h

Каждой шине назначается своя область адресов ввода, поэтому дешифратор адресов, расположенный на системной плате, при чтении открывает соответствующие буферы данных, так что реально считываться будут данные только с одной шины. При записи в порты данные (и сигнал записи) могут распространяться по всем шинам компьютера. В стандартном распределении адреса 0h-0FFh отведены для устройств системной платы. При наличии (и разрешении работы) периферийных устройств на системной плате чтение по этим адресам не распространяется на шины расширения. Для современных плат со встроенной периферией и несколькими шинами (ISA, PCI) распределением адресов управляет BIOS через регистры конфигурирования чипсета.

Каждому устройству, для поддержки работы которого требуются прерывания, должен быть назначен свой номер прерывания. Назначения номеров прерываний выполняются с двух сторон: во-первых, адаптер, нуждающийся в прерываниях, должен быть сконфигурирован на использование конкретной линии шины (джамперами или программно). Во-вторых, программное обеспечение, поддерживающее данный адаптер, должно быть проинформировано о номере используемого вектора. В процессе назначения прерываний может участвовать система РnР для шин ISA и PCI, для распределения линий запросов между шинами служат специальные параметры CMOS Setup.
Контроллер прерываний позволяет программировать свои входы на чувствительность к уровню или перепаду сигнала.
• Чувствительность к уровню (level sensitive) означает, что контроллер прерываний вырабатывает запрос прерывания процессора по факту обнаружения определенного уровня (на ISA — высокого) на входе DRQx . Если к моменту завершения обработки этого запроса (после записи команды EOI в регистр контроллера прерываний) контроллер снова обнаруживает активный уровень на том же входе DRQx , то он снова сформирует запрос на прерывание процессора.
• Чувствительность к перепаду (edge sensitive) означает, что контроллер прерываний вырабатывает запрос прерывания процессора только по факту обнаружения перепада (на ISA — положительного) на входе DRQx . Повторно запрос по этому входу возможен только по следующему такому же перепаду, то есть сигнал предварительно должен вернуться в исходное состояние.
В любом случае сигнал запроса аппаратного прерывания IRQx должен удерживаться генерирующей его схемой, по крайней мере, до цикла подтверждения прерывания процессором. В противном случае источник прерывания корректно идентифицирован не будет, и контроллер сообщит ложный вектор прерывания (spurious interrupt), соответствующий его входу с максимальным номером ( IRQ7 для первого контроллера и IRQ 15 для второго). Обычно адаптеры строят так, что сигнал запроса сбрасывается при обращении программы обслуживания прерывания к соответствующим регистрам адаптера.
В шине ISA прерывание вырабатывается по положительному перепаду сигнала на линии запроса. Это плохо по двум причинам: такой способ подачи сигнала, во-первых, имеет меньшую помехозащищенность, чем срабатывание поотрицатель ному перепаду, во-вторых, отрезает путь к нормальному разделению линий запросов (см. ниже), для которого полностью пригоден способ подачи сигнала по низкому уровню. Поскольку традиционный контроллер позволяет задавать чувствительность — уровень (Level) или перепад (Edge) — только для всех входов одновременно, в общем случае разделяемые прерывания на шине ISA вместе с корректной работой системных устройств использоваться не могут.
На современных системных платах функции контроллеров прерываний возлагаются на чипсет, который может иметь и более гибкие возможности управления, чем пара контроллеров 8259А. В операционном режиме всегда сохраняется программная совместимость с 8259А. Процедура инициализации контроллеров может и отличаться от традиционной, но ею занимается тест POST, который «знает» особенности системной платы. В симметричных мультипроцессорных системах аппаратные прерывания работают сложнее, поскольку их могут обслуживать различные процессоры. Для реализаций системы прерываний процессоры Pentium и выше имеют встроенный контроллер прерываний APIC (Advanced Programmable Interruption Controller). Внутренние контроллеры процессоров связаны между собой по шине APIC, к которой подключена и «ответная часть» чипсета, преобразующая запросы аппаратных прерываний в сигналы протокола APIC. В операционном режиме такая связка также совместима с 8259А.

12.3.1. Совместное использование прерываний
вперед к началу Главы вернуться назад
Линии запросов прерываний в компьютере, насыщенном дополнительными адаптерами, являются самым дефицитным ресурсом, поэтому возникает желание использовать эти линии совместно, то есть применять разделяемые прерывания между несколькими устройствами (shared interrupts). Обработчики прерываний (программы) от разных устройств, разделяющих одну линию запроса (и следовательно, общий вектор прерывания), должны быть выстроены в цепочку. В процессе обработки прерывания очередной обработчик в цепочке чтением известного ему регистра своего устройства должен определить, не это ли устройство вызвало прерывание. Если это, то o6pa6oтчик должен выполнить необходимые действия и сбросить сигнал запроса прерывания от своего устройства, после чего передать управление следующему обработчику в цепочке; в противном случае он просто передает управление следующему обработчику.
Разделяемые прерывания для разнотипных устройств в общем случае работоспособными считать нельзя. Во-первых, у каждого устройства факт прерывания программно обнаруживается по-своему, и этот способ знает только драйвер этого устройства. Так что программно для совместного использования прерываний их обработчики должны уметь выстраиваться в цепочки, что на практике выполняется не всегда корректно. Во-вторых, возможны потери прерываний от устройств, требующих быстрой реакции. Это может происходить, если обработчик такого устройства окажется в конце цепочки, а предшествующие ему обработчики окажутся «нерасторопными» (не самым быстрым способом обнаружат, что прерывание — не их). Поведение системы в такой ситуации может меняться в зависимости от порядка загрузки драйверов. Для нескольких однотипных устройств (например, сетевых адаптеров на одном и том же кристалле), пользующихся одним драйвером, разделяемые прерывания работают вполне успешно.
Чтобы прерывания, одновременно возникающие от нескольких устройств, не терялись, контроллер прерываний должен быть чувствительным к уровню , а не к перепаду на входе запроса. В соответствие со схемотехникой логики ТТЛ и КМОП активным уровнем должен быть низкий; выходной формирователь сигнала запросов у адаптеров — с открытым коллектором (ТТЛ) или открытым стоком (КМОП); вход запроса у контроллера должен быть «подтянут» к высокому уровню резистором. Тогда непосредственное соединение этих выходов со входом контроллера («Монтажное И») даст требуемый результат в аппаратном плане, а в программном плане необходимо корректно выстроить обработчики в цепочку.
Поясним, почему надежное разделение прерываний при чувствительности к перепаду на линии запроса невозможно. Если устройство 1 выработает сигнал запроса после того, как его выработает (но еще не снимет) устройство 2, то контроллер обработает только один запрос. Цепочка программных обработчиков окажется ненадежной: если обработчик устройства 1 в этой цепочке будет проверять свое устройство до возникновения прерывания, то прерывание будет потеряно. Поскольку прерывания по своей природе обычно асинхронны, работа этих устройств совместно с поддерживающими программами будет загадочно нестабильной.
Как уже говорилось, в шине ISA прерывание вырабатывается по положительному перепаду сигнала на линии запроса. Стандартный контроллер 8259А позволяет задавать чувствительность — уровень или перепад — только для всех входов одновременно, поэтому разделяемые прерывания на шине ISA неработоспособны. Тем не менее некоторые чипсеты, реализующие контроллеры прерываний, допускают индивидуальное управление чувствительностью каждого входа. Тогда при соответствующих возможностях CMOS Setup, адаптеров и их ПО разделяемые прерывания технически реализуемы.
Для шины PCI, казалось бы, проблема разделения прерываний решена — здесь активным уровнем запроса является низкий, так что, запрограммировав входы контроллера на чувствительность к уровню, создается аппаратная база совместного использования. Однако на практике разделяемые прерывания работают не всегда, и иногда приходится подбирать положение карт расширения в слотах PCI , при которых устройства не конфликтуют друг с другом по прерываниям. Виной конфликтов могут быть как сами карты расширения, так и их драйверы, неспособные выстраиваться в корректную цепочку.
Если карта PCI использует одну линию запроса прерываний, то этой линией по умолчанию является INTRА . Если все четыре карты PCI используют по одной линии запроса, то, как это видно на рис. 12.1, каждая линия занимается монопольно. Однако если сложная карта нуждается в большем числе линий запроса, то ей придется разделять линии с соседними картами. На современных системных платах часто устанавливают более четырех слотов PCI, при этом, естественно, «угроза» совместного использования линий запросов «нависает» и над картами с одной линией запроса. Порт AGP в плане прерываний следует рассматривать наравне со слотами PCI.
Проявления конфликтов и ошибок назначения прерываний могут быть разнообразными. Сетевая карта при ошибке в прерываниях не сможет принимать кадры из сети (при этом она может их успешно посылать). У устройств хранения доступ к данным будет поразительно медленным (иногда можно минутами ожидать, например, появления информации о файлах и каталогах) или вообще невозможным. Звуковые карты будут молчать или «заикаться», на видеопроигрывателях изображение будет дергаться и так далее. Конфликты могут приводить и к внезапным перезагрузкам компьютера, например по приходу кадра из сети или сигналу от модема.

12.4. Прямой доступ к памяти — DMA
вперед к началу Главы вернуться назад
Прямой доступ к памяти (Direct Miory Access, DMA) позволяет выполнять пересылку данных между регистрами устройств и памятью, минуя центральный процессор. Для устройств, использующих DMA, различают два типа доступа.
* Пассивный доступ, он же Slave DMA, — устройство пользуется общим контроллером DMA, расположенным на системной плате.
* Активный доступ, он же Bus Master DMA, — устройство само является ведущим на своей шине и способно генерировать обращение к памяти (как правило, системной). Реализация активного DMA зависит от типа шины расширения, к которой подключается устройство (см. главу 6). Примером устройств с активным DMA являются контроллеры ATА, расположенные на современных системных платах.
Процессор при обмене по DMA занят только инициализацией контроллера, которая сводится к записи в его регистры нескольких байт, задающих начальный адрес и размер пересылаемого блока памяти, направление и режим обмена. В самом обмене данных занят только контроллер DMA, память, к которой он обращается, и связующие их шины. Во время операций DMA процессор может продолжать работу, если выбранный режим обмена не занимает всей пропускной способности шин, используемых процессором в данный момент (шины памяти, шины PCI, через которые подключается ISA в современных компьютерах). Контроллер DMA можно считать простейшим сопроцессором ввода-вывода, разгружающим центральный процессор от рутинных операций обмена.
Обмен по DMA не всегда дает выигрыш в скорости обмена, в ряде случаев быстрее работает программированный ввод-вывод (PIO). Однако РIO занимает процессор полностью, а во время DMA процессор может заниматься полезной работой. Поскольку для инициализации контроллера DMA требуется выполнение ряда инструкций ввода-вывода, передача коротких блоков по каналу DMA нецелесообразна. Пассивный DMA реализуется стандартизованным контроллером, который первоначально был ориентирован на шину ISA. Для интерфейса ПУ каждый канал DMA представляется парой сигналов: запрос обмена — DRQx и подтверждение обмена — DACKx# . В PC/AT доступны 7 каналов DMA — четыре 8-битных (номера 0-3) и три 16-битных (5-7), — подключенные к первичному и вторичному контроллерам соответственно. Канал 4 используется для каскадирования (соединения контроллеров). В PC/XT были только три 8-битных канала, канал 0 использовался для регенерации памяти. Контроллеры DMA программно совместимы с системами 18237, применяемыми в первых моделях PC/XT и AT. Стандартные каналы и адреса регистров приведены в табл. 12.3.

16-битные каналы DMA 5-7 могут быть использованы интеллектуальными устройствами для прямого управления шиной ISA (bus mastering), при этом контроллер DMA фактически лишь играет роль арбитра шины.
Устройства, использующие стандартные каналы DMA, могут располагаться лишь в слотах ISA/EISA или на системной плате (контроллер НГМД, LPT-порт в режиме ЕСР или Fast Centonics , аудиокодек). Если эти устройства системной платы используют каналыDMA, то данные каналы становятся недоступными для абонентов шины ISA.
На время переходного периода, связанного с «изживанием» шины ISA, потребовалась возможность эмуляции каналов DMA для устройств шины PCI. Существует два механизма эмуляции каналов DMA: PC/PCI и DDMA. Механизм PC/PCI (см. п. 6.2.7) былразработан фирмой Intel для обеспечения возможности использования слотов ISA блокнотными ПК,подключаемыми к док-станции по шине PCI. Альтернативное решение — механизм DDMA (Distributed DMA — распределенный DMA) позволяет «расчленить» стандартный контроллер и отдельные его каналыэмулировать средствами карт PCI. Оба этих механизма реализуемы только как часть моста междупервичной шиной PCI и шиной ISA, поэтому их поддержка может обеспечиваться (или не обеспечиваться)только на системной плате и разрешаться в CMOS Setup.

12.4.1. Контроллер прямого доступа 8237А
вперед к началу Главы вернуться назад
Микросхема 8237А, применявшаяся в PC вплоть до первых моделей AT, представляет собой четырехканальный контроллер прямого доступа к памяти, допускающий каскадирование. Вторичный контроллер (8237#2) каскадно соединен с первичным, при этом теряется возможность использования одного канала вторичного контроллера. Контроллер 8237А имеет 16-разрядные регистры адреса и счетчики, что обеспечивает возможность программирования передачи блока данных размером до 64 Кбайт или слов. Назначение регистров контроллеров DMA, применительно к их адресам в пространстве ввода-вывода компьютера, приведено в табл. 12.4. Контроллер допускает довольно гибкое конфигурирование. Корректное оперативное управление отдельными каналами не затрагивает общих настроек. Общее конфигурирование контроллеров (запись в регистры 008 и 0D0) выполняет BIOS при инициализации во время теста POST; в XT тогда же программируется и канал 0, применяемый для регенерации памяти. Для использования каналов устройствами шины ISA запись в регистры 008 и 0D0 не рекомендуется. Обмен с регистрами контроллера выполняется только однобайтными операциями ввода-вывода. Для загрузки 16-битных значений задействуется триггер младшего/старшего байта. По сбросу контроллера или записи любого байта по адресу 00Ch (0D8h для второго контроллера) этот триггер сбрасывается, и контроллер готовится к приему младшего байта. После приема этого байта триггер меняет состояние, и контроллер воспринимает старший байт, после которого триггер опять переключается.

Стандартный контроллер DMA на шине ISA с частотой 8 МГц работает на половинной частоте и требует для одиночной передачи не менее пяти своих тактов. Длительность одиночного цикла составляет 1,125 мкс. В блочных передачах пропускная способность DMA достигает 1 Мбайт/с для 8-битных каналов и 2 Мбайт/с для 16-битных (время цикла составляет 1 мкс). На современных компьютерах контроллер DMA реализуется чипсетом системной платы; при сохранении программной совместимости с 8237А он может работать на шине гораздо быстрее. Количество тактов шины на один цикл может программироваться опциями BIOS Setup.

Все программы в IBM PC-совместимом компьютере исполняются центральным процессором, принадлежащим к семейству х8б. Любое устройство для процессора представляет собой лишь набор регистров (ячеек), отображенных в пространство памяти и (или) ввода-вывода, и необязательно источник аппаратных прерываний. Современные процессоры х86, работающие в защищенном режиме, имеют довольно сложные механизмы виртуализации памяти, ввода-вывода и прерываний, из-за которых приходится различать физические и логические пространства (адреса памяти и ввода-вывода) и события (операции ввода- вывода, прерывания). Физический адрес ячейки памяти или порта ввода-вывода — это адрес, формируемый для обращения к данной ячейке на физических шинах компьютера (системной шине процессора, шине PCI, ISA). Логический адрес — это тот адрес, который формируется исполняемой программой (по замыслу программиста) для доступа к требуемой ячейке. Физическая операция ввода-вывода или обращения к памяти — это процесс (шинный цикл), во время которого генерируются электрические сигналы, обеспечивающие доступ к данной ячейке (порту). Логическая операция — это исполнение программной инструкции (команды) обращения к интересующей ячейке. огическая операция не всегда порождает ожидаемую физическую операцию: при определенных условиях она может блокироваться средствами защиты процессора, вызывая даже принудительное завершение программы, или же эмулироваться, создавая иллюзию физического исполнения.
Безопасность в защищенном режиме базируется на 4-уровневой системе привилегий. В большинстве современных ОС ради упрощения и экономии процессорного времени используются только два крайних уровня — нулевой (supervisor), с неограниченными возможностями, и третий (user), с самыми жесткими ограничениями. Смена уровней привилегий при исполнении программы занимает много тактов процессора, но это вынужденная плата за реализацию защиты, без которой устойчивую ОС не построить. Более подробно механизмы защиты и виртуализации памяти, ввода-вывода и прерываний в процессорах х86 описаны в литературе [6, 7], здесь же изложены лишь некоторые прикладные аспекты их работы.

12.5.1. Возможности адресации памяти процессорами различных поколений
вперед к началу Главы вернуться назад
Сложность обращения к памяти в PC обусловлена свойствами процессоров х86 разных поколений и требованием обратной совместимости новых процессоров и компьютеров со старым ПО.
Процессорам 8086/88 было доступно адресное пространство1 Мбайт с диапазоном адресов 0-FFFFFh, причем физический 20-битный адрес вычислялся с помощью двух 16-битных компонентов по формуле Addr = Seg x 16 + Offset , где Seg — содержимое сегментного регистра ( CS, DS, SS или ES ), a Offset — исполнительный адрес, формируемый из одного или нескольких слагаемых в соответствии с выбранным режимом адресации. Эта сегментная модель адресации позволяет программам оперировать с непрерывными блоками памяти (сегментами) размером не более 64 Кбайт. Для манипуляций с памятью большего размера требовалось переключение сегментов с помощью специальных инструкций процессора, что усложняло программирование. Заметим, что при Seg = FFFFh и 0ffset = FFFFh данная формула дает адрес 10FFEFh, но ввиду 20-битного ограничения на шину адреса эта комбинация в физической памяти указывает на 0FFEFh. Таким образом, адресное пространство как бы сворачивается в кольцо с небольшим «нахлестом».
В процессоре 80286 шина физического адреса была расширена до 24 бит, и введен новый режим работы — защищенный (Protected Mode), в котором программа может обращаться к 16-мегабайтному пространству физической памяти через логическое пространство виртуальной памяти. Здесь виртуальная память строилась на основе той же сегментной модели памяти с 16-разрядными регистрами. Физический адрес формировался суммированием 16-разрядного исполнительного адреса (смещения внутри сегмента) с 24-разрядным базовым адресом сегмента.
Кроме защищенного режима, в процессоре 80286 имеется и реальный режим, в котором процессор ведет себя почти так же, как и 8086 (но более быстрый). Здесь физический адрес вычисляется так же, как и в 8086/88, но из-за ошибки разработчиков та самая единица в бите А20, которая отбрасывалась в процессорах 8086/88, теперь попадает на шину адреса, и в результате максимально доступный физический адрес в реальном режиме достиг 10FFEFh. Для обеспечения полной совместимости с процессором 8086/88 в схему PC ввели вентиль линии А20 шины адреса — GateA20 , который либо пропускает сигнал от процессора, либо принудительно обнуляет линию А20 системной шины адреса. Этот вентиль должен быть открыт при работе в защищенном режиме, а также когда в реальном режиме нужны дополнительные (64 К-16) байт памяти. Вентиль управляется через контроллер клавиатуры (см. п. 8.1.2) или иным специфическим способом.
В 32-разрядных процессорах , начиная с 80386, сохранена та же идея обращения к памяти с участием сегментных регистров (16-разрядных), но регистры процессора, участвующие в формировании адреса, позволяют адресовать уже 2 32 = 4 Гбайт памяти в каждом сегменте. Базовый адрес сегмента берется из специальных структур данных — дескрипторов сегментов . Кроме базового адреса в дескрипторе описывается его лимит (длина), назначение (код или данные),возможность записи и чтения, а также уровень привилегий программы, позволяющий обращаться к данномусегменту. Дескрипторы предварительно программно формируются в памяти, где их наборы хранятся в видетаблиц дескрипторов. Процессор имеет средства защиты памяти, контролирующие использование сегментов.Программа может обращаться лишь к тем сегментам памяти, описание которых имеется в доступных дескрипторах. Виртуальное адресное пространство, доступное программе, имеет объем до (16 К-2) сегментов (число возможных дескрипторов), каждый из которых может иметь размер до 4 Гбайт. Дескриптор выбирается с помощью селектора , загружаемого в сегментный регистр ( СS, DS, SS, ES, FS или GS ). Однакоэто виртуальное адресное пространство отображается блоком сегментации в логическое адресное пространство с опять-таки 32-разрядным линейным адресом, то есть объемом 4 Гбайт. По замыслу разработчиков процессора, это отображение с подкачкой требуемых сегментов с диска и выгрузкой неиспользуемых должно выполняться диспетчером виртуальной памяти операционной системы. Практически такая виртуализация применялась на процессорах 80286 (с 16-разрядными регистрами), поскольку иных механизмов не существовало.
Для виртуализации памяти (и защиты) в 32-разрядных процессорах применяется иной механизм, основанный на блоке страничной переадресации — принципиальной новинке 32-разрядных процессоров х86. В его задачу входит отображение 32-разрядного линейного адреса (продукта блока сегментации) на 32- или 36-разрядный физический адрес, формируемый на системной шине процессора при его обращениях к памяти. В отличие от блока сегментации, оперирующего блоками разного размера (сегментами), блок страничной переадресации оперирует страницами одинакового размера. Переаресация выполняется на основе таблиц страниц , где для каждой страницы логической памяти имеется свой описатель. В этом описателе имеется признак присутствия страницы в физической памяти, и для присутствующих страниц указывается базовый адрес физического отображения. Кроме того, имеются биты, управляющие доступом к странице по чтению и записи с различных уровней привилегий, возможностью ее кэширования, и некоторые служебные биты. При обращении программы к отсутствующей странице процессор вырабатывает исключение, обработчик которого занимается подкачкой нужной страницы из внешней памяти (с диска) в ОЗУ. Этот обработчик и реализует виртуальную память с подкачкой страниц по запросу (Diand-Paged Virtual Miory), которая в настоящее время обычно и подразумевается под виртуальной памятью. При недостатке свободного места в физической памяти обработчик выполняет и замещение страниц, по его мнению, наименее нужных, выгружая их на диск. Создав несколько наборов описателей страниц, можно получить несколько виртуальных адресных пространств, каждое из которых имеет размер до 4 Гбайт, причем страницы разных пространств могут быть полностью изолированы друг от друга, а могут и частично пересекаться. В многозадачной ОС каждая задача (виртуальная машина) имеет собственное (как ей представляется) адресное пространство.
Первоначально блок страничной переадресации работал со страницами размером 4 Кбайт. В дополнение к этому базовому механизму в процессор Pentium ввели возможность работы и со страницами размером 4 Мбайт (режим PSE ). В ряде процессоров Р6 разрядность физического адреса увеличена до 36 бит, и все процессоры Р6 имеют возможность включение режима переадресации РАЕ , позволяющего отображать страницы размером 4 Кбайт и 2 Мбайт с расширением физического адреса. С процессорами Pentium III появился режим преобразования PSE-36 , в котором блок оперирует 4-Мбайтными страницами в 36-битном физическом пространстве и сохраняется возможность работы со стандартными 4-Кбайтными страницами базового режима. Это позволяет довольно эффективно управляться с современными объемами физической памяти компьютера.
В стандартном реальном режиме 32-разрядные процессоры работают с памятью так же, как и 80286, с возможностью адресации в диапазоне 0-10FFEFh, причем вентиль Gate A20 ввели уже в сам процессор. Физический адрес вычисляется с участием сегментных регистров, размер непрерывного сегмента — 64 Кбайт. По умолчанию в реальном режиме адреса формируются с использованием только младших 16 бит 32-разрядных регистров, правда, для каждой инструкции можно с помощью префиксов изменить разрядность адресных компонентов на 32 бита. Однако и при этом невозможно пересечь границу 64-Кбайтного сегмента — сработает исключение защиты.
В стандартном реальном режиме блок страничной переадресации не работает, и физический адрес совпадает с линейным. С помощью временного переключения в защищенный режим можно настроить таблицы страниц, разрешить преобразование и далее в реальном режиме задействовать страничное преобразование. Этот трюк используется менеджерами памяти типа EMM386 для работы со свободными блоками UMА.
Есть и еще один режим, неофициальный, но тоже работающий на всех 32-разрядных процессорах х86, — «нереальный» (unreal), он же «большой реальный» (big real). Он позволяет процессору в реальном режиме обращаться к данным, расположенным в любом месте 4-Гбайтного пространства линейных (и физических) адресов. Этот режим базируется на логике блока сегментации, которая при вычислении линейного адреса во время обращений к памяти пользуется скрытыми программно-недоступными регистрами дескрипторов сегментов. Из этих регистров берется базовый адрес, из них же берется и лимит, который используется схемой защиты. В этих регистрах кэшируются дескрипторы сегментов, загружаемые из памяти во время исполнения инструкций, переопределяющих значения сегментных регистров ( СS, DS, SS, ES, FS и G5 ) в защищенном режиме. По аппаратному сбросу в эти скрытые регистры заносятся «неинтересные» параметры стандартного реального режима, с лимитом 64 Кбайт. В реальном режиме при переопределении сегментных регистров значение базового адреса берется как 16-кратное значение, загружаемое в соответствующий сегментный регистр, а лимит устанавливается в 64 Кбайт. Тем не менее,если в защищенном режиме в сегментный регистр загрузить селектор дескриптора, в котором описан сегмент размером 4 Гбайт с нулевым базовым адресом и возможностью полного доступа на любом уровне привилегий, переключиться в реальный режим и не трогать этот сегментный регистр, то далее процессор будет иметь доступ ко всему этому сегменту в данной модификации реального режима. Однако такая «благодать» распространяется только лишь на доступ к данным через сегментные регистры FS и GS , которые используются в инструкциях обращений к памяти, снабженных префиксами замены сегмента. Эти сегментные регистры появились только с 32-разрядными процессорами, и никакие традиционные сервисы BIOS (и DOS) их не затрагивают. Остальные сегментные регистры настолько часто используются, что «время жизни» описания большого сегмента в их кэширующих регистрах будет слишком коротким. Программный код, увы, исполняется только из сегмента, которым командует CS , поэтому для него остается лишь первый мегабайт с 64-Кбайтными сегментами. Так что большие программные модули приходится подгружать в эту область по мере надобности, но это можно выполнять довольно быстро пересылками данных из любого места «большого сегмента». Большой реальный режим широко используется менеджерами памяти, а также игровыми DOS-программами, всецело захватывающими ресурсы компьютера.
Итак, самые широкие возможности адресации имеются в защищенном 32-разрядном режиме, наиболее естественном для современных процессоров. В этом режиме может использоваться как плоская, так и сегментная модели памяти. Под плоской (flat) понимается модель, в которой все сегментные регистры указывают на один и тот же сегмент памяти (как правило, начинающийся с нулевого адреса), и его лимит может достигать 4 Гбайт, что позволяет адресовать этот немалый (даже по нынешним меркам) объем памяти без манипуляций сегментными регистрами. Однако при этом теряются все возможности виртуализации памяти на основе сегментов, а также отсутствует сегментная защита. В сегментной модели памяти сегментные регистры кода, стека и данных настраиваются на разные, возможно и не пересекающиеся сегменты. Здесь имеются все возможности сегментной защиты и сегментной виртуализации памяти. Поскольку современным приложениям пока достаточно 4 Гбайт памяти (надолго ли?), сегментную модель ради упрощения диспетчера памяти стараются не использовать. Защита памяти имеется и на уровне страниц, правда, не такая развитая и надежная, как сегментная.

12.5.2. Проблемы страничной переадресации
вперед к началу Главы вернуться назад
В реальном режиме (при отключенной страничной переадресации) логический адрес, формируемый прикладной программой, совпадает с физическим адресом, фигурирующим на шинах расширения. Тут все просто, правда, в стандартном (а не большом) реальном режиме доступен только первый мегабайт адресов (только устройства в области UMA).
В защищенном режиме в принципе доступно все физическое адресное пространство, но появляются проблемы, связанные с отображением логических адресов на физические. Отображением (поддержкой таблиц переадресации) ведает ОС, приложения могут только узнать карту отображений (получить список физических адресов страниц для какой-то области своей виртуальной памяти). Какие-то области могут в данный момент и не присутствовать в ОЗУ (они могут быть выгруженными на диск). У драйверов устройств возможностей больше — они могут запросить блок памяти с последовательными физическими страницами и потребовать фиксации определенных страниц (запретить их выгрузку из ОЗУ).
При организации прямого доступа к памяти, как по стандартным каналам DMA, так и используя ведущие устройства шин ISA и PCI, возникает проблема пересечения границ страниц. Если приложение хочет выполнить обмен по DMA с областью доступной ей памяти непосредственно, то оно должно запросить у ОС физический адрес, которому соответствует логический адрес предполагаемого буфера обмена. Именно этот физический адрес должен задаваться устройству, выполняющему DMA, при инициализации сеанса обмена (указании начального адреса, длины блока и запуске канала). В каждом сеансе обмена не должна пересекаться граница страницы, которой оперирует блок страничной переадресации, поскольку следующая логическая страница может иметь физическое отображение в произвольном (относительно предыдущей страницы) месте. Чаще всего ОС оперирует страницами по 4 Кбайт, при этом пересылка больших блоков данных ведется «короткими перебежками», между которыми процессор должен выполнять повторную инициализацию DMA. Эта проблема решается усложнением контроллеров DMA — применением «разбросанной записи» в память (scatter write) и «собирающего чтения» памяти (gather read). Контроллеру DMA задается список описателей блоков (начальный адрес и длина). Отработав очередной блок памяти, контроллер переходит к следующему, и так до конца списка. Такие возможности имеет, например, стандартный контроллер PCI IDE (см. п. 9.2.1). Стандартный контроллер DMA имеет и другую «страничную проблему», связанную с реализацией регистров страниц (см. п.12.4).
Проблема пересечения границ может решаться и иначе, без усложнения контроллера DMA. Для этого в памяти резервируется буфер значительного размера, отображенный на непрерывную область физической памяти, и обмен данными физическое устройство выполняет только с этим буфером. Однако такой буфер рядовое приложение создать не может; он может быть организован лишь драйвером устройства. Приложения могут только получать указатели на этот буфер и обмениваться с ним данными. Таким образом, по пути от приложения к устройству появляется дополнительная «перевалочная база» (буфер драйвера) и дополнительная пересылка данных, что приводит к дополнительным затратам времени.

Для обращения программы к пространству ввода-вывода предназначены всего четыре инструкции процессора: IN (ввод из порта в регистр процессора), OUT (вывод в порт из регистра процессора), INS (ввод из порта в элемент строки памяти) и OUTS (вывод элемента из строки памяти в порт). Последние две инструкции, появившиеся с процессором 80286, могут использоваться с префиксом повтора REP , что обеспечивает быструю пересылку блоков данных между портом и памятью. Обмен данными с портами, при котором применяют строковые инструкции ввода-вывода, получил название РIO (Programmed Input/Output — программированный ввод-вывод). Скорость такого обмена превышает скорость стандартного канала прямого доступа (DMA), правда, DMA в отличие от РIO почти не занимает процессорного времени.
Разрядность слова, передаваемого за одну инструкцию ввода-вывода, может составлять 8, 16 или 32 бита. В зависимости от «выровненности» адреса по границе слова и разрядности данных используемой шины это слово может передаваться за один или несколько циклов шины с указанием соответствующего нарастающего адреса в каждом цикле обращения к памяти. Инструкции ввода-вывода порождают шинные циклы обмена, в которых вырабатываются сигналы чтения порта/записи в порт. На шине ISA это сигналы IORD# и IOWR# соответственно; они и отличают пространство ввода-вывода от пространства памяти, где соответствующие операции чтения и записи вырабатывают сигналы MEMRD# и MEMWR# . На шине PCI разделение памяти и пространства ввода-вывода происходит иначе — здесь тип операции кодируется четырехбайтной командой, в зависимости от типа инструкции, выполняемой процессором.
Во избежание недоразумений и для экономии шинных циклов рекомендуется выравнивать адреса 16-битных портов по границе слова, а 32-битных — по границе двойного слова. Обращения по выровненным адресам выполняется за один цикл системной шины. Обращение по невыровненным адресам выполняется за несколько циклов, причем однозначная последовательность адресов обращений (которая зависит от модели процессора) не гарантируется. Так, например, одна инструкция вывода слова по нечетному адресу приведет к генерации двух смежных шинных циклов записи. При программировании обращений следует учитывать специфику устройств ввода-вывода. Если, например, устройство допускает только 16-разрядные обращения, то старший байт его регистров будет доступен лишь при вводе-выводе слова по четному адресу.
Некоторую сумятицу в стройную систему адресации вводят регистры ATА. Здесь регистр 1F0 (1 канал) является 16-битным регистром данных, но в то же время есть и совершенно независимый от него 8-битный регистр 1F1. В Serial ATA эта тема развита — здесь имеются еще четыре 16-битных регистра с адресами (относительно базового адреса блока командных регистров) 2, 3, 4 и 5, которые раньше были 8-битными.
В реальном режиме процессора программе доступно все пространство адресов ввода-вывода. В защищенном режиме 32-разрядных процессоров (частным случаем которого является и виртуальный режим V86) имеется возможность программного ограничения доступного пространства ввода-вывода, определяя его максимальный размер (начиная с нулевого адреса и в пределах 64 К), а внутри разрешенной области доступ может быть разрешен или запрещен для каждого конкретного адреса. Размер области и карта разрешенных портов (IO Permission Bitmap) задается операционной системой в дескрипторе сегмента состояния задачи (TSS). При обращении по неразрешенному адресу вырабатывается исключение процессора, а поведение его обработчика определяется операционной системой. Возможно снятие задачи-нарушителя (знаменитое сообщение «приложение. выполнило недопустимую операцию и будет закрыто»). Возможен и другой вариант, когда по обращению к порту монитор операционной системы выполняет некоторые действия, создавая для программы иллюзию реальной операции ввода-вывода. Таким образом виртуальная машина по операциям ввода-вывода может общаться с виртуальными устройствами. Заметим, что ОС Windows 9x не особо заботится о виртуализации и защите ввода-вывода; здесь, например, из DOS-окна можно обращаться к любым портам, даже к портам устройств, занятых операционной системой.

12.5.4. Прерывания
вперед к началу Главы вернуться назад
В процессорах х86 используются аппаратные прерывания, программные прерывания и исключения. Аппаратные прерывания были описаны выше; кроме того, к ним относится и специфичное (и неиспользуемое прикладными программами) прерывание SMI для входа в режим системного управления (SMM). Программные прерывания по сути прерываниями и не являются — это лишь короткая форма дальнего вызова ограниченного количества процедур, выполняемая инструкцией Int N (N-0-255). Программные прерывания, в частности, используются для вызовов сервисов BIOS и DOS. Исключения генерируются процессором и сопроцессором, когда при исполнении инструкций возникают особые условия (например, деление на ноль или срабатывание защиты). Исключения занимают векторы прерываний 0-31, которые частично пересекаются с векторами аппаратных прерываний ведущего контроллера и NMI, а также с векторами сервисов BIOS. В процессорах 8086/88 исключения назывались внутренними прерываниями, их было совсем мало. По мере «взросления» процессоров добавлялись новые исключения; исключениями особо богаты современные процессоры при работе в защищенном режиме. На исключениях строится защита и виртуальная память в многозадачных ОС защищенного режима.
В реальном режиме прерывания работают довольно просто, и их обработчики могут находиться в любом месте физически адресуемой памяти (ОЗУ или ПЗУ). В таблице прерываний, начинающейся с нулевого адреса, каждый вектор прерываний представляется дальним указателем на процедуру обработки (16-байтные смещение и сегмент). Внедрение собственных обработчиков прерываний представляет собой несложную задачу, если прерывание используется монопольно одним устройством и соответствующим ему единственным модулем ПО. В реальном режиме любая программа может управлять флагом разрешения аппаратных прерываний; некорректное управление флагом может приводить к различным неприятностям — от сбоя системного времени до «зависания» компьютера.
В защищенном режиме прерывания работают гораздо сложнее. Таблица прерываний здесь содержит 8-байтные дескрипторы прерываний. Их обработчики должны быть подключены к ядру ОС, постоянно присутствующему в физической памяти. Иначе возможна ситуация, когда, например, аппаратное прерывание вызовет обработчик, выгруженный в данный момент на диск менеджером виртуальной памяти. Обработка такого прерывания будет чрезвычайно долгой (потребуется подкачка страницы). Позволять любой программе управлять флагом разрешения прерываний для многозадачных ОС нельзя из соображений общей устойчивости системы. Сам процесс обработки прерываний (и исключений) в защищенном режиме существенно отличается от прерываний реального режима, и в современных процессорах и ОС имеются средства виртуализации прерываний, о чем подробнее можно прочитать в [6, 7]. Заметим, что в ОС Windows 9x каждое окно MS-DOS представляет собой отдельную виртуальную машину с собственной таблицей прерываний «реального» вида, и работа с прерываниями в ней практически не отличается от работы в «чистой» MS-DOS. Для установки обработчиков прерываний, требуемых программам защищенного режима, используются вызовы специальных сервисов ОС, и обработчик оформляется особым образом в соответствии с соглашениями этой ОС (не так, как для MS-DOS).

12.6. Аппаратные средства измерения времени
вперед к началу Главы вернуться назад
В IBM PC/AT имеются аппаратные средства для измерения времени. Трехканальный счетчик-таймер , программно совместимый с i8254 (в XT — 8253), выполняет следующие функции:
* канал 0 — генерация аппаратных прерываний ( IRQ0 ) каждые 54, 936 мс (частота 18, 206 Гц), вызывающих инкремент системного таймера (счетчика в ячейке 40: 006Е BIOS Data Area);
* канал 1 — генерация запросов на регенерацию памяти;
* канал 2 — генерация звуковых сигналов или измерение времени.
Внутренние счетчики микросхемы имеют разрядность 16 бит, но общение с ними возможно только 8-битными операциями. При этом можно задавать значение только младшего байта счетчика (LSB), только старшего (MSB) или обоих (LSB/MSB), причем сначала передается младший, а потом старший байт. Программирование микросхемы осуществляется записью байт в управляющий регистр по отдельности для каждого канала. Назначение регистров счетчиков-таймеров приведено в табл. 12.5. Входная частота для всех каналов 1,19318 МГц. Штатно все каналы работают в режиме генерации импульсов. Счет для каналов 0 и 1 разрешен постоянно. В канале 2 используется управляющий вход GATE, разрешающий счет, который управляется битом 0 ( T2G , R/W) системного порта AT (061h). Выходной сигнал канала 2 может быть программно считан ( Т20 , бит 5 того же порта). При использовании канала 2 для измерения времени необходимо отключить формирование звука (обнулив бит SPK , R/W, бит 1 порта 061h).

Аппаратные таймеры имеют поддержку функциями BIOS (подробнее см. [1, 8, 9]). Сервисы BIOS Int 1Ah позволяют считывать и модифицировать значения системного таймера (ячейки 40: 006Eh в BIOS Data Area ), а также даты, времени и будильника CMOS RTC.
Функции BIOS Int 15h позволяют с помощью CMOS RTC вводить задержку или запускать таймер установки флага (через заданное время установить бит 7 указанной ячейки памяти). Время задается в микросекундах, но минимальная выдержка зависит от производительности ПК (достижимы единицы миллисекунд), максимальная выдержка — около 70 часов.
Начиная с процессоров Pentium, появилась возможность измерения времени с точностью до такта ядра процессора. Для этого процессоры имеют внутренний 64-битный счетчик TSC (Time Stamp Counter), обнуляющийся по аппаратному сбросу (сигналом RESET# ). Разрядность позволяет считать без переполнения в течение нескольких столетий. Для доступа к счетчику имеется специальная инструкция RDTSC , правда, установкой флага TSD в управляющем регистре CR4 (процессора) ОС может сделать ее привилегированной (доступной только на нулевом уровне привилегий). В этом случае приложение, исполняемое на уровне 3, может аварийно завершаться по отказу исполнения инструкции. ОС может и позволить обращение к этому регистру, но «подсовывая» программе угодное ей значение времени. Заметим, что из-за внутреннего умножения частоты в процессоре результат чтения счетчика может отставать от реального времени на число, достигающее коэффициента умножения частоты. Правда, такая точность никому и не нужна (она потеряется в измеряющих программах).

12.7. Способы запуска программ
вперед к началу Главы вернуться назад
Традиционным способом запуска программ является загрузка их с какого-либо устройства хранения (диска) в оперативную память и исполнение в ОЗУ, До того как пользователь получает возможность такого запуска, требуется множество предварительных действий. По включении питания (и аппаратному сбросу) процессор начинает исполнять процедуру POST (начальный запуск и самотестирование) из ROM BIOS, причем большая часть кода исполняется прямо в ПЗУ. POST инициализирует стандартное оборудование ПК (о котором «знает» ROM BIOS системной платы), а также обнаруживает модули расширения ROM BIOS и запускает их процедуры инициализации. Далее POST определяет загрузочное устройство (обычно диск), ищет на нем загрузочную запись (сектор), загружает этот сектор в фиксированную область ОЗУ и передает управление на его начальный адрес. С этого момента, как правило, начинается процесс загрузки операционной системы с того же носителя; сначала базовой системы, а затем и всех необходимых дополнительных компонентов в виде драйверов и автоматически загружаемых программ. Только после этого пользователь может запускать требуемые программы с любого доступного устройства хранения (в том числе и через сеть). Программы могут загружаться и автоматически, без участия пользователя, по предварительно составленному и сохраненному сценарию (файлы config.sys, autoexec.bat и т. п. средства).
Для ряда специальных применений ПК приходится нарушать эти традиции. Для сравнительно простых систем можно отказаться от использования операционных систем. Программу функционирования компьютера можно «зашить» в ПЗУ, оформив в виде модуля расширения BIOS, и эта программа получит управление от POST. Можно и не связываться с ПЗУ, а загружать программу с устройства хранения простым загрузчиком, первая ступень которого должна совпадать со стандартным начальным загрузчиком. Однако не стоит отказываться от операционной системы без веских причин, поскольку она обеспечивает не только удобное операционное окружение, но и средства разработки и отладки программ. Операционную систему и необходимые программы можно загружать не только с привычных дисков (гибких, жестких, оптических), но и с компактных твердотельных носителей (см. п. 9.3). Эти носители могут подключаться к обычным интерфейсам устройств хранения.
Интересный вариант «твердотельного диска» — DiskOnChip — для микрокомпьютеров и микроконтроллеров, не имеющих стандартных интерфейсов устройств хранения, предлагает фирма M-Systis. Это микросхема, имеющая интерфейс 8/16-битной статической памяти, легко подключаемый к шине ISA (или локальной шине). Модель Millenium Plus объемом 32 Мбайт содержит массив флэш-памяти архитектуры NAND, модуль статической памяти SRAM (1 Кбайт), интерфейсные схемы, логику защиты записи и чтения и схемы обнаружения и исправления ошибок. Микросхема отображается на 8-Кбайтную страницу пространства памяти компьютера в области C8000-EFFFFh. По сигналу аппаратного сброса начальный блок из флэш-памяти выгружается в SRAM; если обнаруживается ошибка, то берется следующий (резервный) блок. Этот блок содержит процедуру инициализации «диска», которая обнаруживается тестом POST как модуль расширения BIOS. Процедура загружает из флэш-массива в системное ОЗУ драйвер своего «электронного диска» (блочного устройства), которое становится первым или последним логическим жестким диском (по выбору при конфигурировании). Далее к этому «диску» можно обращаться обычным способом (через Int 13h ), с него же может и загружаться ОС. Интерфейс допускает каскадирование — объединение в единый диск до 4 микросхем, увеличивая его объем до 128 Мбайт, при этом все микросхемы отображаются через общее окно памяти (используют общий сигнал выборки). Встроенное ПО обеспечивает полную эмуляцию диска с прозрачным исправлением ошибок и переназначением дефектных секторов. Микросхема поддерживает длительную скорость записи 750 Кбайт/с, считывания — 2, 4 Мбайт/с. Пиковая скорость считывания/записи достигает 20 Мбайт/с. В устройстве имеется уникальный идентификационный номер, область для однократного программирования (ОТР), возможность защиты от записи отдельных зон и возможность ограничения доступа по паролю (нечитаемому).

Функции ROM BIOS 16-битные сервисы):
* Int 05h (F000:FF54h) — печать экрана;
* Int 10h — видеосервис;
* Int 11h — чтение списка оборудования (слово из BDA 0040:0010h), возвращает в АХ:
• биты 15:14 — число обнаруженных LPT-портов: 00 —0, 11 — 3;
• бит 13 — резерв;
• бит 12 — обнаружен игровой адаптер;
• биты 11:9 — число обнаруженных СОМ-портов: 000 —0, 111 — 7;
• бит 8 — наличие контроллера DMA;
• биты 7:6 — число обнаруженных НГМД: 00 — 1, 11 — 4;
• биты 5:4 — активный видеорежим: 00 — резерв, 10 — 80-колоночный цветной, 01 — 40-колоночный цветной, 11 — монохромный;
• биты 3:2 — размер ОЗУ на системной плате (теперь обычно 00);
• бит 0 — присутствие дисководов;
* Int 12h — размер непрерывной памяти;
* Int 13h — дисковый сервис (блочный ввод-вывод);
* Int 14h — обслуживание СОМ-портов;
* Int 15h — АТ-функции (системный сервис, функции определяются значением АН/АХ):
• 00-0Зh — управление и обмен данными с кассетным магнитофоном (были когда-то и такие «стриммеры») на старых PC;
• 4fh — перехват клавиатуры;
• 53xxh — сервисы управления потреблением АРМ (Advanced Power Managient);
• 8300h — запуск таймера, устанавливающего флаг в заданной ячейке;
• 8301h — сброс того же таймера;
• 84h — джойстик (см. п. 8.6);
• 86h — программируемая задержка;
• 87h — перемещение блока расширенной памяти;
• 88h — получение размера расширенной памяти;
• 89h — переключение в режим V86;
•C0h — получение системной конфигурации, при успешном выполнении (CF=0, AH=0) ES: BX указывает на таблицу данных конфигурации;
•80-82h, 85h, 90h, 91h — функции многозадачных ОС (BIOS устанавливает заглушки);
* Int 16h — клавиатурный ввод-вывод;
* Int 17h — обслуживание LPT-портов;
* Int 18h — процедура восстановления при неудаче начальной загрузки (прежде — ROM-Basic);
* Int 19h — начальная загрузка (вызов процедуры Bootstrap);
* Int 1Ah — системное время, дата, будильник и 16-битные вызовы сервисов PCI;
* Int 1Bh — обработчик нажатия клавиш Ctrl+Break;
* Int 1Ch — User Timer Interrupt, процедура, вызываемая обработчиком Int 08h каждые 55 мс; BIOS устанавливает простую заглушку ( IRET ), но программы могут перехватывать это прерывание; на время отработки этой процедуры все аппаратные прерывания запрещены (кроме NMI).
* Int 33h — поддержка мыши;
* Int 4Ah — обработчик будильника пользователя, установленного функцией BIOS Int lAh(6); прерывание вызывается асинхронно, так что при возврате из процедуры все регистры и флаги должны быть в том же состоянии, что и при входе; BIOS ставит заглушку ( IRET );
* Int 67h — EMS-функции.
Указатели на таблицы:
* Int 1Dh — видеопараметры;
* Int 1Eh — параметры дискет;
* Int IFh — знакогенератор CGA;
* Int 41h — параметры HDD0;
* Int 46h — параметры HDD1;
* Int 43h — знакогенератор EGA.

Поддержка клавиатуры заключается в обработке прерываний от устройства ввода и предоставлении сервисов ввода прикладным программам.
Прерывания , вызванные приходом кодов нажатия и отпускания клавиш , обрабатывает BIOS Int 9h . Каждый принятый скан-код (или цепочка) обрабатывается с учетом состояния клавиатурных флагов . Результат обработки (как правило, ASCII-символ в младшем байте и скан-код в старшем) помещается в клавиатурный буфер , расположенный в ОЗУ. По приему каждого символа указатель головы буфера увеличивается. Буфер организован в виде кольца, после достижения конца области буфера указатель головы установится на начало области. В случае переполнения буфера (указатель головы «догнал» указатель хвоста) очередное слово не записывается, и подается звуковой сигнал. Размер позволяет хранить описание шестнадцати фактов нажатий клавиш. Нажатие клавиш Ctrl, Shift, Alt — и некоторых комбинаций в буфере не отмечается, но приводит к модификации бит ячеек флагов клавиатуры. Нажатие «системной» комбинации Ctrl+Alt+Del , клавиши PrintScreen (SysRq) и некоторых других к записи в клавиатурный буфер не приводит, а вызывает специальные процедуры.
Для обслуживания клавиатуры используются ячейки ОЗУ из области данных BIOS (BIOS Data Area):
* 0:0417, 0:418 — флаги клавиатуры;
* 0:0419 — аккумулятор кода Alt -набора;
* 0:041А — указатель головы буфера (Buffer Head), 2 байта (модифицируется при помещении символа в буфер);
* 0:041C — указатель хвоста буфера (Buffer Tail), 2 байта (модифицируется при извлечении символа из буфера);
* 0:041E-0:042D — область кольцевого буфера (16 слов).
Обработчик аппаратного прерывания до обработки принятого скан-кода вызывает прерывание BIOS Int15h с AH=4Fh , а в AL находится принятый скан-код. Стандартный обработчик Int 15h (4Fh) просто выполняет возврат с CF=0 , но его можно заменить специальным обработчиком, который будет при необходимости подменять принятые скан-коды на какие-либо иные (оставляя их в AL ), что должно отмечаться установкой CF=1 . В старых версиях BIOS такой возможности перехвата не было, ее наличие можно определить вызовом Int 15h (C0h).
Для клавиатуры USB или иного устройства ввода, заменяющего клавиатуру в качестве консоли, прерывание Int 9h должно вызываться программно при обработке каждого клавиатурного события. Обработчик этого прерывания должен выполнять те же действия: скан-код пропускать через Int 15h (4Fh) и помещать в клавиатурный буфер, а также модифицировать флаги клавиатуры.
Интерфейс прикладного уровня для клавиатуры представляет BIOS Int 16h . Его основное назначение — извлечение слов из клавиатурного буфера. Функция задается в регистре АН при вызове, результат помещается в регистр АХ.
* АН = 00Н — чтение (с ожиданием готовности) и выборка слова из буфера (меняется указатель хвоста). Индикаторы клавиатуры обновляются в соответствии с состоянием флагов. Если буфер пуст, то на AT выполняется прерывание Int 15h (подфункция 90), что может использоваться ОС, например, для переключения задач. Чтобы программа не «зависала» на ожидании символа, предварительно стоит проверить готовность функцией 01h. Символы расширенной клавиатуры фильтруются — преобразуются в их аналоги 83-клавиш-ной клавиатуры.
* АН = 01h — проверка готовности, чтение без выборки (указатели не изменяются). Признак наличия символа в буфере — установленный флаг ZF.
* АН = 02h — чтение состояния флагов (в AL — байт 0:417h, см. выше).
* АН = 03h — установка задержки и частоты автоповтора: BL — код задержки (00=250, 01-500, 02=750, 03=1000 мс), ВН — код частоты (см. п. 9.2.1).
* АН = 05h — запись слова из регистра СХ в буфер (меняется указатель головы). Признак успешной записи — АL=0 , если в буфере нет места, то AL=1 .
* АН = 10h и AH = 11h — функции, аналогичные 00h и 01h, но предназначены специально для 101/102-клавишных клавиатур — в них не выполняется фильтрация символов расширенной клавиатуры. Для ряда клавиш, отсутствующих в клавиатуре АТ-84, эти функции дадут результаты, отличающиеся от вызовов 00h и 01h.
* AH = 12h — чтение расширенного состояния флагов (в АХ — слово KbdShiftFlags101Rec ), в котором младший байт совпадает с тем, что дает функция 02h (слово из 0:417h), а старший байт похож на слово из 0:418h. Назначение бит АХ:
* бит 0 — клавиша Shift (правая) нажата;
* бит 1 — клавиша Shift (левая) нажата;
* бит 2 — клавиша Ctrl (любая) нажата;
* бит 3 — клавиша Alt (любая) нажата;
* бит 4 — включен индикатор Scroll Lock ;
* бит 5 — включен индикатор Num Lock ;
* бит 6 — включен индикатор Caps Lock ;
* бит 7 — включен режим Insert ;
* бит 8 — клавиша Ctrl (левая) нажата;
* бит 9 — клавиша Alt (левая) нажата;
* бит 10 — клавиша Ctrl (правая) нажата;
* бит 11 — клавиша Alt (правая) нажата;
* бит 12 — клавиша Scroll Lock нажата;
* бит 13 — клавиша Num Lock нажата;
* бит 14 — клавиша Caps Lock нажата;
* бит 15 — клавиша SysReq нажата.
Функции чтения буфера (00 и 10h) в регистре AL возвращают ASCII-код символа, в АН — скан-код . Символы, полученные нестандартным способом (в русском регистре или Alt -набором), сопровождаются нулевым скан-кодом. Alt -набор позволяет ввести в буфер любой символ — для этого его код в десятичной системе набирается на цифровой клавиатуре при нажатой клавише Alt , результат заносится в буфер при отпускании клавиши Alt .
При AL=0 регистр АН содержит расширенный ASCII-код (Extended ASCII Keystroke). Дополнительные клавиши 101/102 клавиатур при использовании функций 10h-12h генерируют код E0h в младшем байте и скан-код, соответствующий аналогичным управляющим клавишам 83/84-клавишных клавиатур.
Функция записи (05h), несколько неожиданная для клавиатуры, позволяет легко имитировать работу оператора для различных демонстрационных программ. Если прикладная программа не перехватывает обслуживание клавиатуры на уровне аппаратного прерывания ( Int 9h ), то резидентная программа может ей «подбрасывать» слова в буфер, которые будут восприниматься как нажатие клавиш.
ASCII-коды буфера, соответствующие нажатию клавиш, приведены в [1, 7]. При русификации (или другой локализации) клавиатуры отслеживание переключения регистров (языков) ложится на обработчик аппаратного прерывания клавиатуры.

12.8.2. Int 10h — видеосервис
вперед к началу Главы вернуться назад
Int 10h — видеосервис — предназначен для работы с графическим адаптером. Его первичной задачей является управление видеорежимом (BIOS Video Mode), определяющим формат экрана. BIOS адаптера должна выполнять программирование всех стандартных и специфических управляющих регистров для установки (смены) требуемого видеорежима и выбранных параметров развертки — кроме нее о способах этих переключений остальное ПО может и не знать.
В пределах возможностей установленного видеорежима видеосервис предоставляет возможности отображения информации на различных уровнях. Простейший для программиста телетайпный режим позволяет посылать поток символов, которые будут построчно отображаться на экране с отработкой символов возврата каретки, перевода строки, обеспечивая «прокрутку» изображения при заполнении экрана. Есть функции и для полноэкранной работы с текстом, при которой доступны и атрибуты символа. В графическом режиме имеется возможность чтения и записи пиксела с указанными координатами. Однако видеосервисом Int 10h программисты пользуются далеко не всегда, поскольку работает он довольно медленно. Подробно рассматривать функции видеосервиса не будем (этому посвящены отдельные книги), отметим особо лишь функцию телетайпного вывода Int 10h (0Eh). При вызове AH=0Eh , в AL — код выводимого символа, в BL — цвет (только для графического режима). Символ выводится в текущую позицию курсора, и курсор сдвигается на следующую, переходя на новую строку после конца предыдущей и прокручивая экран при его заполнении. Специальные символы вызывают возврат на начало строки ( CR , код 0Dh), перевод строки ( LF , 0Ah) и короткий гудок ( BEL , 07h). Этой функцией часто пользуются для вывода сообщений программами, работающими на нижнем уровне (например, модули инициализации ПЗУ расширений BIOS, загрузчики и другие, не имеющие еще доступа к сервисам операционных систем). Программа вывода получается простейшей, работает на всех адаптерах и во всех режимах, но довольно медленно.

12.8.3. Int 13h — поддержка дисков
вперед к началу Главы вернуться назад
Функции дискового сервиса вызываются программным прерыванием Int 13h .
Традиционно дисковый сервис подразделяет физические диски на дискеты (diskette) и фиксированные диски (fixed disk). Набор функций (табл. 7.8) для этих классов устройств несколько различается как по составу, так и по реализации. Классы различаются по диапазонам номеров физических устройств: для дискет отводятся номера 0-7FH (реально только 0-3), а для фиксированных дисков — 80h-FFh.
Контроллеры дисковых интерфейсов, имеющие в своем составе дополнительные модули BIOS, перехватывают вектор Int 13h , беря на себя обслуживание своих устройств. Когда в IBM PC/XT появились жесткие диски со своим контроллером, модуль BIOS этого контроллера, инициализирующийся во время теста POST, вставал на место Int 13h , а указатель на исходный обработчик дискового сервиса (драйвер НГМД из системной BIOS) сохранялся на месте Int 40h . Хотя поддержка жестких дисков давно уже включена в системную BIOS, ради совместимости возможность использования прерывания Int 40h для вызова драйвера гибких дисков сохраняется. Интерфейс этого вызова совпадает c Int 13h , нo номер устройства (в регистре DL ) не должен превышать 7Fh.
Кроме функций дискового сервиса ( Int 13h )c дисковыми устройствами связаны еще и векторы, обслуживающие аппаратные прерывания от контроллера НГМД — Int 0Eh (линия IRQ 6 ) и от контроллера жестких дисков — Int 76h (линия IRQ 14 ). При наличии двухканального порта АТА второй канал обычно задействует линию IRQ 15 (вектор 77h). В XT контроллер жестких дисков занимал линию IRQ 5 (вектор 0Dh). Дополнительные контроллеры дисков могут использовать и другие прерывания. Аппаратные прерывания вырабатываются контроллерами по завершении (нормальному и аварийному) внутренних операций. На эти прерывания BIOS не реагирует, а при инициализации их векторы направляются на программную заглушку (инструкцию IRET ).
Стандартные драйверы дисковых функций BIOS (включая и расширенный сервис) имеют однозадачное происхождение. Во время выполнения функции значительное процессорное время может затрачиваться на ожидание завершения операции устройством. Драйверы многозадачного режима построены иначе: у них есть вызывающая часть, инициализирующая начало операции, и обработчик аппаратного прерывания от контроллера, сообщающий операционной системе о выполнении операции и результате.

Формально традиционный сервис позволяет работать с дисками, имеющими до 1024*256*63=16 515 072 секторов (около 8,4 Гбайт). Ряд операционных систем имеет ошибку, не позволяющую использовать полный объем, допустимый данным сервисом. Для дисков объемом более 15 481 935 секторов следует пользоваться только функциями расширенного сервиса (см. ниже). Однако при работе с устройствами АТА имеется еще и барьер в 528 Мбайт. Дело в том, что контроллер жесткого диска АТА, на который ориентированы драйверы Int 13h , имеет только 4-битный регистр номера головки (а в BIOS — 6 бит). Правда, этот же контроллер способен принимать 16-битный номер цилиндра (в BIOS — 10 бит). Понятно, что непосредственно без искажений через эти два фильтра (формат вызова и формат регистров контроллера) может пройти только вызов с самыми жесткими ограничениями по каждой координате. Тогда ограничение, полученное тем же перемножением диапазонов координат, получается около 528 миллионов байт:
(2 10 = 1024 цилиндра) х (2 4 = 16 головок) х (2 6 — 1 = 63 сектора) х 512 байт = 528 482 304 байт.
Для преодоления 528-мегабайтного барьера дисков АТА, не трогая программного интерфейса, в BIOS ввели расширение традиционного дискового сервиса. Интерфейс АТА в трехмерной геометрии позволяет реализовать довольно большой (но уже не запредельный) объем диска:
(216 = 65 536 цилиндров)*(24 = 16 головок)* (28 — 1 = 255 сектора)* 512 байт = = 136,9 Гбайт.
Чтобы достичь хотя бы интерфейсного ограничения BIOS (8,4 Гбайт), стали применять трансляцию параметров вызова функций Int 13h , которые будем теперь называть логическими , в физические 1 параметры, передаваемые контроллерам АТА-дисков. В функции, которая сообщает параметры диска (функция 8), производится обратная трансляция, так что на стороне вызова программного интерфейса Int 13h присутствуют только логические параметры . Естественно, логический объем диска не может превышать физического: (С х Н х 5) лог физ .
Подробнее о преодолении барьеров и способах трансляции (LBA, Large Disk, ЕСН5) см. в[1, 4, 9]
1 Зная устройство современных винчестеров, здесь и далее не будем добираться до истинно физических параметров — реального номера цилиндра, головки и сектора.

Чтобы получить возможность работы через BIOS с дисками объема более 8,4Гбайт, потребовалось ввести новые функции дискового сервиса.
Расширенный дисковый сервис BIOS, Enhanced Disk Drive Services (EDD), продвигаемый фирмой Phoenix Technologies LTD, реализуется многими разработчиками BIOS и устройств массовой памяти. Он позволяет работать с устройствами, имеющими объем до 2 64 секторов, эффективно используя архитектуру процессоров IA-32 и IA-64. Сервис оперирует линейным логическим адресом сектора (LBA). Вместо традиционных таблиц параметров дисков в нем используются новые, дающие исчерпывающую информацию об устройствах, их физической организации и интерфейсе. Устройства могут иметь сменные носители и сами быть съемными в процессе работы компьютера (например, подключенные к шине USB или IEEE1394), так что понятие «сменяемость носителя» несколько размывается. Такие устройства должны поддерживать механизм уведомления о смене носителя и программное блокирование смены носителя. По прогнозам емкости данного интерфейса должно хватить на 15-20 лет.
Расширения BIOS Int 13h используют ОС Windows 95, Windows 98, Windows 2000. Правда, это использование ограничено лишь начальной загрузкой и процессом установки (FDISK, FORMAT), поскольку в регулярной работе применяются собственные 32-разрядные драйверы. Расширения BIOS Int 13h не используют DOS (все версии), Windows 3.1x, Windows NT, Novell NetWare, OS/2 Warp, Linux, Unix.
В настоящее время определены три набора функций:
* доступ к фиксированным дискам (fixed disk access subset) — функции 41-44h, 47h и 48h;
* блокировка и смена носителя (device locking and ejecting subset) — функции 41h, 45h, 46h, 48h и 49h;
* поддержка расширенных дисков (enhanced disk drive (EDD) support subset) — функции 41h и 48h.
Расширенный сервис, как и традиционный, вызывается программным прерыванием Int 13h с номерами функций свыше 3Fh (регистр АН ); номер устройства (регистр DL ) допустим в диапазоне 80h-FFh. Основные параметры вызова — начальный адрес блока, число секторов для передачи и адрес буфера — передаются через адресный пакет (device address packet). Формат пакета в сравнении с передачей параметров традиционного сервиса через регистры процессора довольно просторный.
Поскольку расширение BIOS может и отсутствовать, имеется функция проверки его наличия (номер 41h). Расширение может действовать избирательно (не для всех устройств), так что проверку надо производить для конкретного устройства, интересующего программу. Проверка дает номер версии расширения и карту поддерживаемых наборов функций. Функции расширенного чтения, записи, верификации и поиска (42h, 43h, 44h и 47h) по смыслу не отличаются от их аналогов из традиционного сервиса. Для работы со сменными носителями введены функции отпирания/запирания, извлечения и проверки факта смены носителя (45h, 46h и 49h). От идеологии традиционного сервиса сильно отличается функция получения параметров устройства (48h). Она возвращает в ОЗУ буфер с набором параметров и детальным описанием устройства, позволяющим ОС и приложениям работать с ним, минуя BIOS. Функция установка аппаратной конфигурации (4Eh) позволяет управлять режимом передачи (РIO, DMA), а также предварительной выборкой (поиском).
Для эмуляции дисков на загружаемых CD-ROM к сервисам BIOS Int 13h добавляется несколько новых функций:
* начать /завершить эмуляцию диска (4Ah/4Bh), начать эмуляцию диска и выполнить загрузку (4Ch);
* прочитать секторы загрузочного каталога (4Dh); функции 41-48h позволяют обращаться к любым логическим секторам CD-ROM (в режиме LBA с размером сектора 2048 байт), когда для данного привода включена эмуляция.
Подробнее расширенный сервис рассмотрен в [4].

12.8.4. Int 14h — поддержка СОМ-портов
вперед к началу Главы вернуться назад
CОМ-порты поддерживаются сервисом BIOS Int 14h , который обеспечивает описанные ниже функции.
* 00h — инициализация (установка скорости обмена и формата посылок, заданных регистром AL ; запрет источников прерываний). На сигналы DTR и RTS влияния не оказывает (после аппаратного сброса они пассивны).
* 01h — вывод символа из регистра AL (без аппаратных прерываний). Активируются сигналы DTR и RTS , и после освобождения регистра THR в него помещается выводимый символ. Если за заданное время регистр не освобождается, фиксируется ошибка тайм-аута и функция завершается.
* 02h — ввод символа (без аппаратных прерываний). Активируется только сигнал DTR ( RTS переходит в пассивное состояние), и ожидается готовность принятых данных, принятый символ помещается в регистр AL . Если за заданное время данные не получены, функция завершается с ошибкой тайм-аута.
* 03h — опрос состояния модема и линии (чтение регистров MSR и LSR ). Эту гарантированно быструю функцию обычно вызывают перед функциями ввода-вывода во избежание риска ожидания тайм-аута.
При вызове Int 14h номер функции задается в регистре АН , номер порта (0-3) — в регистре DX (0 — СОМ1, 1 — COM2. ). При возврате из функций 0, 1 и 3 регистр АН содержит байт состояния линии (регистр LSR ), AL — байт состояния модема ( MSR ). При возврате из функции 2 нулевое значение бита 7 регистра АН указывает на наличие принятого символа в регистре AL ; ненулевое значение бита 7 — на ошибку приема, которую можно уточнить функцией 3.
Байт состояния линии (регистр АН ) имеет следующий формат:
* бит 7 — ошибка тайм-аута (после вызова функции 2 — признак любой ошибки);
* бит 6 — регистр сдвига передатчика пуст (пауза передачи);
* бит 5 — промежуточный регистр передатчика пуст (готов принять символ для передачи);
* бит 4 — обнаружен обрыв линии;
* бит 3 — ошибка кадра (отсутствие стон-бита);
* бит 2 — ошибка паритета принятого символа;
* бит 1 — переполнение (потеря символа);
* бит 0 — регистр данных содержит принятый символ.
Байт состояния модема (регистр AL при возврате из функций 0, 1, 3) имеет следующий формат:
* бит 7 — состояние линии DCD ;
* бит 6 — состояние линии RI ;
* бит 5 — состояние линии DSR ;
* бит 4 — состояние линии CTS ;
* бит 3 — изменение состояния DCD ;
* бит 2 — изменение огибающей RI ;
* бит 1 — изменение состояния DSR ;
* бит 0 — изменение состояния CTS .
При инициализации порта биты регистра AL имеют следующее назначение:
* биты [7:5] — скорость обмена:
• 000=110; 100=1200; 001 = 150; 101=2400;
• 010=300; 110=4800; 011=600; 111=9600 бит/с;
* биты [4:3] — контроль паритета:
• 01 — число единиц нечетное;
• 11 — четное;
• 0 и 10 — без контроля;
* бит 2 — количество стоп-бит: 0 — 1 бит, 1 — 2 бита (на скорости 110 бит/с — 1,5 стоп-бит);
* биты [1:0] — длина посылки: 00 — 5 бит, 01 — 6 бит, 10 — 7 бит, 11 — 8 бит.
В процессе начального тестирования POST BIOS проверяет наличие последовательных портов (регистров UART 8250 или совместимых) по стандартным адресам и помещает базовые адреса обнаруженных портов в ячейки BIOS Data Area 0:0400, 0402, 0404, 0406. Эти ячейки хранят адреса портов с логическими именами СОМ1- СОМ4. Нулевое значение адреса является признаком отсутствия порта с данным номером. В ячейки 0:047С, 047D, 047Е, 047F заносятся константы, задающие тайм-аут для портов.
Обнаруженные порты инициализируются на скорость обмена 2400 бит/с, 7 бит данных с контролем на четность (even), 1 стоп-бит. Управляющие сигналы интерфейса DTR и RTS переводятся в исходное состояние («выключено» — положительное напряжение).

12.8.5. Int 17h — поддержка принтера
вперед к началу Главы вернуться назад
Сервисы BIOS Int 17h : обеспечивают инициализацию, вывод байта данных и опрос состояния принтера, подключенного к LPT-порту. При вызове функция задается в регистре АН , номер LPT-порта — в регистре DX.
* АН = 00h — вывод байта из регистра AL по протоколу Centronics (без аппаратных прерываний). Данные помещаются в выходной регистр, и, дождавшись готовности принтера (снятия сигнала Busy ), формируется строб.
* АН = 01h — инициализация интерфейса и принтера (установка исходных уровней управляющих сигналов, формирование импульса Init# , запрет аппаратных прерываний и переключение на вывод двунаправленного интерфейса).
* АН = 02h — опрос состояния принтера (чтение регистра состояния порта).
При возврате регистр АН содержит байт состояния , который собирается из бит-регистра состояния SR [7:3] и программно формируемого флага тайм-аута. Биты 6 и 3 относительно байта, считанного из регистра состояния, инвертированы. Назначение бит байта состояния:
* бит 7 — не занято (сигнал Busy ); нулевое значение означает, что принтер занят (буфер полон или состояние Off-Line, или ошибка);
* бит 6 — подтверждение (сигнал Ack# ); единичное значение означает, что принтер подключен;
* бит 5 — конец бумаги (сигнал PaperEnd );
* бит 4 — принтер готов (сигнал Select); нулевое значение означает, что принтер в состоянии Off-Line;
* бит 3 — ошибка принтера (сигнал Error# ); единичное значение соответствует ошибке;
* биты 2:1=00 (не используются);
* бит 0 — флаг тайм-аута, устанавливается при неудачной попытке вывода символа, если сигнал Busy не снимается в течение времени, определенного для данного порта в ячейках тайм-аута (в BIOS Data Area ); в этом случае согласно протоколу Centronics строб данных не вырабатывается.
Перехват прерывания Int 17h является удобным способом внедрения собственных драйверов принтера. Потребность в них может возникать при подключении к порту принтера с интерфейсом ИРПР или необходимости перекодировки символов. Если разрабатываемый драйвер предназначен не только для перекодировки, но и изменения протокола (через Int 17h можно организовать вывод через LPT-порт по протоколу ИРПР и даже через СОМ-порт), следует внимательно отнестись к битам возвращаемого байта состояния. При их неправильном формировании попытки вывода на печать могут приводить к ошибочным сообщениям.

12.8.6. Int 1Ah и Int 15h—поддержка таймеров
вперед к началу Главы вернуться назад
Сервисы BIOS Int 1Ah позволяют считывать и модифицировать значения системного таймера, даты и времени, а также установки будильника часов реального времени CMOS RTC. Перечисленные ниже номера функций указываются при вызове в регистре АН .
* 1. АН=0 — чтение системного таймера (двойного слова по адресу 40:006Eh в BIOS Data Area, инкрементируемого по прерываниям от канала 0 счетчика-таймера 8253/8254 примерно раз в 55 мс. Таймер обнуляется при выполнении теста POST после аппаратного сброса). Возвращает значение таймера, в СХ — старшую часть, в DX — младшую. AL=0 , если за последние 24 часа не было переполнения таймера. В современных версиях сброс AL возвращает счетчик переполнений таймера, хранящийся в ячейке 40:0070h (в старых версиях это был флаг).
* 2. АН=1 — установка системного таймера ( СХ — старшая часть, в DX — младшая)и сброс флага (счетчика) переполнения таймера в ячейке 40:0070h. В случае ошибки устанавливается флаг CF=1 .
* 3. АН=2 — чтение времени из RTC. Возвращает в упакованном BCD-формате час (в регистре СН), минуту ( CL ), секунду ( DH ) и признак коррекции летнего/зимнего времени ( DL=1 — коррекция используется, DL=0 — нет). Признаком успешной операции является флаг CF=0 . Во избежание ошибок некоторых BIOS при вызове флаг CF должен быть сброшен.
* 4. АН=3 — установка времени в RTC, назначение регистров и признак результата аналогичен функции 2.
* 5. АН=4 — чтение даты из RTC. Возвращает в упакованном BCD-формате век (в регистре СН ), две старшие цифры года ( CL ), месяц ( DH ) и день ( DL ). Признаком успешной операции является флаг CF=0 . Во избежание ошибок некоторых BIOS при вызове флаг CF должен быть сброшен.
* 6. АН=5 — установка даты в RTC, назначение регистров и признак результата аналогичен функции 4.
* 7. АН=6 — установка времени срабатывания будильника RTC. Возвращает в упакованном BCD-формате час (в регистре СН), минуту ( CL ) и секунду ( DH ). Если будильник уже установлен, переустановка не производится и возвращается флаг CF=1 . При срабатывании будильник вызывает прерывание Int 4Ah .
* 8. АН=7 — отмена установки будильника.
Функции BIOS Int 15h позволяют программировать таймер CMOS RTC — вводить задержку или запускать таймер установки флага, указывая время в микросекундах (СХ — старшее слово, DX — младшее). Нулевое значение интервала не вызывает никаких действий. Достижимое разрешение в зависимости от производительности ПК может достигать единиц миллисекунд, максимальная выдержка — около 70 часов. Перечисленные ниже номера функций указываются при вызове в регистре АН или АХ .
* 9. AH=86h — задержка на заданное время. Управление будет возвращено вызвавшему процессу только через указанный интервал. По окончании задержки будет установлен бит 7 в ячейке BDA 0040:00А0. Таймер может оказаться занятым, тогда вызов сразу возвратит флаг CF=1 (при успехе CF=0 , а в AL окажется маска, записанная в 8259А#2).
* 10. AX=8300h — запуск таймера, устанавливающего флаг после указанной задержке бит 7 в ячейке, заданной регистрами ES:ВХ . При успешном запуске CF=0 ; если таймер занят (он один) — CF=1 и AL=0 . Управление возвращается процессу сразу, а флаг будет установлен через заданное время. Перед завершением программа, запускавшая таймер, должна его сбросить функцией 8301h (во-первых, чтобы освободить; во-вторых, чтобы снять «адскую машинку», которая неожиданно сама может изменить значение ячейки памяти, вполне возможно уже задействованную другим, ничего не «подозревающим» процессом).
* 11. AX=8301h — сброс того же таймера.

12.8.7. PCI BIOS
вперед к началу Главы вернуться назад
Функции PCI BIOS используются только для поиска и конфигурирования устройств PCI — процедур, требующих доступа к их конфигурационному пространству (см. п. 8.2). Регулярная работа с этими устройствами выполняется через обращения к регистрам устройств по адресам, полученным при конфигурировании, и обработке известных номеров прерываний от этих устройств. Для 16-битного интерфейса реального режима , V86 и 16-битного реального режима, функции PCI BIOS вызываются через прерывание Int 1Ah ; номер функции задается при вызове в регистре АХ . Возможна и программная имитация прерывания дальним вызовом по физическому адресу 000FFEGEh (стандартная точка входа в обработчик Int 1Ah ) с предварительным занесением в стек регистра флагов.
Признаком нормального выполнения является CF=0 и АН=0 ; при CF=1 АН содержит код ошибки :
* 81h — неподдерживаемая функция;
* 83h — неправильный идентификатор производителя;
* 86h — устройство не найдено;
* 87h — неправильный номер регистра PCI.
Вызовы требуют глубокого стека (до 1024 байт). Для 32-разрядных вызовов защищенного режима все эти же функции вызываются через точку входа, найденную через каталог 32-разрядных сервисов (см. выше), при этом назначение входных и выходных регистров и флага CF сохраняется. До использования 32-разрядного интерфейса следует сначала найти его каталог и убедиться в наличии сервисов PCI. Функции PCI BIOS перечислены ниже:
* АХ = B101h — проверка присутствия PCI BIOS . При наличии PCI BIOS возвращает CF=0, AH=0 и EDX =20494350h (строка символов «PCI»); проверяться должны все три признака. При этом в AL находится описатель аппаратного механизма доступа к конфигурационному пространству и генерации специальных циклов PCI:
• Бит 0 — поддержка механизма №1 для доступа к конфигурационному пространству;
• Бит 1 — поддержка механизма №2 для доступа к конфигурационному пространству;
• Биты 2:3=00 (резерв);
• Бит 4 — поддержка генерации специального цикла по механизму №1;
• Бит 5 — поддержка генерации специального цикла по механизму №2;
• Биты 6:7=00 (резерв).
В регистрах ВН и BL возвращается старший и младший номер версии (BCD-цифры), в CL — максимальный номер шины PCI, присутствующий в системе (число шин +1, поскольку они нумеруются с нуля последовательно). В регистре EDI может возвращаться линейный адрес точки входа 32-разрядных сервисов BIOS. Этот адрес возвращается не всеми версиями BIOS (некоторые не изменяют EDI ); для проверки можно при вызове обнулять EDI и проверять на нуль возвращенное значение.
* АХ = B102h — поиск устройства по идентификатору . При вызове в СХ указывается идентификатор устройства, в DX — идентификатор производителя, в SI — индекс (порядковый номер) устройства. При успешном возврате в ВН — номер шины, в BL [7:3] — номер устройства, BL [2:0] — номер функции. Для нахождения всех устройств с указанными идентификаторами вызовы выполняют, последовательно инкрементируя SI от 0 до получения кода возврата 86h.
* АХ = B103h — поиск устройства по коду класса . При вызове в ЕСХ [23:16] указывается код класса, в ЕСХ [15:8] — подкласса, в ЕСХ [7:0] — интерфейс, в SI — индекс устройства (аналогично предыдущему). При успешном возврате в ВН — номер шины, в ВL [7:3] — номер устройства, ВL [2:0] — номер функции.
* АХ = В106Н — генерация специального цикла PCI . При вызове в BL указывается номер шины, в EDX — данные специального цикла.
* АХ = В108h — чтение байта конфигурационного пространства устройства PCI . При вызове в ВН — номер шины, в BL [7:3] — номер устройства, BL [2:0] — номер функции, в DI — номер регистра (0-FFh). При успешном возврате в CL — считанный байт.
* АХ = B109h — чтение слова конфигурационного пространства устройства PCI . При вызове в ВН — номер шины, в BL [7:3] — номер устройства, BL [2:0] — номер функции, в DI — номер регистра (0-FFh, четный). При успешном возврате в СХ — считанное слово.
* АХ = В10Ah — чтение двойного слова конфигурационного пространства устройства PCI . При вызове в ВН — номер шины, в BL [7:3] — номер устройства, BL [2:0] — номер функции, в DI — номер регистра (0-FFh, кратный 4). При успешном возврате в ЕСХ — считанное двойное слово.
* АХ = В10Bh — запись байта конфигурационного пространства устройства PCI . При вызове в ВН — номер шины, в BL [7:3] — номер устройства, BL [2:0] — номер функции, в DI — номер регистра (0-FFh), в CL — записываемый байт.
* АХ = В10СН — запись слова конфигурационного пространства устройства PCI . При вызове в ВН — номер шины, в BL [7:3] — номер устройства, BL [2:0] — номер функции, в DI — номер регистра (0-FFh, четный), в СХ — записываемое слово.
* АХ = B10Dh — запись двойного слова конфигурационного пространства устройства PCI . При вызове в ВН — номер шины, в BL [7:3] — номер устройства, BL [2:0] — номер функции, в DI — номер регистра (0-FFh, кратный 4), в ЕСХ — записываемое двойное слово.

12.9. Расширения ROM BIOS
вперед к началу Главы вернуться назад
В микросхеме ROM BIOS, установленной на системной плате, поддерживаются только стандартные (по назначению и реализации) устройства. При необходимости дополнительные устройства, устанавливаемые в слоты шин расширения (ISA, PCI, PCMCIA), могут иметь микросхемы ПЗУ своей программной поддержки — Additional ROM BIOS (дополнительные модули ROM BIOS), они же Expansion ROM. Эта необходимость возникает, когда программная поддержка устройств требуется до загрузки ОС и прикладного ПО. В таком модуле может содержаться и вся программа функционирования специализированного бездискового контроллера на базе PC. Расширения ROM BIOS используют графические адаптеры EGA/VGA/SVGA, некоторые контроллеры жестких дисков, контроллеры SCSI, сетевые адаптеры с удаленной загрузкой и другие периферийные устройства. Для модулей расширения устройств с шиной ISA в пространстве памяти зарезервирована область CS000h-F4000h. POST сканирует эту область с шагом 2 Кбайт в поисках дополнительных модулей BIOS на завершающем этапе выполнения (после загрузки векторов прерываний указателями на собственные обработчики). Дополнительный модуль BIOS графического адаптера (EGA, VGA, SVGA. ) имеет фиксированный адрес С0000 и инициализируется раньше (на шаге инициализации видеоадаптера). Устройства с шиной PCI в своем конфигурационном пространстве содержат лишь признак использования модуля расширения, а его приписку к адресам памяти назначает POST.
Дополнительный модуль ROM BIOS должен иметь заголовок, выровненный по границе 2-килобайтной страницы памяти, формат заголовка ПЗУ иллюстрирует табл. 12.8.

Расширенныйзаголовок позволяет определить идентификатор устройства РпР ,его название и код производителя. Код типа состоит из байта общего типа, байта подтипа и байта идентификатора программного интерфейса, по которым система может узнать знакомые устройства.
Байт индикаторов устройства имеет следующее назначение битов:
* бит 7 — ПЗУ поддерживает модель инициализации устройства (Device Driver Initialization Model);
* бит 6 — ПЗУ может затеняться оперативной памятью;
* бит 5 — ПЗУ может кэшироваться по чтению;
* бит 4 — ПЗУ требуется лишь для загрузки с данного устройства;
* бит 3 — резерв (0);
* бит 2 — является устройством загрузки (IPL-устройство);
* бит 1 — устройство ввода (может заменять клавиатуру);
* бит 0 — устройство вывода (дисплей).
Вектор подключения BCV (Boot Connection Vector , он же Interrupt Connection Vector) указывает смещение для процедуры, дальний вызов которой приведет к перехвату векторов прерываний первичных устройств ввода, вывода или загрузки (сервисов Int 9h, Int 10h или Int 13h соответственно), в зависимости от параметров, переданных в регистрах процессора. При вызове этой процедуры в регистре АХ единицы в битах 0, 1 и 2 запрашивают перехват сервисов Int 9h, Int I0h или Int 13h соответственно (остальные биты нулевые), ES:D1 указывает на контрольную структуру РnР BIOS (System BIOS PnP Installation Check Structure), BX содержит селективный номер ( CSN ) карты ISA PnP (для других карт FFFFh); DX содержит адрес порта чтения ISA PnP (для других карт FFFFh).
Вектор отключения указывает на процедуру, восстанавливающую старое значение векторов при безуспешной попытке загрузки с данного устройства.
Точка входа для загрузки BEV требуется, если устройство может использоваться в качестве загрузочного, но не обеспечивает блочных функций сервиса Int 13h . Тогда системная микросхема BIOS может дальним вызовом вызвать эту процедуру вместо выполнения сервиса Int 19h . Таким образом, например, может выполняться удаленная загрузка (Remote Programm Loading, RPL) по сети.
Вектор получения информации о статических ресурсах задает смещение процедуры, вызов которой выгрузит в память дескрипторы занимаемых ресурсов (в форматах, аналогичных структурам для ISA PnP). Адрес буфера размером не менее 1024 байт задается регистрами ES:DI при вызове данной процедуры.
Процедура инициализации , которая начинается со смещения 3 в заголовке ПЗУ, для карт РnР должна подчиняться определенным требованиям (до этой спецификации специальных требований не было), принимать параметры и сообщать код возврата.
* При вызове процедуры ЕS:DI указывает на контрольную структуру PnP BIOS, ВХ содержит CSN карты ISA PnP (для других карт FFFFh); DX — адрес порта чтения ISA PnP (для других карт FFFFh).
* При исполнении процедура может переопределять любые векторы прерываний и изменять данные в BDA и EBDA , но перед возвратом она обязана восстановить прежние указатели для Int 9h, Int 10h, Int 13h и все прежние значения связанных с ними переменных в BDA и EBDA .
* При возврате в АХ возвращаются признаки проинициализированного устройства:
• бит 7 — устройство вывода, поддерживающее символьный вывод («телетайпный» режим) INT 10h ;
• бит 6 — устройство ввода, поддерживающее символьный ввод INT 9h ;
• биты 5:4 — состояние подключения загрузочного устройства: 00 — не подключено, 01 — неизвестно, 10 — подключено (для устройства RPL соединение установлено), 11 — резерв;
• биты 3:2 — состояние подключения устройства вывода (аналогично предыдущему);
• биты 1:0 — состояние подключения устройства ввода (аналогично предыдущему).
Как видно из данного описания, расширенный заголовок и правила поведения процедуры инициализации позволяют системной BIOS более гибко пользоваться функциями дополнительных модулей BIOS — традиционные дополнительные модули со стороны системной BIOS были практически неуправляемыми. Заголовок данного вида может использоваться и картами ISA без поддержки РnР. Если эти карты будут передавать информацию о своих статических ресурсах, они окажут большую услугу для распределения ресурсов системой BIOS с поддержкой PnP. Таким образом, приспособить карту для работы в среде РnР можно всего лишь модификацией содержимого ее ПЗУ расширения BIOS.
Карта ISA PnP может быть установлена в разные системы, имеющие BIOS как с поддержкой РnР, так и без. Процедура инициализации должна исполняться адекватно обнаруженной среде: без PnP BIOS она должна работать традиционным способом, при необходимости загрузки перехватывая INT 19h , а в среде PnP BIOS она должна вести себя скромнее, лишь предоставляя системной BIOS требуемые нтерфейсы и точки входа.

12.9.2. Expansion ROM карт PCI
к началу Главы вернуться назад
Для содержимого ПЗУ расширения BIOS, установленных на картах PCI, принят стандарт, несколько отличающийся от традиционных дополнительных модулей ROM BIOS. Заголовок ПЗУ соответствует традиционному, но дополнительно имеет указатель на структуру данных PCI (табл. 12.10). Идентификаторы производителя и устройства, а также код класса совпадают с описанными в конфигурационном пространстве устройства PCI. Поскольку шина PCI используется не только в PC, в ПЗУ карты может храниться несколько модулей. Каждый модуль начинается со структуры данных, сам модуль следует сразу за структурой. За ним начинается структура для следующего модуля (если у предыдущего не установлен признак последнего модуля) и так далее. Тип платформы (процессора) указывается в заголовке модуля, и при инициализации BIOS активизируется только нужный. Такой механизм позволяет, например, один и тот же графический адаптер устанавливать и в IBM PC, и в Power PC.

Перхватываем прерывание 08h

1. Заголовок или название темы должно быть информативным
2. Все тексты программ должны помещаться в теги [CODE=asm] [/CODE]
3. Прежде чем задавать вопрос, см. «FAQ»,если там не нашли ответа, воспользуйтесь ПОИСКОМ, возможно, такую задачу уже решали!
4. Не предлагайте свои решения на других языках, кроме Ассемблера. Исключение только с согласия модератора.
5. НЕ используйте форум для личного общения! Все, что не относиться к обсуждению темы — на PM!
6. Проверяйте программы перед тем, как выложить их на форум!!

Группа: Пользователи
Сообщений: 146
Пол: Мужской

Написать на ассемблере IBM PC программу перехвата заданного аппаратного прерывания. Программа должна перехватить прерывание и продемонстрировать обработку перехваченного прерывания выводом заданного набора символов на экран прямым доступом к видеопамяти.

При этом:
• Номер прерывания – 08h
• Способ перехвата – прямым доступом к вектору прерывания
• Способ отображения – инверсия атрибутов символов всего экрана

Программа не работает, ничего не происходит после запуска! Подскажите плиз почему?

Сообщение отредактировано: Neon6868 — 12.04.2008 3:27

Группа: Пользователи
Сообщений: 1 168
Пол: Мужской
Реальное имя: Сергей Андрианов

1. Размещеть программу без комментариев IMHO дурной тон. Я, например, уже лет 10 не пользовался Ассемблером под DOS и, естественно, не помню наизусть номера функций DOS. Поэтому без комментариев могу только догадываться, что делает программа. Кроме того, если бы ты откомментировал, а потом сам прочитал собственные комментарии, вероятно, ты бы сам и обнаружил ошибку, не прибегая к посторонней помощи.

2. Твоя программа трижды вызывает функцию DOS. Насколько я понимаю, это:
— запрос текущего (старого) вектора прерывания,
— установка нового,
— восстановление старого.
Так вот, когда именно должен сработать твой обработчик прерывания, если ты сразу после установки нового заменяешь его обратно на старый?
Да, ты заменяешь обработчик и затем возвращаешь старый, но за это время не успевает случиться ни одного прерывания.
Я по номеру не мог вспомнить, какое прерывание ты переопределяешь, но если это прерывание от таймера, то между sti и cli можно вставить временную задержку. Если от клавиатуры, то ожидание нажатия на клавишу и т.п.

Группа: Пользователи
Сообщений: 146
Пол: Мужской

Перхватываем прерывание 08h

Глава 8. Обработчики аппаратных прерываний.

Обработка аппаратных прерываний значительно отличается в различных ОС, поэтому имеет смысл давать лишь общие рекомендации. Более серьёзно к этому вопросу мы подойдём после того, как изучим мультизадачность и виртуальную память, а пока при реализации обработчиков аппаратных прерываний придерживайтесь следующего:

Например, для разрешения прерывания таймера нужно выполнить следующее:

Как правило, операционная система защищённого режима подразумевает возврат в режим реальных адресов и выход в ту ОС, из которой её запускали (например, в MS-DOS). В таком случае необходимо предусмотреть правильное маскирование прерываний IRQ перед возвратом в такую ОС, так как обычно не все прерывания разрешены.
Начиная со следующего примера в начале будет использоваться процедура, сохраняющая маску прерываний IRQ:

Для корректного возврата в режим реальных адресов нужно изменить одну команду в процедуре перенаправления векторов IRQ для R-Mode:

Теперь, казалось бы, наш пример должен правильно работать, но MS-DOS приготовил один неприятный «подводный камень». Дело в том, что при повторном запуске нашего примера, при условии, что в нём выполняются какие-либо процессы, длительностью более, чем примерно 2 секунды, контроллер клавиатуры генерирует символ. Если не обработать его должным образом, то клавиатура будет заблокирована, поэтому во всех наших примерах предлагается следующее:

Как видите, установка обработчика IRQ клавиатуры свелась к простой замене определяющего его макроса «IRQ_1_handler».

А теперь вашему вниманию предлагается демонстрация обработки прерываний по таймеру. В приведенном ниже примере внесены следующие изменения (по сравнению с предыдущим и с учётом всего, сказанного выше):

Вот так теперь выглядит обработчик IRQ 0:

Как видите, всё что он делает — это посылает контроллеру прерываний команду конца прерывания (EOI) и увеличивает значение «timer_count» на 1. И всё! Так просто!
На самом деле, когда вы будете писать свою ОС, то, скорее всего, добавите в обработчик IRQ 0 функции подсчёта времени, даты и ещё что-нибудь важное, но даже в таком виде он будет корректно работать.

А вот так в примере разрешены прерывания и реализован алгоритм подсчёта и вывода времени:

Осталось добавить, что этот пример, как и предыдущий, правильно реагирует на исключения — выводит его номер, параметры и возвращается в R-Mode, так что можете смело экспериментировать — компьютер не зависнет.

Исходный текст примера вы можете скачать здесь: examp_6.asm, pmode_6.lib и examp_6.com в архиве examp_6.zip (9594 байт).

Внешние прерывания и приоритеты прерываний

Система внешних прерываний в STM8 устроена довольно хитро. Разработчики дали нам возможность ловить прерывания с любого пина, но при этом выделять по вектору на каждый пин не стали. В результате эта часть STM8L (в S- с этим как-то получше) просто утыкана разными костылями и хитростями.
Разберемся, как все устроено.

До кучи, кроме внешних прерываний рассмотрим настройку приоритетов прерываний.

Нам обещали прерывания на всех ножках. Вот с них, то-есть с ножек, и начнем.

Разрешить или запретить прерывание для конкретного пина можно через регистр GPIOx_CR2 (где x — порт, для которого настраивается прерывание). Если ножка настроена на вход, то запись 1 в соответствующий бит регистра GPIOx_CR2 разрешит прерывание для неё.

Например вот-так можно настроить кнопку на STM8L-Discovery (пин C1):

За исключением настройки ножек, система внешних прерываний STM8 выглядит немного по-разному в разных семействах и линейках. Сначала подробно рассмотрим, как она организована в STM8L15xx. Там хитроумные выверты разработчиков достигают предельной концентрации, а в других сериях все устроено проще. Особенно в STM8S — там система внешних прерываний очень похожа на PCINT в AVR.

Первой неожиданностью (для меня, после AVR) является то, что есть две группы прерываний: прерывание порта (EXTIB, EXTID. ) без указания пина, куда прилетают прерывания с каждой ножки порта (как PCINT); и прерывание пина (EXTI0, EXTI1… EXTI7) без указания порта, куда слетаются прерывания с нескольких портов, но с одинаковых пинов. Сначала это немного выносит мозг, но потом привыкаешь.

Каждую половину порта можно настроить на генерацию 1го прерывания для любого пина (EXTID, EXTIG — по названию порта) или генерацию отдельного прерывания для каждого пина (EXTI1,EXTI2. ). Настраивается это через регистры EXTI_CONF1 и 2, а точнее, через биты PxLIS и PxHIS в них.

PxLIS отвечает за младшие 4 бита, а PxHIS — за старшие. Если бит установлен (1), то эта половина порта будет генерировать одно прерывание на все пины. А если бит сброшен (0) — отдельные прерывания на каждый пин: EXTI0..3 для младшей половины и EXTI4..7 для старшей.

Для некоторых портов общие прерывания (которые по штуке на порт) не доступны. С ними можно работать только через прерывания пинов. К таким обделенным относятся порты А и С в STM15x. А в STM101 своими прерываниями обладают только порты B и D.

Для STM8S наоборот, есть только прерывания портов, но нет никаких EXTI0, EXTI1. Это сильно снижает возможности по настройке — фронт, по которому сработает прерывание, настраивается для целого порта. Но об этом чуть ниже.

Так-как в старших STM8L15x векторов на все порты трагически не хватает, было придумано переключение. Например, вектор EXTIB/G может обрабатывать прерывания с порта B или G. За переключение векторов между портами отвечают биты PFES, PHDS, PBGS в регистрах EXTI_CONFx. Если в бит PFES записана 1, то вектор EXTIE/F будет ловить прерывания с порта F, иначе — с порта E. Аналогично с битами PHDS и PBGS (Они есть только в старших моделях, на дискавери нет).

Фронт или уровень, по которому сработает прерывание, настраивается через регистры EXTI_CRx. В STM8L15x таких регистров 4 штуки, в STM8L101 — 3.

Биты в них зовутся PxIS и собраны парами. Например пара P0IS[1:0] отвечает за фронт, по которому сработает прерывание EXTI0. Здесь возможны четыре варианта:

00 — Падение напряжения и низкий уровень
01 — Переход из низкого уровня в высокий (__/)
10 — Переход из высокого в низкий (\__)
11 — Любое изменение уровня

Фанаты библиотек, для настройки прерывания, могут написать что-то типа этого:

Для примера, вот так можно заставить кнопку на STM8L-Discovery (пин C1) генерировать прерывание EXTI1 по падению напряжения (т.е. когда лог уровень меняется с 1 на 0):

А вот так, кнопка, висящая на B3, будет настроена на генерацию прерывания EXTIB/G по любому изменению уровня:

Теперь посмотрим, как правильно оформить обработчик прерывания.
В IAR шаблон обработчика выглядит вот так:

Interrupt_Name это название прерывания. Оно может быть любым.
Interrupt_Number — номер прерывания в таблице. Таблица в даташите — «Interrupt vector mapping»

Например, обработчик прерывания EXTI1, в котором тупо переключается светодиод на E7:

Обратите внимание, что перед выходом из прерывания надо сбросить его флаг. Иначе — день сурка — МК будет вечно крутится в этом обработчике.

Флаги разбросаны в регистрах EXTI_SR1 и EXTI_SR2. Для сброса флага в него надо записать 1. Любители библиотек могут просто написать:

В данном случае так и надо делать, ибо констант для сброса флагов прерываний все-равно нет, что приводит к появлению в коде волшебных чисел (1 +2

«Assembler IBM PC 8. Лабораторная работа № 3. Применение сервисных функций BIOS для работы с экраном и клавиатурой»

8.1. ЦЕЛЕВЫЕ УСТАНОВКИ

¨ Вывод текста на экран путём непосредственного программирования видеобуфера.

¨ Разработка прикладных программ с использованием сервисных функций BIOS для работы с экраном и клавиатурой.

¨ Введение задержки для программных операций.

8.2. МЕТОДИЧЕСКИЕ РЕКОМЕНДАЦИИ

8.2.1. ВВЕДЕНИЕ

В работе № 2 были рассмотрены различные системные функции DOS вывода на экран символьной информации. Однако возможности DOS весьма ограничены: она не имеет функций для изменения цвета выводимых символов и позиционирования курсора. Кроме того, в DOS отсутствуют средства формирования графических изображений.

Все возможности видеосистемы компьютера можно реализовать с помощью видеофункций BIOS прерывания int 10h. Прерывание int 10h обеспечи-вает: смену видеорежима (текстовый или графический); вывод символьной и текстовой информации; смену шрифтов, настройку цветовой палитры, работу с графическим изображением. Программирование видеосистемы с помощью средств BIOS более громоздко, однако большие возможности и высокая скорость вывода обуславливают широкое использование этого метода в прикладных программах.

В данной работе рассматриваются функции BIOS [10, 12] для обслуживания видеосистемы компьютера, а также функции для работы с клавиатурой. Перечислим функции, являющиеся предметом рассмотрения в лабораторной работе.

Int 10h:

функция 00h – установка видеорежима;

функция 02h – установка позиции курсора;

функция 03h – считывание позиции и размера курсора;

функция 05h – установка видеостраницы;

функция 06h (07h) – инициализация или прокрутка окна вверх (вниз);

функция 08h – чтение символа и атрибута в позиции курсора;

функция 09h – запись символа и атрибута в позицию курсора;

функция 0Ah – запись символа в позицию курсора с текущим атрибутом;

функция 0Eh – запись символа в режиме телетайпа с текущим атрибутом;

функция 0Fh – получить режим дисплея;

функция 1003h – переключение назначения старшего бита байта атрибута: мерцание/яркость,

функция 13h – запись строки с заданным атрибутом в режиме телетайпа.

Int 16h:

функция 00h (10h) – чтение символа с клавиатуры с ожиданием;

функция 01h (11h) – проверка буфера клавиатуры на наличие в нём символа;

функция 02h (12h) – получение флагов (расширенной) клавиатуры.

Int 15h, функция 86h – задержка.

Int 1Ah, функция 00h – получение системного времени.

8.2.2. ПРЯМОЕ ПРОГРАММИРОВАНИЕ ВИДЕОБУФЕРА В ТЕКСТОВОМ РЕЖИМЕ

Современные видеоконтроллеры поддерживают разнообразные текстовые и графические режимы. Текстовые режимы различаются по разрешению (число отображаемых символов по горизонтали и вертикали) и цветовой палитре (монохромный или 16-цветный режим). Для графических режимов основным признаком классификации является количество одновременно отображаемых цветов и, соответственно, количество бит видеопамяти, отводимое на каждую точку (пиксел) изображения. Различают следующие типы графических режимов:

– монохромный (1-битное кодирование);

– 16-цветный EGA/VGA (4-битное кодирование);

– 256-цветный SVGA (8-битное кодирование);

– HiColor (16-битное кодирование);

– TrueColor (24-битное / 32-битное кодирование).

Графические режимы VGA (SVGA) сильно устарели, а текстовые продолжают успешно применяться (см. табл. 3.2 п. 8.2.3).

Всё, что изображено на мониторе – графика, текст – одновременно присутствует в памяти, встроенной в видеоадаптер. Для того чтобы изображение появилось на мониторе, оно должно быть записано в память видеоадаптера. В текстовом режиме для VGA-совместимых систем для видеопамяти отводится адресное пространство (исключая 7-й видеорежим с монохромным адаптером), начинающееся с логического адреса B800h:0000h и заканчивающееся адресом BF00h:0FFFh. Данная область разбивается на 8 секторов по числу видеостраниц (4 Кбайта на страницу). Таким образом, постраничное деление адресного пространства видеопамяти в текстовом режиме имеет следующий вид:

– B800h:0000h – страница 0, смещение в диапазоне 0000h – 0FFFh

– B900h:0000h – страница 1, смещение в диапазоне 0000h – 0FFFh

– BF00h:0000h – страница 7, смещение в диапазоне 0000h – 0FFFh

На экране отображается видеобуфер, соответствующий активной странице. В текстовых режимах для изображения каждого символа отводится 2 байта: байт с ASCII-кодом символа и байт с его атрибутом. При этом по адресу B800h:0000h находится байт с кодом символа (левый верхний угол экрана), а в B800h:0001h – атрибут этого символа; B800h:0002h – код второго символа, а в B800h:0003h – атрибут второго символа и т.д. Вообще при формировании изображения непосредственно в видеобуфере, в обход программ DOS и BIOS, все управляющие коды ASCII теряют свои управляющие функции и отображаются в виде соответствующих символов. Структура байта атрибутов приведена на рис. 3.1.

Рис. 3.1. Структура байта атрибутов

Из рис. 3.1 следует, что каждый символ может принимать любой из 16 возможных цветов, определяемых сочетанием младших 4-х битов. Биты 4-6 байта атрибутов задают цвет фона под данным символом. Последний бит 7, в зависимости от режима видеоадаптера, определяет либо яркость фона под данным символом (тогда фон также может принимать 16 разных цветов), либо мерцание символа (устанавливаетсяDOS по умолчанию).

При загрузке машины устанавливается стандартная палитра, коды цветов которой приведены в табл. 3.1. Рассмотрим некоторые примеры. Так, в режиме мерцания значение старшего полубайта атрибута 8hобозначает не серый фон, а чёрный при мерцающем символе, цвет которого по-прежнему определяется младшим полубайтом; значение старшего полубайта 0Ch – красный фон при мерцающем символе. Переключение назначения бита 7 осуществляется подфункцией 03h функции 10h прерывания int 10h.

Коды цветов стандартной палитры

Двухбайтовые коды символов записываются в видеобуфер в том порядке, в каком они должны появиться на экране: первые 80*2 байт соответствуют первой строке экрана, вторые 80*2 байт – второй и т.д. При этом переход на следующую строку экрана определяется не управляющими кодами возврата каретки и перевода строки, а размещением кода в другом месте видеобуфера. Для того чтобы из программы получить доступ к видеобуферу, надо занести в один из сегментных регистров данных сегментный адрес видеобуфера. После этого, задавая те или иные смещения, можно выполнить запись в любые места (ячейки) видеобуфера. Вычислить смещение ячейки в координатах «строка-столбец» (row, clm) можно так:

При большом объёме выводимых данных, информационный кадр формируется заранее в буфере пользователя, располагающегося в сегменте данных программы.

Листинг 3.1. Запись строки в видеобуфер 0-страницы.

;Настроим сегментный регистр ES на страницу 0 видеобуфера, а ds на сегмент данных

;Перешлём в видеобуфер строку символов, настроив соответствующим образом

;регистры si, di и cx

mov si,offset msg ;Смещение источника

mov di,160*12+36*2 ;Смещение приёмника (36 столбец 13 -ой строки),

mov cx,msglen ;Число пересылаемых байт

cld ;Просмотр вперёд

rep movsb ;)* ;Переслать строку символов с атрибутами в видеобуфер

;Остановим программу для наблюдения результата (иначе после завершения программы

;запрос DOS на ввод команды может затереть выведенную информацию)

;Поля данных в сегменте данных программы. Символы и атрибуты: 0B0h – cветло-

;бирюзовый по чёрному, 0E4h –красный по жёлтому

msg db ‘*’,0B0h,’T’,0E4h,’E’,0E4,’S’,0E4,’T’,0E4,’*’,0B0h

В данном фрагменте программы символьные коды выводимого сообщения перемежаются с их атрибутами. Такой способ формирования полей данных, предназначенных для прямой записи в видеопамять, становится громоздким, однако его можно существенно упростить, если выводимые символы имеют одни и те же атрибуты. Так, если мы хотим осуществить вывод символов текста из сегмента данных с единственным атрибутом 0E4h, то нам нужно просто заменить одну командную строку, отмеченную в выше приведённом фрагменте символом «*)», на три. При этом задание строки данных приобретёт привычный для нас вид.

mov si,offset msg ;Смещение источника

mov di,160*12+36*2 ;Смещение приёмника (36 столбец 13 -ой строки),

mov cx,msglen ;Число пересылаемых байт

cld ;Просмотр вперёд

mov ah,0E4h ;Атрибут выводимых символов 0E4h – красный по жёлтому

cycle: lodsb ;Загрузка в al очередного символа (al ← ds:si)

stosw ;Выгрузка “символ + атрибут” из ах в видеобуфер (ax→es:di)

loop cycle ;Повторить msglen раз

;Поля данных в сегменте данных программы.

Изложенный выше способ вывода текста форматируется длиной видеостроки без учёта символов переноса или отступов от левой границы. Внесение элементарных правил текстового редактора в процедуру вывода сильно усложнит программу. В этом случае для вывода сообщений целесообразно использовать функции BIOS.

Разработка структуры программ, осуществляющих просмотр произвольных видеостраниц, на которые предварительно записана информация способом прямого программирования видеобуфера, удобно производить с применением функции 05h int 10h BIOS (п. 8.2.3.2).

8.2.3. СПРАВОЧНЫЕ ДАННЫЕ ПО ФУНКЦИЯМ BIOS

8.2.3.1. Прерывание int 10h. Видеофункции BIOS

¨ Функция 00h. Установка видеорежима (табл. 3.2) текущей видеостраницы с очисткой экрана (быстрая очистка экрана реализуется функцией 06h и 07h).

Al = видеорежим (код режима задаётся в младших 7 битах, установка в 1 старшего бита запрещает очистку экрана).

Текстовые видеорежимы и страницы в стандарте VGA, поддерживаемые
современными видеоконтроллерами

Режим

Тип

Разрешение

Цвет

Размер знака

Адрес

Страницы

3

text

80×25

16/8

9×16

B8000

0 – 7

3 (Mono)

По умолчанию в DOS используется режим 3 (впрочем, корректно оформленная программа должна выполнять проверку или установку требуемого текстового режима с последующим восстановлением прежнего).

¨ Функция 02h. Установка позиции курсора.

Задаёт положение курсора на экране в текстовых координатах, с которых в дальнейшем будет выводиться текст. Отсчёт номера строки и столбца ведётся от верхнего левого угла. Курсор можно установить как в текстовом, так и в графическом режиме, однако, в графическом режиме курсор не виден. BIOS поддерживает до восьми независимых курсоров – по одному на каждую страницу (см. табл. 3.2) независимо от того, какая страница является активной. Функцию 02h BIOS можно использовать в комбинации с функциями DOS для организации вывода на экран.

Вызов: AH = 02h; BH = номер страницы (0,1. 7), обычно 0;

¨ Функция 03h. Считывание позиции и размера курсора.

Возвращает текущие координаты состояния курсора на выбранной странице. Это даёт возможность временно перейти для работы на другое место экрана, а затем вернуться на старое место. Функцию 03hBIOS можно использовать в комбинации с функциями DOS для организации вывода на экран.

Вызов: AH = 03h, BH = номер страницы (0,1. 7), обычно 0.

Возврат: DH, DL = строка и столбец текущей позиции курсора,

CH, CL = первая и последняя строки развёртки курсора.

Вызов разрушает регистры AX, BP, SI и DI.

¨ Функция 05h. Установка видеостраницы.

Устанавливает активную видеостраницу (как текстовую, так и графическую).

Вызов: AH= 05h, AL= номер страницы (0. 7).

Программа, устанавливающая страницу, отличную от текущей, обязана по окончании работы восстанавливать исходную.

¨ Функция 06h (07h). Инициализация или прокрутка окна вверх (вниз).

Инициализирует окно с указанными координатами, пробелами ASCII с заданным атрибутом (AL = 0), или прокручивает содержимое окна вверх (вниз) на заданное число строк (AL = число строк). При прокрутке появляющиеся снизу (сверху) строки заполняются пробелами ASCII с заданным атрибутом. Функцию удобно использовать для быстрой очистки экрана или некоторого прямоугольного окна.

AL = 0 – очистка, AL = N (N >0) – прокрутка на N строк;

BH = атрибут символов в окне;

CH, CL = координаты строки и столбца (Y,X) левого верхнего угла;

DH, DL = координаты строки и столбца (Y,X) правого нижнего угла.

¨ Функция 08h. Чтение символа и атрибута в текущей позиции курсора на выбранной странице.

Вызов: AH = 08h, BH = номер страницы (0. 7), обычно 0.

Возврат: AH = атрибут символа, AL = ASCII-код символа.

Вызов разрушает регистры BP, SI и DI.

¨ Функция 09h. Запись символа с заданным атрибутом на экран в позицию курсора. Действует как в графическом, так и в текстовом режимах. В графическом режиме символы не должны переходить на следующую строку. Все коды в AL рассматриваются как символьные и не управляют положением курсора. После вывода символа курсор смещается к следующей позиции функцией 02h. Коэффициент повторения позволяет выводить строки одинаковых символов. В текстовом режиме символ выводится с указанным в BL атрибутом. В графическом – содержимое BL влияет только на цвет символа, но не на фон под ним. Графическое изображение под знакоместом затирается.

Вызов: AH =09h, AL = ASCII-код символа,

BL = атрибут символа (текстовый режим) или только цвет символа (графический режим),

BH = номер страницы (0,1. 7), CX = коэффициент повторения.

¨ Функция 0Ah. Запись символа с текущим атрибутом на экран в позицию курсора. Функция действует как в графическом, так и в текстовом режимах. Символ принимает атрибут, установленный ранее для этой позиции. Все ASCII-коды в AL рассматриваются как символьные и не управляют положением курсора (также как и в функции 09h). После вывода символа курсор смещается к следующей позициифункцией 02h.

Вызов: AH = 0Ah, AL = ASCII-код символа,

BH = номер страницы (0,1. 7), CX = коэффициент повторения.

¨ Функция 0Eh. Запись символа с текущим атрибутом в режиме телетайпа.

Записывает символ ASCII в позицию курсора (предварительно установленную функцией 02h) на активной странице и смещает курсор к следующей позиции. Коды ASCII: 07h – звонок (BEL), 08h – шаг назад(BS), 0Dh – возврат каретки (CR), 0Ah – перевод строки (LF), рассматриваются как управляющие и выполняются соответствующие им действия. Остальные управляющие коды рассматриваются как символы и выводятся на экран. Действует автоматический перевод курсора на следующую строку после завершения предыдущей, а также прокрутка экрана вверх на 1 строку после заполнения самой нижней.

Вызов: AH = 0Eh, AL = ASCII-код символа,

BL = цвет символа (только для графического режима),

BH = номер страницы (0,1. 7), по умолчанию действует активная страница.

¨ Функция 0Fh. Получить режим дисплея и номер текущей страницы.

Возврат: AL = режим дисплея, AH = ширина экрана в текстовом формате

BH =номер активной страницы.

Вызов разрушает регистры BP, SI и DI.

Пример. Процедура установки позиции курсора на текущей странице.

Вход: dh = строка (0 – 25), dl = столбец (0 – 79)

. ;Сохранить регистры (по необходимости)

. ;Восстановить регистры

¨ Функция 10h. Подфункция 03h. Переключение бита «мерцание/яркость».

Определяет назначение старшего бита 7 атрибута символа: мерцание символа или повышенная яркость фона.

Вызов: AX = 1003h, BL = назначение 7-го бита атрибута:

0 – повышенная яркость, 1 – мерцание (устанавливается по умолчанию).

Функция воздействует сразу на все символы экрана, у которых установлен старший бит атрибута фона.

¨ Функция 13h. Запись строки символов с заданными атрибутами.

Записывает строку в текущую страницу видеобуфера, начиная с указанной позиции. Коды ASCII: 07h – звонок, 08h – шаг назад, 0Ah – перевод строки,
0Dh – возврат каретки, рассматриваются как управляющие, остальные – как символьные.

Вызов: AH = 13h, AL = режим записи:

0 – атрибут символа в BL, строка содержит только коды символов, после записи курсор принимает исходное положение (т.е. вывод следующей строки, если не изменить позицию курсора, начинается с изначально установленной позиции);

1 – отличается от режима 0 тем, что после записи курсор остаётся в конце строки;

2 – строка содержит попеременно коды символов и атрибутов (т.е. каждый символ описывается 2 байтами – ASCII-кодом и атрибутом), после записи курсор принимает исходное положение;

3 – отличается от режима 2 тем, что по окончании вывода курсор остаётся в конце строки.

BH = номер страницы (0,1. 7), BL = атрибут для режимов 0 и 1,

CX = длина символьной строки (в длину входят только коды символов, но не байты атрибутов),

DX = DH.DL = координаты курсора (строка, столбец) в исходной точке вывода строки на экране,

ES:BP = адрес начала строки в памяти.

Обратите внимание на особенность задания адреса!

8.2.3.2. Рекомендации по использованию видеосервиса BIOS

1. Программы (учебный практикум), выполняемые в операционной среде DOS, используют по умолчанию текстовый режим 3, страницу 0.

2. Программы более широкого назначения должны запрашивать текущий видеорежим и страницу (функция 0Fh, int 10h) с последующим их применением в используемых функциях BIOS.

Mov ah,0Fh ;Запрос текущего режима

Mov v_mode, al ;Сохраним режим

Mov current_page, bh ;Сохраним строку

3. Если программа выводит изображение на разные страницы, то последовательность действий с каждой страницей может быть следующей (предполагается режим по умолчанию с «0» – страницей):

– установка страницы функцией 05h;

– установка позиции курсора функцией 02h;

– построчное форматирование текста BIOS или DOS.

В дальнейшем может быть организован циклический просмотр содержания страниц путём их переключения функцией 05h, int 10h. При выходе из программы обязательно восстанавливаем искомую «0»-страницу. Сделать это, к примеру, можно так.

;Анализ буфера клавиатуры функцией DOS 06h int 21h с целью её завершения нажатием ;произвольной клавиши

mov ah,06h ;Функция ввода без ожидания

mov dl,0FFh ;Ввод

jnz out_program ;zf=0, есть символ, на выход

jmp continue ;zf=1, символа нет, продолжим работу

out_program: ;Восстановим страницу функцией 05h, int 10h

exit: mov ax,4C00h ;Вызов функции завершения программы

Страницы видеобуфера могут быть последовательно отформатированы и способом непосредственного программирования памяти. Выбор страниц при этом осуществляется соответствующей инициализацией сегментного регистра ES (см. п. 8.2.2). Просмотр содержимого страниц также может быть выполнен путём их последовательного переключения с помощью функции 05h, int 10h.

4. Структура демонстрационной программы, исследующей функцию «мерцание – яркость фона» (функция 10h, подфункция 03h, int 10h).

;Инициализация 2-х локальных окон, каждое со своим атрибутом и текстом. При задании

;атрибутов цвета старший (7-ой по номеру) бит выбран равным «1».

continue: ;Включим мерцание

mov bl,1 ;Мерцание

;Введём задержку на 3 сек

;Включим повышенную яркость

;Введём задержку на 3 сек

;Анализ буфера клавиатуры функцией DOS 06h int 21h с целью её завершения нажатием

jnz out_program ;zf=0, есть символ, на выход

jmp continue ;zf=1, символа нет, продолжим работу

out_program: ;Восстановим мерцание (по умолчанию)

exit: mov ax,4C00h ;Вызов функции завершения программы

5. Если в программе организован бесконечный цикл вывода данных на экран функциями BIOS (09h, 0Ah, 0Eh, 13h), то его нельзя будет аварийно прервать с помощью нажатия клавиш Ctrl+C (т.е. выйти из программы, как это можно сделать при использовании соответствующих функций DOS). Чтобы можно было это сделать, включите в тело цикла функцию 0Bh прерывания Int 21h.

8.2.3.3. Прерывание int 16h

¨ Функция 00h (10h). Чтение символа клавиатуры с ожиданием.

Читает из кольцевого буфера ввода символ и скан-код. После считывания они удаляются из буфера и возвращаются в регистре AX. Если буфер пуст, ожидает ввода. Каждой клавише на клавиатуре соответствует так называемый скан-код, соответствующий только этой клавише. Этот код посылается клавиатурой при каждом нажатии и отпускании клавиши и обрабатывается в BIOS обработчиком прерывания Int 09h. Функция 00h даёт возможность получить код нажатия, не перехватывая этот обработчик. Если нажатой клавише соответствует ASCII-символ, то:

AL – ASCII-код символа, AH – скан-код клавиши.

Если нажатой клавише соответствует расширенный ASCII-код, то:

Возврат: AL = ASCII-код символа, изображённый на клавише/00h,

AH = скан-код/расширенный ASCII-код клавиши.

Функция 10h (AH = 10) – усовершенствованный вариант функции 00h для расширенной клавиатуры (101/102-key). Позволяет получить расширенные
ASCII-коды для клавиш F11, F12, а также для ряда других комбинаций.
В качества признака управляющих клавиш или их комбинаций, помимо значения 00h, используются 0Ah, 0Dh и E0h.

¨ Функция 01h (11h). Поверка буфера клавиатуры на наличие в нём символа.

Определяет, имеются ли в кольцевом буфере ожидающие ввода символы; возвращает флаг ожидания и сам символ при его наличии. Однако символ и его скан-код не извлекаются из буфера и могут быть снова получены при повторном вызове функции 00h Int 16h. Данная функция относится к числу асинхронных: определив состояние буфера ввода, она возвращает управление про-
грамме.

Возврат: ZF = 1, если буфер пуст и ZF = 0, если в буфере имеется ожидающий считывания символ. В этом случае:

AL = ASCII-код символа/00h, AH = скан-код клавиши/расширенный ASCII-код.

Функция 11h (AH = 11h) – усовершенствованный вариант функции 01h для расширенной клавиатуры (101/102-key). Позволяет получить расширенные ASCII-коды для клавиш F11, F12, а также для ряда других комбинаций. В качестве признака управляющих клавиш или их комбинаций, помимо значения 00h, используются 0Ah, 0Dh и E0h.

¨ Функция 02h (12h). Получение флагов клавиатуры.

Возвращает байт флагов клавиатуры, описывающих состояние управляющих клавиш, записанное в байте (слове) области данных BIOS по адресу 0000h:0417h.

Возврат: A L=1-ый байт флагов клавиатуры.

Биты байта имеют следующие значения:

0: 1 – правая Shift нажата

1: 1 – левая Shift нажата

2: 1 – Ctrl (любая) нажата

3: 1 – Alt (любая) нажата

4: 1 – режим Scroll Lock

5: 1 – режим Num Lock

6: 1 – режим Caps Lock

7: 1 – режим Insert активен

Функция 12h (AH = 12h) – усовершенствованный вариант функции 02h для расширенной клавиатуры (101/102-key). Выводит такое же значение байта, как и функция 02h, по адресу 0000h:0417h, и, дополнительно, второй байт статуса клавиатуры (адрес 0000h:0418h) со следующими значениями:

0: 1 – левая Ctrl нажата 4: 1 – нажата Scroll Lock

1: 1 – левая Alt нажата 5: 1 – нажата Num Lock

2: 1 – правая Ctrl нажата 6: 1 – нажата Caps Lock

3: 1 – правая Alt нажата 7: 1 – нажата SysReg

8.2.3.4. Задержка программных операций

Программные задержки используются в тех случаях, когда в какой-либо точке программы надо приостановить её выполнение на некоторое время. По виду исполнения программные задержки делятся на два типа: задержки, реализуемые на основе выполнения программой «пустых» вложенных циклов, и задержки, реализуемые на основе системного таймера компьютера. В листинге 3.2 приведён пример реализации задержки первого типа.

Листинг 3.2. Программная задержка на основе выполнения вложенных циклов с командой Loop.

Proc delay ;Подпрограмма задержки

Mov cx, N ;N – счётчик внешнего цикла

Outer: push cx ;Сохраним содержание счётчик внешнего цикла

Mov cx,0 ;Обеспечим максимальное число повторений (64К раз)

Inner: loop Inner ;Внутренний цикл

Pop cx ;Восстановим содержание счётчик внешнего цикла

Loop Outer ;Повторим вешний цикл N раз

В листинге 3.2 параметр N выполняет роль масштабного множителя времени задержки

При этом наименьшей единицей времени (т.е. «тиком») является время выполнения внутреннего цикла, состоящего, в свою очередь, из времени исполнения 65535 раз команды Loop. Параметр Nподбирается экспериментально для получения t_зад (в мсек или сек) с учётом быстродействия конкретного компьютера.

Из рассмотрения данного примера очевидны недостатки данного подхода, когда требуется обеспечить выполнение временной задержки в программе, независимо от типа используемого компьютера.Поэтому разумно определять время программной задержки непосредственно по таймеру. Выходные сигналы таймера с частотой 18,2 раза в секунду не зависят от производительности компьютера и играют роль счетчика суточного времени. Реализация данного способа использует функцию 00h прерывания BIOS Int 1Ah.

Int 1Аh, функция 00h. Чтение счетчика циклов таймера.

Обработчик прерывания BIOS от системного таймера (Int 8) подсчитывает количество прерываний (каждые 55 мсек или 18,2 раза в секунду) в двойном слове памяти с адресом 0040h:006Сh. Данная функция возвращает накопленное значение (двоичный код) и сбрасывает его в . В регистре AL возвращается , если содержимое счетчика не превысило значения, соответствующего 24 часам (при достижении этого значения счетчик сбрасывается), иначе возвращается AL = 1.

Возврат: СХ:DX – число тактов системного времени от полуночи,

AL – флаг перехода через сутки.

Примеры возвращаемых значений в СХ:DX:

1 сек 12h или 18,

1 минута 04 44h или 1092,

1 час 1 00 07h или 65543,

24 часа 18 00 B0h или 1 573 040.

Для задержек меньших 14 секунд можно пользоваться только младшим байтом регистра DX

Листинг 3.3. B данном примере установлена задержка на 5 секунд, что соответствует 91 отсчету таймера

mov ah,0 ;Функция «чтения» циклов таймера

int 1Ah ;Получаем значение счетчика циклов в cx:dx

add dx,91 ;Добавляем 5 сек. к младшему слову в dx

mov bx,dx ;Запоминаем требуемое значение в bx и выполняем

;постоянную проверку значений счетчика времени суток

repeat: int 1Ah ;Вновь получаем значение счетчика

cmp dx,bx ;Сравниваем с искомым

jne repeat ;Если не равно, то повторяем снова,

;иначе задержка окончена

Если требуется введение задержки с высокой точностью, то необходимо использовать функцию 86h прерывания BIOS Int 15h. Она позволяет определить время задержки в микросекундах. Во время выполнения задержки разрешены прерывания. Управление программе возвращается после истечения заданного времени.

Int 15h, функция 86h

Вызов: AH = 86h, СX:DX = время задержки в мксек.

Возврат: CF = 0 – нормальное исполнение, CF = 1 – функция не поддерживается.

Пример: CX:DX = 0098h:9680h = 10 000 000 мксек = 10 сек.

8.3. ВАРИАНТЫ ИНДИВИДУАЛЬНОГО ЗАДАНИЯ

1. Инициализировать экран с определённым атрибутом. Наложить на него локальное окно меньшего размера с другим атрибутом цвета. В центральную часть окна вывести текст (несколько строк) из памяти с циклической реализацией скроллинга окна в несколько строк вверх и вниз. Смена типа скроллинга задаётся программной задержкой (2. 3 сек.). Предусмотреть выход из программы.

2. Инициализировать две видеостраницы, каждая со своим атрибутом и записанным текстом (некоторые символы текста обязательно должны иметь отличный от других цвет). Организовать циклическую смену видеостраниц с периодом 2. 3 сек. Предусмотреть выход из программы с восстановлением текущей страницы.

3. На экране инициализировать 2 локальных окна. Каждое окно со своим атрибутом и текстом с несколькими строками. Организовать циклическое переключение атрибутов первого окна на второе и обратно. Цикл переключения задаётся временной задержкой в 2. 3 сек. Предусмотреть выход из программы.

4. На экране инициализировать 2 локальных окна. Каждое окно со своим атрибутом и текстом в несколько строк. Организовать циклическое переключение текста из одного окна в другое с временной задержкой 2. 3 сек. Предусмотреть выход из программы.

5. На экране инициализировать окно_1 с атрибутом и текстом в несколько строк. Спустя время задержки 2. 3 сек частично наложить на него окно_2 с другим атрибутом и текстом. Процесс зациклить. Предусмотреть выход из программы.

6. На экране инициализировать локальное окно с атрибутом (и текстом), сообщить ему дрейф в горизонтальном (вертикальном) направлении. При достижении границы экрана окно изменяет дрейф в противоположную сторону. Шаг движения локального окна в пространстве экрана должен быть во много раз меньше размеров самого экрана.

7. На экране инициализировать локальное окно с атрибутом (и текстом). После нажатия командной клавиши окно начинает изменять свои размеры (пульсировать), увеличиваясь и уменьшаясь с определённым периодом. Временной шаг изменения размера окна должен быть много меньше периода
пульсации.

8. Инициализировать экран и локальное окно в нём со своими атрибутами. Организовать режим вывода текста в локальное окно с клавиатуры. Предусмотреть возможность редактирования текста, а также скроллинга окна при его заполнении.

9. Инициализировать экран и два небольших локальных окна в нём. С помощью клавиши организовать переключение курсора из одного окна в другое. Выбранное клавишей окно приобретает повышенную яркость. Предусмотреть выход из программы.

10. Инициализировать экран и два локальных окна в нём. В левое окно вывести первую половину таблицу ASCII, а в правое – вторую половину. Предусмотреть очистку окон и выход из программы.

11. Инициализировать экран и два локальных окна в нём (каждое со своим атрибутом и текстом). Организовать циклическое переключение бита «яркость фона/мерцание». Выход из программы должен восстанавливать значение бита по умолчанию.

12. Инициализировать экран и два локальных окна в нём. В левое окно вывести вторую половину таблицы ASCII c символами псевдографики. Используя навигацию курсора, c помощью клавиш (¬,­,®,¯)организовать возможность непрерывного воспроизведения прямых линий во втором окне.

13. Разработать программу вывода текста на экран путём непосредственного программирования видеобуфера с использованием элементов форматирования (отступ от левой границы, перенос текста на следующую строку после пересечения словом правой границы).

CX – число выводимых символов;

Indent_L, Indent_R – поля отступа (в столбцах) слева и справа.

Необходимо оптимизировать расчёт адреса видеобуфера ES:DI. Процедура должна возвращать исходное значение регистра ES.

14. Используя прямое программирование видеопамяти, заполнить несколько страниц видеобуфера с последующим просмотром их (выводом на экран) в циклическом режиме. При выходе из программы обеспечить восстановление текущей страницы.

15. Разработать программу рисования прямоугольника, используя графические символы в кодировке ASCII. Координаты верхнего левого угла (строка, столбец) и нижнего правого должны вводиться с клавиатуры после соответствующего приглашения.

8.4. КОНТРОЛЬНЫЕ ВОПРОСЫ

1. Краткая характеристика возможностей, предоставляемых программисту базовой системой ввода-вывода BIOS, в сравнении с сервисными функциями DOS.

2. Назовите объём видеопамяти для изображения одного символа и, соответственно, одной видеостраницы монитора в текстовом режиме.

3. Дайте характеристику атрибута символа в видеобуфере.

4. Разработайте макросы для:

¨ очистки экрана с установкой курсора в левый верхний угол экрана;

¨ позиционирования курсора в произвольную точку экрана с запоминанием его координат в памяти с помощью переменных row и clm;

¨ вывода сообщения mes длиною leng и атрибутом цвета attrib с позиции, определяемой переменными row и clm.

5. Какая функция BIOS предоставляет пользователю исчерпывающую информацию о нажатой клавише клавиатуры.

Разработка графического структурного алгоритма программы

Прикладная программа, управляющая разработанным устройством, представляет собой исполняемый файл main.com. Работу устройства можно задать изначально в начале выполнения main.com, с помощью параметра D — число, заносимое в регистр RG для установки соответствующего сопротивления.

1. Запросить управляющий байт.

2. Занести в указанный порт введённый байт.

3. Ожидать сигнала с шины данных, если он получен — вывести сообщение

В программе можно выделить 3 основных логических блока — занесение управляющего слова в регистр, перехват прерывания 08h, параллельное слежение за шиной данных.

Блок схема работы программы (структурный графический алгоритм) приведен в Приложении данного курсового проекта.

Разработка прикладной программы и описание её возможностей

По сложности программирования интерфейс ISA занимает среднее место между Centronics с одной стороны, и PCI и SCSI с другой. Особенностью программирования Centronics является абсолютная простота, т.к все сигналы доступны для программирования. ISA — доступность только шины данных и портов ввода-вывода, PCI — сложность программирования шины в целом.

Данная прикладная программа управляет разработанным нестандартным периферийным устройством. Это управление довольно просто, так как изначально устройство работало абсолютно автономно, и мне пришлось вводить дополнительные управляющие регистры и делать параллельные отводы от схемы, что ввело лишь небольшие усложнения в работу устройства в целом.

Программа является резидентной, т.е. находится постоянно в памяти. Загружается командой “main.com”, инициализирует устройство, и предлагает ввести байт D, где D — число, заносимое в управляющий регистр (по умолчанию оно равно 0), и выгружается “main.com u».

Находясь в памяти, программа постоянно следит за шиной данных, и если пришло сообщение о включении/выключении нагревателя, выдаёт соответствующее сообщение.

Вам также может быть интересно

Обучение программированию

Является ли указанная страница — домашней (IE)

Является ли указанная страница — домашней? (IE) При создании новой вкладки (about:Tabs) в IE9

Обучение программированию

Язык преобразований XSLT

Справочник по интерфейсу администратора Ссылки Назад «> Вверх Вперед Опубликованные SQL View > XSLT

Обучение программированию

Ядро и процессы

Что такое ядро в биологии? Строение и функции ядра В каждой живой клетке протекает

Обучение программированию

Язык программирования alfa

Язык программирования alfa По питанию контроллеры делятся на два типа: с питанием 220 В

Обучение программированию

Язык cc

C++ — Базовый синтаксис Когда мы рассматриваем программу на C ++, ее можно определить

Обучение программированию

Язык рефал

Язык рефал Ура! Сегодня, 30.05.2005, наконец появилась адаптированная к современным платформам Windows-(95/98/ME/NT/2000/XP) и UNIX

Обучение программированию

Эффект pазвивающегося флага

Scrontch’s Flag Designer Design Your Flag! Generates Scalable Vector Graphics (SVG). This App requires

Обучение программированию

Язык sql

SQL-Урок 1. Язык SQL. Основные понятия. Для того, чтобы начать изучать SQL нам нужно

Обучение программированию

Язык с

C++ с нуля Этот самоучитель создан для тех, кто хочет освоить основы программирования на

Обучение программированию

Эффект горящей надписи

Простой огненный текст в Фотошопе Конечный результат: Ресурсы урока: Шаг 1 Создайте новый документ

Обучение программированию

Язык xml documents type definitions (dtd)

Язык XML — практическое введение . Documents Type Definitions (DTD) В XML- документах DTD

Обучение программированию

Языки и грамматики простейший компилятор

ГРАММАТИКА ЯЗЫКОВ ПРОГРАММИРОВАНИЯ Описанию грамматики языка предшествует описание его алфавита. Алфавит любого языка состоит

Обучение программированию

Эффект ледяной надписи

Ледяной текст в Фотошопе Конечный результат: Ресурсы урока: 1. Создание фона Шаг 1 Создайте

Обучение программированию

Язык xml dom совместимые анализаторы

XML-анализаторы в java XML как набор байт в памяти, запись в базе или текстовый

Обучение программированию

Языки описания пользовательских интерфейсов

Языки описания пользовательских интерфейсов Язык описания интерфейсов Язык описания интерфейсов (IDL), используемый OMG определяет

Обучение программированию

Эффект линзы (watcom c)

Эффект линзы (watcom c) Просветляющие покрытия от ZEISS Высококачественные линзы требуют высоколассного подхода: защита,

Обучение программированию

Язык xml xml в microsoft internet explorer 5 0

Основы XML для начинающих пользователей Введение в правильную разметку XML означает Extensible Markup Language,

Обучение программированию

Языки программирования

Языки программирования Язык программирования — искусственный (формальный) язык, предназначенный для записи программ для исполнителя

Обучение программированию

Эффект пламени

По-настоящему яркие ролики: эффект огня для видеомонтажа Как поразить зрителей с первых кадров? Самый

Обучение программированию

Язык xml введение

Язык xml введение XML технологии и средства разработки Gupta Team Developer: XML технологии (Часть

Обучение программированию

Якоря HTML

Что такое ссылка якорь в HTML и как ее сделать? Когда мы имеем дело

Обучение программированию

Эффект разбитого текста

Создаем эффект разрушающегося текста при помощи Stipplism В сегодняшнем уроке мы создадим эффект разрушающегося

Обучение программированию

Язык xml использование java xml обработчиков

Java XML J ava Development Kit поставляется с двумя парсерами XML: DOM и SAX,

Обучение программированию

Яндекс — крупнейшая поисковая система русскоязычного Интернета!

Поисковые системы интернета – Полный список всех поисковых систем Чтобы увеличить посещаемость вашего сайта,