8.3.中断功能的分类1

8.3. 中断功能的分类

计算机系统有上百种中断，若按中断的性质来划分，则系统中的中断可分为：可屏蔽中断和不可屏蔽中断。对不可屏蔽中断，程序员不能控制它，系统肯定会立即响应的，而对于可屏蔽中断，汇编语言程序员可以通过指令CLI和STI来控制对它们的响应。

若按中断源来划分，则系统中的中断又可分为：硬件中断和软件中断。对于硬件中断，程序员不能控制它，它们基本上是随机产生的，而对于软件中断，汇编语言程序员可通过指令INT和INTO来有目的安排它们的。

下面主要介绍汇编语言程序员能控制的软件中断的功能及其使用方法，常用的这类中断有：DOS功能调用(INT 21H)、BIOS中断、硬件和外设的中断等。

在用户程序中，若直接通过端口来操作硬件或外设，那么，其处理过程没有额外的多余工作，处理速度显然是最快的，但这样做，无疑使用户程序具有了很大的局限性。硬件环境的改变将直接影响程序的正常运行。

若用户程序通过调用DOS功能来实现其所需功能，那么，应用程序与低层硬件相距较远，操作最终的对象需要经过中间环节，处理速度肯定受到一定的损失，但这种应用程序适应性强，应用范围广，对硬件的依赖性最小。

由于BIOS介于DOS和具体硬件之间，所以，调用BIOS的功能是一个很好的折中方案。程序员可在以下三种情况下考虑使用BIOS的功能：

1)、BIOS提供的功能，而DOS没有提供该功能的情况；

2)、不能利用DOS功能调用的情况(可能因为某些具体应用的限制)；

3)、基于处理速度的考虑，需要绕过DOS层的情况。

综上所述，可以归纳出如下结论：使用中断的层次越高，它与硬件设备相关程度就越低，处理速度也就越低，但用户程序的适用范围较广。反之也然。

8.3.1 键盘输入的中断功能

键盘输入是绝大多数程序的主要输入方式，学习和掌握有关键盘输入中断的使用方法对编写交互式程序是非常重要的，也能更进一步理解计算机是如何接受键盘输入的。

1、键盘缓冲区

键盘缓冲区是一个先进先出的环形队列，其所占内存区域如下：

KBHead DW　? ;其内存地址为0000:041AH，缓冲区头指针

KBTail DW　? ;其内存地址为0000:041CH，缓冲区尾指针

KBBuff DW　16 DUP(?);其内存地址为0000:041EH，该缓冲区的缺省长度为16个字

与键盘有关的其它地址请见附录6之键盘地址。

键盘缓冲区是一个环形队列，其性质与《数据结构》课程中对“环形队列”所描述的性质完全一致。虽然缓冲区的本身长度为16个字，但出于判断“对列满”的考虑，它最多只能保存15个键盘信息。当缓冲区满时，系统将不再接受按键信息，而会发出“嘟”的声音，以示要暂缓按键。当KBHead＝KBTail时，表示无键盘输入。

2、键盘状态字

在计算机键盘上除了可输入各种字符(字母、数字和符号等)的按键之外，还有一些功能键(如：F1、F2、…等)、控制键(如：Ctrl、Alt、Shift等)、双态键(如：Num Lock、Caps Lock等)和特殊请求键(如：Print Screen、Scroll Lock等)。

键盘中的控制键和双态键是非打印按键，它们是起控制或转换作用的。当使用者按下控制键或双态键时，系统要记住其所按下的按键。为此，在计算机系统中，特意安排的一个字来标志这些按键的状态，我们称该字为键盘状态字。

8.3.2 屏幕显示的中断功能

显示器是一个重要的输出设备，它通过显示卡与计算机系统相连。显示器的显示屏通常称之为屏幕，现在常用的显示器有14″和17″，常用的显示分辨率为800×600或1024×768等。常用的显示卡类型为VGA、SVGA、EVGA和TVGA等，显示卡上也都带有大量的显示存储器，能快速显示精美的图象。

1、显示模式

计算机系统中的显示器都有二种显示方式：文本显示方式和图形显示方式。在DOS操作系统环境下，其默认的显示方式为文本显示方式，而在Windows操作系统环境下，其显示方式是图形显示方式，其绝大多数操作界面是以图形界面的窗口形式出现的。

可用的显示模式，请参阅附录3中的中断10H之功能00H中所列。

1)文本显示方式

文本显示方式是指以字符为最小单位的显示方式，每个字符都是以矩形块形式显示的。在BIOS ROM中存有多种不同大小的字符集，主要的显示字符集大小为：8×8(标准)、8×14和8×16等。

在常用的文本显示模式(模式3)下，屏幕被划分成25行，每行可显示80个字符，所以，每屏最多可显示2000(80×25)个字符。为了便于标识屏幕上的每个显示位置，我们就用其所在行和列来表示之，并规定：屏幕的左上角坐标为(0, 0)，右下角坐标为(24, 79)。

在显示字符时，用一个字节存储该字符的ASCII码，用另一个字节存储的显示属性，即：显示颜色。

由上面的叙述可知：在80×25的文本显示模式下，满屏可显示2000个字符，也就需要4000个字节来存储一屏的显示信息。

2)图形显示方式

图形显示是目前最常用的一种显示方式，也是Windows操作系统的默认显示方式。在该显示方式下，我们可以看到优美的图象、VCD、浏览丰富多彩的网页等。

图形显示的最小单位是象素，对每个象素可用不同的颜色来显示。所以，在显示缓冲区内记录的信息是屏幕各象素的显示颜色。

由于各种图形显示模式所能显示的颜色和象素是不同的，它决定了显示缓冲区的存储方式也是不同的。下面给出三个具体的图形显示模式及其存储方式，通过它们可看出各种显示模式在显示缓冲区存储方式上的明显差异。

(1)4色320×200图形显示模式

由于每个象素只能是四种颜色之一，而四种情况用2位二进制就可表示，所以，一个字节可表示4个象素的显示颜色，存储一行上的所有象素信息就需要80个字节。

在具体存储过程中，它又把偶数行象素和齐数行分开来存储。偶数行和齐数行的象素总数各有32000个，也都需要8000个字节来存储，并规定：偶数行象素从0B800:0000H开始存储，齐数行象素从0B800:2000H开始存储。

(2)16色640×480图形显示模式

640×480图形显示模式共有307200个象素，每个象素可选用16种颜色，它需要用4位二进制来表示。该显示模式在存储显示信息时，把该4位分在四个位平面P1、P2、P3和P4上，所以，位平面Pi(i=1,2,3,4)共有307200个二进制位，即有38400个字节。

由图8.9可看出：若要改变某个象素的显示颜色，则需要在每个位平面上修改其对应的二进制位。所以，若用操作显示缓冲区的方法来改变象素的颜色，那么编程将困难得多。在屏幕上显示一个点，必须遵循以下步骤：

读入要改变的内存单元，把位平面信息装入显示卡；

通过图形地址寄存器(GAR)和位屏蔽寄存器(BMR)选择并寻址到其二进制位；

寻址并设定映像屏蔽寄存器(MMR)为0FH，在对应象素地址填入0(黑色)来清除象素的原有颜色；

通过MMR设定该象素当前所要颜色；

通过修改包含显示信息的内存单元来写象素。

对于该显示模式下，改变象素方法的详细描述和例子，请参阅参考书籍[2]、[4]，或其它有关技术资料，在此不再进一步展开叙述。

若用BIOS中断10H之功能0DH/0CH来读/写象素，则它可屏蔽掉各种显示模式的差异，用同样的参数完成同样的功能。所以，在此建议：使用系统中断的方法来实现对图形象素的操作。

(3)256色320×200图形显示模式

表达256种不同颜色需要8位二进制，即一个字节。在该模式下，其显示缓冲区的存储方式是非常简单的，即：第一个字节存储第一个象素的颜色，第二个字节存储第二个象素的颜色，以此类推，所以，存储满屏象素所需要的字节数为：320×200×1＝64000。

从上面三种不同图形显示模式的介绍，不难看出：各种显示模式在显示缓冲区存储方式上的明显差异，操作象素方法的难易程度相差也很大，所以，再次建议：程序员不要用直接操作显示缓冲区的办法来达到改变显示象素的目的，最好是通过BIOS内的中断功能来实现相应的功能，这样，所编写的程序能很方便地适应不同的图形显示模式。

2、显示缓冲区

显示缓冲区是用来记录屏幕显示信息的。在文本显示方式下，这些显示信息包括：每个显示字符的ASCII码及其显示属性，如图8.7所示。在图形显示方式下，显示缓冲区内存储每个象素的显示颜色。

在图8.7中，我们并没有给出具体的段地址，只用”XXXX”来表示其段地址。在常用的VGA显示方式下，计算机系统规定：

文本显示方式下，单色显示器的显示缓冲区段地址为0B000H；

文本显示方式下，彩色显示器显示缓冲区段地址为0B800H；

图形显示方式下，其显示缓冲区段地址为0A000H。

3、DOS功能中的屏幕输出

屏幕输出是最常用的一种输出形式，DOS操作系统提供了几种实现屏幕输出的功能调用。INT 21H中的相关功能如下：

02H——显示的字符

06H——控制台的输入/输出：当DL≠0FFH，表示显示字符

09H——在屏幕上显示一个字符串

有关中断功能的详细描述和调用参数在此从略，需要查阅者可参阅附录3之字符功能调用类。

4、BIOS中的屏幕操作功能

BIOS系统提供了中断10H来实现各种屏幕处理功能。其具体的功能如下：

00H——设置显示器模式 01H——设置光标形状

02H——设置光标位置 03H——读取光标信息

05H——设置显示页 06H、07H——初始化或滚屏(向上滚屏和向下滚屏)

08H——读光标处的字符及其属性 09H——在当前光标处按指定属性显示字符

0AH——在当前光标处显示字符 0CH——写图形象素

0DH——读图形象素 0EH——在Teletype模式下显示字符

0FH——读取显示器模式 10H——颜色

13H——在Teletype模式下显示字符串

有关中断功能的详细描述和调用参数在此从略，需要查阅者可参阅附录3之显示服务。

5、屏幕输出的举例

例8.2 用直接写屏方式在屏幕第5行、第10列以黄色(0EH)显示字符串”Hello”。

解：在文本显示方式下，每行显示80个字符，每个字符占2个字节，所以，显示一行需要160个字节。若在第m行、第n列位置显示字符，则该位置所对应存储单元的偏移量为：m×160 + n×2。

.MODEL SMALL

.DATA

Yellow　EQU　0EH

MSG1　DB　”Welcome…”

Count　EQU　$-MSG1

.CODE

.STARTUP

MOV AX, 0B800H

MOV ES, AX ;彩色显示器的显示缓冲区段地址

MOV DI, 5

IMUL DI, 160 ;5行所跳过的显示存储单元

MOV CX, 10

SHL CX, 1 ;10列所跳过的显示存储单元

ADD DI, CX ;第5行、第10列之前所跳过的所有显示单元

MOV CX, Count

LEA SI, MSG1 ;CX:字符个数，SI:显示字符首地址

MOV AH, Yellow;设置显示属性，即显示颜色

.REPEAT

LODSB ;取显示字符

STOSW ;向显示缓冲区设置显示字符和属性

.UNTILCXZ

.EXIT　0

END

3、键盘中断的处理过程

当用户按键时，键盘接口会得到一个代表该按键的键盘扫描码，同时产生一个中断请求。键盘中断服务程序先从键盘接口取得按键的扫描码，然后根据其扫描码判断用户所按的键并作相应的处理，最后通知中断控制器本次中断结束并实现中断返回。

若用户按下双态键(如：Caps Lock、Num Lock和Scroll Lock等)，则在键盘上相应LED指示灯的状态将发生改变；

若用户按下控制键(如：Ctrl、Alt和Shift等)，则在键盘标志字中设置其标志位；

若用户按下功能键(如：F1、F2、…等)，再根据当前是否又按下控制键来确定其系统扫描码，并把其系统扫描码和一个值为0的字节存入键盘缓冲区；

若用户按下字符键(如：A、1、+、…等)，此时，再根据当前是否又按下控制键来确定其系统扫描码，并得到该按键所对应的ASCII码，然后把其系统扫描码和ASCII码一起存入键盘缓冲区；

若用户按下功能请求键(如：Print Screen等)，则系统直接产生一个具体的动作。

有关键盘中各种单键、组合键的扫描码及其相应的ASCII码，请参阅本书的附录5。

4、DOS功能中的键盘输入

键盘输入是一种最常用的输入方式，所以，在DOS操作系统中，提供了能实现各种键盘输入的功能(Windows操作系统中仍然能用)。INT 21H中的相关功能如下：

01H——带回显的键盘输入 06H——控制台的输入/输出：当DL=0FFH，表示键盘输入

07H——不回显、不过滤的键盘输入 08H——不回显的键盘输入

0AH——键盘输入字符串 0BH——检查键盘输入状态

0CH——清除输入缓冲区的输入功能

有关中断功能的详细描述和调用参数在此从略，需要查阅者可参阅附录3之字符功能调用类。

5、BIOS中的键盘输入

在BIOS系统中，提供了中断16H来实现键盘输入功能。其具体的功能如下：

00H、10H——从键盘读一个字符，输入字符不回显

01H、11H——判断键盘缓冲区内是否有字符可读

02H——读取当前键盘状态字

有关中断功能的详细描述和调用参数在此从略，需要查阅者可参阅附录3之键盘服务。

6、直接操作端口的键盘输入

由表8.1可知：键盘输入端口的地址为60H，所以，我们可以用指令IN从该端口读取当前按键的扫描码。

例如：

MOV　DX, 60H

IN　　 AL, DX