вырабатывается командой установки "контрольных точек", которая также
используется при отладке. Прерывание 4 формируется при возникновении
условия переполнения, например, если результат арифметической операции не
помещается в регистр. Таким образом, четыре логических прерывания
распадаются на две пары: одна для арифметических операций (деление на ноль
и переполнение) и вторая для отладки программ (шаговый режим и контрольные
точки).
Наиболее интересны программные прерывания. Если программа должна
воспользоваться услугами другой программы, она должна передать управление
этой процедуре. Обычно это делается с помощью команды CALL. Для вызова
процедуры программа должна знать ее адрес, а вызываемая процедура может не
знать адреса вызывающей программы, поскольку механизм вызова автоматически
генерирует адрес возврата, который будет использован вызываемой программой
после завершения ее выполнения. Образно говоря, для перехода к
подпрограмме и возврата из нее достаточно купить билет в один конец -
обратный билет предоставляется бесплатно. Идея организации программных
прерываний должна позволять свободный переход и в прямом и в обратном
направлении, то есть иметь возможность вызвать подпрограмму и получить
управление обратно после ее завершения, так чтобы ни одна из сторон не
могла не знать о местонахождении (адресе) другой.
Программные прерывания обеспечивают такую возможность путем выработки
прерывания самой программой. Например, если программе необходимо вычислить
время дня, ей совершенно не требуется знать адрес программы подсчета
времени - достаточно знать только, что программа подсчета времени дня
запускается программным прерыванием 26.
Программные прерывания используются для вызова всех служебных
функций, представляемых обычным пользователям. Эти функции включают все
процедуры системы BIOS и ПЗУ и служебные процедуры ДОС. Программные
прерывания используются вместо непосредственных адресов по двум причинам.
Наиболее важная причина состоит в обеспечении возможности изменения
служебных процедур, вызываемых с помощью прерываний. Изменение процедуры
обычно приводит к изменению ее размера и размещения в памяти. Если
процедура вызывается с помощью прерывания, то использующие ее программы не
требуется изменять, когда изменилась процедура.
Другая причина использования программных прерываний для вызова
процедур связана с возможностью их замены. Рассмотрим пример. Как Вы
узнаете из главы 8, служебные процедуры для обслуживания дисплея выдают
звуковой сигнал с помощью динамика IBM/PC, каждый раз когда выдается код
CHR$(7). Предположим, что Вам необходимо подавить выдачу звукового
сигнала. Для этого можно написать программу, которая будет проверять какие
символы выдаются на экран и при появлении кода CHR$(7) заменяет его
пробелом. После окончания проверки эта программа должна передавать
управление обычной процедуре обслуживания дисплея.Фактически, нужно
сделать небольшое добавление перед стандартной процедурой обслуживания
дисплея. Чтобы задействовать эту программу необходимо заменить вектор
прерывания дисплея (прерывание 16) адресом Вашей программы.
Программные прерывания очень важны для работы IBM/PC. Большая часть
этой книги будет посвящена их более подробному описанию. В главе 4
описываются прерывания системы BIOS в ПЗУ. Чтобы Вы могли извлечь
максимальную пользу из этих системных функций, пакет программ, прилагаемый
к данной книге, содержит полный набор интерфейсных процедур, как
ассемблерных, позволяющих осуществлять доступ к служебным процедурам по
прерыванию из любых языков программирования (включая Бейсик и Паскаль),
так и вспомогательных процедур на Паскале, существенно облегчающих
использование ассемблерных процедур.
Прежде чем завершить рассмотрение прерываний, необходимо упомянуть
еще об одном необычном применении таблицы векторов прерываний. Таблица
векторов прерываний, располагающаяся в самом начале оперативной памяти,
предназначенная для хранения полных сегментированных адресов программ,
которые должны обслуживать соответствующие прерывания. Однако, в IBM/PC
использование таблицы векторов несколько шире. Хотя считается, что таблица
должна хранить только адреса программ, разработчики IBM/PC сочли ее очень
удобным местом для хранения адресов трех элементов, которые вовсе не
являются программами. Это адреса очень важных системных данных. Идея
заключается в том, чтобы использовать таблицу векторов прерываний в
качестве унифицированного хранилища важных сегментированных адресов - в
первую очередь, конечно, адресов программ, но, если необходимо, то и
данных. Таким образом, три номера прерываний, 29, 30 и 31 не используются
и соответствующие им вектора в таблице обнуляются, чтобы подготовить место
для хранения адресов трех важных таблиц данных. Естественно, что эти
номера прерываний не могут использоваться: если программа запросит
прерывание с номерами 29, 30 или 31, то управление будет передано в одну
из таблиц данных, которая начнет выполняться как программа.
В главе 6 мы более подробно рассмотрим ПЗУ и установим, что это за
таблица. Затем мы рассмотрим их по одной, в главах 7, 8, 9.
3.6. СТЕК
Стеки - это наиболее интересные и полезные средства современных
компьютеров. Вместе с прерываниями стеки обеспечивают эффективность работы
компьютеров.
Что такое стек? Стек - это место, в котором компьютер хранит рабочие
величины, так что один набор величин никогда не смешивается с другим
набором.
Стек получил свое имя благодаря метафоре, которую часто используют
для описания его работы. Представьте себе стопку тарелок, например, таких
которые используются в кафетериях, где тарелки находятся на подпружиненной
платформе, перемещающейся вверх и вниз. Если нужно добавить в стопку
(по-английски stack) чистые тарелки, которые были в стопке, опускаются
вниз. Когда кто-нибудь снимает тарелку сверху, вся стопка поднимается
вверх. Тарелки используются по принципу "последним вошел - первым вышел".
Когда компьютер занят работой и поступает прерывание, необходимо
место для того, что бы заполнить состояние компьютера до начала обработки
прерывания. Если еще одно прерывание поступит в процессе обработки
первого, то необходимо запомнить и эту информацию. Когда обслуживание
второго прерывания завершится, компьютер должен вернуться к выполнению
своей последней перед прерыванием работы, в данном случае к обслуживанию
первого прерывания. Для обслуживания прерываний и для многих других
операций, которые должны выполняться по принципу перехода к последней из
отложенных операций, наиболее естественным средством для запоминания
состояния компьютера будет стек.
Организация стека в IBM/PC основана на выделении под стек
определенной области оперативной памяти и использовании специального
регистра сегмента стека, SS, указывающего адреса этой области памяти.
Вершина стека указывается содержимым специального регистра, называемого
указателем стека SP. Стек компьютера, в отличие от подпружиненной стопки
тарелок, не перемещается физически, а остается на месте. Зато изменяется
адрес вершины стека, указываемый содержимым регистра SP.
Данные помещаются в стек компьютера операцией PUSH, извлекаются
операцией POP.
Когда возникает прерывание, адрес текущей программы, хранящийся в
регистрах CS и IP, помещается в стек, затем адрес процедуры обслуживания
прерывания загружается в эти регистры и начинается выполнение данной
процедуры. До ячейки, указываемой регистром SP (указателем стека),
хранятся данные всей предыдущей работы, ожидающей своего возобновления. За
указателем стека находится свободное пространство стека, которое может
использоваться процедурой обслуживания прерывания, если ей требуется
дополнительная рабочая область. Если возникнет еще одно прерывание, новая
процедура обслуживания найдет для себя свободную область в стеке несколько
дальше.
Когда завершается очередная процедура, она освобождается. Сначала из
стека извлекаются все рабочие значения, а затем извлекается адрес точки
приостанова предыдущей процедуры, который загружается в регистры CS и IP.
В процессе выполнения всех этих действий механизм работы со стеком
автоматически поддерживает последовательность их выполнения. Стеки
используются не только для обслуживания прерываний, но и при вызовах одних
программ другими. Как при вызовах, так и при обслуживании прерываний
принцип один: выполнявшаяся работа должна быть запомнена на время,так что
бы можно было начать новую. Когда новая работа будет завершена, необходимо
вернуться к выполнению старой в порядке, обратном тому в котором работа
приостановлена.
При вызове подпрограмм часто возникает необходимость передавать им
параметры, что можно сделать с помощью стека. В третьем приложении к этой
книге описывается стыковка программ на Паскале с программами на ассемблере
и там можно увидеть, как стек используется для передачи параметров.
Стеки настолько существенны для работы компьютеров, что можно только
удивляться их относительно недавнему включению в конструкцию компьютеров.
Серия компьютеров 360, которая являлась основной продукцией фирмы "IBM"
начиная с 1960-тых годов, не реализовывала концепцию стека, что сильно
отразилось на возможностях всей этой серии. Существует красивая легенда о
том, что руководитель, исключивший стековую архитектуру из конструкции
компьютеров фирмы "IBM", был в последствии "сослан" во внутрифирменный
аналог Сибири.
Использование стеков может быть гораздо шире, чем описывалось выше.
Микропроцессор 8088 использует стек только для хранения контекста
приостановленных программ. Для этой же цели стек использует большинство
компьютеров. Можно, однако, полностью переориентировать способ работы
компьютера с командами и данными, так что все будет основываться на
использовании стека. Такая архитектура, ориентированная на использование
стека, была разработана фирмой "Барроуз" и все, кто хочет понять на
сколько радикально может отличаться компьютер с такой архитектурой, от
обычных компьютеров, подобных IBM/PC, может обратиться к описаниям
компьютеров фирмы "Барроуз".
Имеется одна подробность в использовании стека микропроцессором 8088,
о которой необходимо знать, если Вам потребуется воспользоваться
содержимым стека или проверить рабочий стек. Стек продвигается от верхних
адресов памяти к нижним. Это означает , что старое содержимое стека имеет
большие абсолютные адреса памяти, чем указатель стека SP. Так, например,
чтобы извлечь параметры подпрограммы, помещенные в стек, используются
положительные смещения (это описано в 3 приложении к этой книге). Что
касается свободной части стека, к которой обычно обращаются только
командами записи или извлечения из стека, а не по прямому адресу памяти,
то для нее потребовалось бы отрицательное смещение относительно указания
стека.
3.7. Порт
Под портом понимают совокупность средств унифицирующих и упрощающих
способ взаимодействия микропроцессора 8088 с внешним миром. Порт
обеспечивает единственную возможность приема или передачи данных любым
обьектам кроме памяти.
Всем устройствам, с которыми должен взаимодействовать процессор,
таким как клавиатура, дисководы или динамик, выделяется собственный порт.
Порт представляет собой гипотетический путь данных, которому присвоен
номер порта и который может принимать или передавать данные по команде
