8086CPU的中断处理笔记

《汇编语言》第三版有关中断处理的学习笔记。

相关概念

什么是中断？

一种来自CPU内部或者外部的中断信息，被CPU检测到，CPU在执行完当前正在执行的指令后，可以立即对所接收到的信息进行处理。

Wiki上的解释更为简单点：

In digital computers, an interrupt is an input signal to the processor indicating an event that needs immediate attention.
中断可分为哪些类型？
按照是否发生在CPU内部，分为：
- 内中断：发生在CPU内部的中断，比如溢出。
- 外中断：发生在CPU外部的中断，比如外部设备输入
中断处理的基本机制是什么？

一般分四步：
- 获取中断类型码 N
- 标志寄存器入栈，TF，IF 设置为0
- CS，IP入栈
- (IP)= (N * 4), (CS) = (N * 4 + 2)
其中，外中断与内中断在第一步，即获取中断类型码N稍有不同，因为外中断的中断信息来自CPU外部，中断类型码通过数据总线送入CPU的，而内中断的中断类型码是直接在CPU内部产生的。

中断后面的三步可转换成如下汇编语言：
```
; 标志寄存器入栈
pushf

; 设置 TF，IF 为0，TF，IF为标志寄存器的8，9位
pushf
pop bx
and bh, 11111100b
push bx
popf

; CS，IP入栈
push CS
push IP
```
这里解释下为什么要设置 TF=0， IF=0。
- TF 与单步中断有关
  
  单步中断的类型码为1， CPU检测TF，如果 TF =1，则产生单步中断，CPU会去执行1号中断处理程序，故这里将TF设置为0。
- IF与外中断相关
  
  CPU可以不响应的外中断称为可屏蔽中断。CPU通过IF的值决定是否响应可屏蔽中断。
  
  当 IF=1，CPU执行完当前指令后，响应中断，引发中断过程。IF=0，CPU不响应可屏蔽中断。
  
  所以这里设置IF=0，这样，在进入中断例程后，便禁止了其他的可屏蔽中断。
如何根据中断类型码找到对应的中断例程的入口地址？

通过中断向量表 IDT Interrupt description table。

对8086机，中断向量表指定存放在内存地址0处，共有256种中断类型，一个表项存放一个中断例程的入口地址，即CS：IP，故整个中断向量表占用 4 byte * 256 = 1024 byte，即内存地址从0000:0000 到 0000:03FF的1024个单元中存放着中断向量表。
中断例程有哪些？

中断例程分两种：
- 程序员自己编写的
- 系统自带的：可由 BIOS 或 DOS提供。
  BIOS：基本输入输出系统，存放在ROM中。
  
  BIOS 中主要包括的中断：
  - 外部中断和内部中断的中断例程
  - 用于对硬件设备进行 I/O操作的中断例程「比如在屏幕进行打印，int 10h」
  - 其他和硬件系统相关的中断例程
  操作系统DOS 也提供了中断处理，注意，和硬件设备相关的DOS 中断例程中，一般都调用了BIOS中的中断例程。
  
  BIOS, DOS 提供的中断例程，都是使用ah 来传递子程序的编号。
  
  比如(ah)=9, 表示调用第 N 号中断例程的9号子程序。
  
  8086支持的中断例程列表：bios and dos interrupts
程序员如何自己编写中断处理程序？

三步走：
- 编写中断处理程序
- 将中断处理程序复制到指定的内存地址中
- 设置中断向量表
这里，将中断处理程序复制到内存中哪个地方合适？

内存地址从0000:0000 到 0000:03FF的1024个单元中，存放着256种中断类型的入口地址，但实际上，系统要处理的中断事件远没有达到256个，一般情况下，从0000:0200 到 0000:02FF 的256个字节所对应的中断向量表项都是空的，可以安放在此处。
有哪些常见的中断例程？

int 10h:

BIOS 提供， (ah)=2h, 表示调用第 10h 号中断例程的2号子程序，置光标， (ah)=9h, 表示调用第 10h 号中断例程的9号子程序，在光标位置显示字符。

int 21h:

DOS 提供, (ah)=4ch, 表示调用第 21h 号中断例程的4c号子程序，即退出程序， (ah)=9h, 表示调用第 21h 号中断例程的9号子程序，在光标位置显示字符串。

int 9h:

BIOS 提供。从60h端口读出输入的扫描码，并将其转化为相应的ASCII码或状态信息，存储在内存的指定空间（键盘缓冲区/状态字节）中。

Int 16h

BIOS提供，该中断例程包含的0号子程序，可以从键盘缓冲区中读取一个键盘的输入。

端口读写

外中断的处理，涉及到端口读写，来了解下。

CPU 可以直接读写3个地方的数据：

CPU内部的寄存器
内存单元
端口

CPU 对端口的读写只有两个指令： in (读取), out（写入）.

读写端口，只能通过 ax / al, 即读入的信息和写入的信息都通过 ax / al 传递。

端口地址范围：0～65535

0～255的端口读写：
```
in al, 20h
out 20h, al
```

256～65535的端口读写：

mov dx, 3ffh ;需要一个16位寄存器来存放端口地址
in al, dx
out dx, al

有关外中断

主要为处理外部设备的输入输出，比如键盘的输入。

外设与CPU交互通过端口实现：

外设的输入先送入相关的接口芯片的端口，CPU通过访问端口来读取外设的输入。

同样，CPU向外设的输出也不是直接送入外设，而是先送入端口，再由相关芯片送入外设，即端口相当于一个中间站。CPU通过端口与外设联系。

外中断分为两类：

可屏蔽中断： CPU 可以不响应的外中断

通过标志寄存器中的 IF位来判断是否屏蔽。

8086CPU提供了设置IF的指令：

sti ，设置 IF=1

cli，设置 IF=0

几乎所有由外设引发的外中断，都是可屏蔽中断。
不可屏蔽中断：CPU必须响应的外中断

对于8086CPU，不可屏蔽中断的中断类型码固定为2。

不可屏蔽中断是系统中，有必须处理的紧急情况发生时，用来通知CPU的中断信息。