Министерство образования Российской Федерации

Волжский университет им. Татищева

Факультет «Информатика и телекоммуникации»

Кафедра «Информатика и системы управления»

УТВЕРЖДАЮ

Проректор по учебной работе

_____________Е.В. Филатова

«_____»____________ 200 г.

МЕТОДИЧЕСКОЕ УКАЗАНИЕ

для проведения лабораторной работы по теме

''Программирование контроллера приоритетных прерываний''

по курсу ''Организация ЭВМ''

для студентов специальностей 220100, 071900

Тольятти

Создание и компиляция программ на ассемблере

Процесс разработки программы на ассемблере состоит из пяти этапов:

1. Создание файла с исходным текстом программы в любом текстовом редакторе. Расширение файла с исходным текстом может быть .asm, или .txt, или .doc.

2. Создание объектного модуля. В среде DOS или NORTON или FAR в командной строке набираете следующую команду:

tasm name.asm

или

tasm.exe name.asm name.obj

name.asm файл с исходным текстом программы. При этом файлы tasm.exe и name.asm должны находится в одном каталоге. После запуска этой команды мы получаем объектный файл с расширением .obj. Если объектный файл не появился, то в программе содержатся ошибки. Перечень ошибок можно посмотреть, отключив панели (ctrl+o или Ctrl+f1 и ctrl+f2).

3. Создание исполнительного файла. В командной строке набираем следующую команду:

tlink name.obj

или

tlink.exe name.obj name exe

При этом файлы tlink.exe и name.obj должны находится в одном каталоге. После запуска этой команды мы получаем запускной файл с расширением .exe. Если запускной файл не появился в этом каталоге, то в данном каталоге не хватает некоторых библиотек. Перечень файлов можно посмотреть, отключив панели (ctrl+o или Ctrl+f1 и ctrl+f2).

4. Тестирование программы. Запустите исполнительный файл.

5. Пошаговая отладка. В командной строке набираем следующую команду:

td name . exe

Структура программы на ассемблере

Model small ;модель программы, или же количество памяти на сегмент

. data ;сегмент данных

;описание переменных

. stack 100 h ;сегмент стека

. code ; сегмент данных

;процедуры, макрокоманды

main :

;основная программа

end main

Директивы резервирования памяти

Для описания простых типов данных в программе используются специальные директивы резервирования и инициализации данных, которые, по сути, являются указаниями транслятору на выделение определенного объема памяти. Если проводить аналогию с языками высокого уровня, то директивы резервирования и инициализации данных являются определениями переменных.

Машинного эквивалента этим директивам нет; просто транслятор, обрабатывая каждую такую директиву, выделяет необходимое количество байт памяти и при необходимости инициализирует эту область некоторым значением .

Директивы резервирования и инициализации данных простых типов имеют формат:

Рис. 1. Директивы описания данных простых типов

На рис. 1 использованы следующие обозначения:

· ? показывает, что содержимое поля не определено, то есть при задании директивы с таким значением выражения содержимое выделенного участка физической памяти изменяться не будет. Фактически, создается неинициализированная переменная;

· значение инициализации — значение элемента данных, которое будет занесено в память после загрузки программы. Фактически, создается инициализированная переменная, в качестве которой могут выступать константы, строки символов, константные и адресные выражения в зависимости от типа данных. Подробная информация приведена в приложении 1;

· выражение — итеративная конструкция с синтаксисом, описанным на рис. 5.17. Эта конструкция позволяет повторить последовательное занесение в физическую память выражения в скобках n раз.

· имя — некоторое символическое имя метки или ячейки памяти в сегменте данных, используемое в программе.

· db — резервирование памяти для данных размером 1 байт. Директивой db можно задавать следующие значения:

o выражение или константу, принимающую значение из диапазона:

для чисел со знаком –128...+127; для чисел без знака 0...255;

o символьную строку из одного или более символов. Строка заключается в кавычки. В этом случае определяется столько байт, сколько символов в строке.

· dw — резервирование памяти для данных размером 2 байта .

o выражение или константу, принимающую значение из диапазона:

для чисел со знаком –32 768...32 767; для чисел без знака 0...65 535;

o выражение, занимающее 16 или менее бит, в качестве которого может выступать смещение в 16-битовом сегменте или адрес сегмента;

o 1- или 2-байтовую строку, заключенная в кавычки.

· dd — резервирование памяти для данных размером 4 байта.

o выражение или константу, принимающую значение из диапазона:

для чисел со знаком –2 147 483 648...+2 147 483 647;

для чисел без знака 0...4 294 967 295;

o относительное или адресное выражение, состоящее из 16-битового адреса сегмента и 16-битового смещения;

o строку длиной до 4 символов, заключенную в кавычки.

· df — резервирование памяти для данных размером 6 байт;

· dp — резервирование памяти для данных размером 6 байт. Директивами df и dp можно задавать следующие значения:

o выражение или константу, принимающую значение из диапазона:

для чисел со знаком –2 147 483 648...+2 147 483 647;

для чисел без знака 0...4 294 967 295;

o относительное или адресное выражение, состоящее из 32 или менее бит (для i80386) или 16 или менее бит (для младших моделей микропроцессоров Intel);

o адресное выражение, состоящее из 16-битового сегмента и 32-битового смещения;

o строку длиной до 6 байт, заключенную в кавычки.

· dq — резервирование памяти для данных размером 8 байт.

относительное или адресное выражение, состоящее из 32 или менее бит

o константу со знаком из диапазона –2⁶³ ...2^63–1 ;

o константу без знака из диапазона 0...2^64–1 ;

o строку длиной до 8 байт, заключенную в кавычки.

· dt — резервирование памяти для данных размером 10 байт.

относительное или адресное выражение, состоящее из 32 или менее бит

o адресное выражение, состоящее из 16-битового сегмента и 32-битового смещения;

o константу со знаком из диапазона –2⁷⁹ ...2^79-1 ;

o константу без знака из диапазона 0...2^80-1 ;

o строку длиной до 10 байт, заключенную в кавычки;

o упакованную десятичную константу в диапазоне 0...99 999 999 999 999 999 999.

Очень важно уяснить себе порядок размещения данных в памяти. Он напрямую связан с логикой работы микропроцессора с данными. Микропроцессоры Intel требуют следования данных в памяти по принципу: младший байт по младшему адресу .

Для иллюстрации данного принципа рассмотрим пример 1, в котором определим сегмент данных. В этом сегменте данных приведено несколько директив описания простых типов данных.

Пример 1. Пример использования директив резервирования и инициализации данных. Результатом работы данной программы будет строка 'Привет, все работает'

end start

Окончание работы программы сопровождается полной выгрузкой программы из оперативной памяти, это осуществляется функцией 4с00h прерывания int 21h.

Все что в данной программе выделено жирным шрифтом обязательно при написании любой программы.

При написании программ на ассемблере регистр букв не важен.

Организация ввода-вывода на ассемблере

Ввод-вывод данных в компьютер осуществляется посредством различных периферийных устройств. Общение процессора с различными периферийными происходит через систему прерываний. Для ввода-вывода данных служит прерывание int 21h.

Основная последовательность дей­ствий при использовании прерываний 2lh (DOS):

1. Поместить номер функции в регистр ah.

2. Поместить передаваемые функции параметры в определенные регистры (они приведены при описании каждой функции).

3. Вызвать прерывание 2lh (DOS) командой int 21h

4. Извлечь результаты работы функций из определенных регистров. Какие именно регистры и что они содержат после возврата управления из функ­ции программе пользователя, указывается при описании каждой функции.

Прерывание DOS 2lh предназначено для предоставления программисту раз­личных услуг со стороны операционной системы. Этими услугами является набор функций. Какая именно функция должна быть вызвана, указывается числом в регистре ah.

Некоторые функции DOS ( int 21 h )

Пример 2. Программа ввода символа с клавиатуры

end start

Пример 3. Программа вывода символа на экран

end start

Пример 4. Вывод строки на экран

end start

Организация вычислений

Логические команды

Система команд микропроцессора содержит пять логических команд. Эти команды выполняют логические операции над битами операндов. Размерность операндов должна быть одинакова. В качестве операндов могут использоваться, регистры, ячейки памяти (переменные) и непосредственные операнды (числа). Любая логическая команда меняет значение следующих флагов of, sf,zf,pf,cf (переполнение, знак, нуля, паритет, перенос)

and операнд_1,операнд_2 — операция логического умножения (И - конъюнкция).

and ah, 0a1h; ah:=ah٧0ah

and bx, cx; bx:=bx٧cx

and dx, x1; dx:=dx٧x1

or операнд_1,операнд_2 — операция логического сложения (ИЛИ - дизъюнкцию)

or al, x1; al:=al & x1

or eax,edx; eax:=eax & edx

or dx, 0fa11h; dx:=dx & 0fa11h

Команда or может применяться для установки определенных бит в 1. Например, необходимо установить в единицу 4й и 7й биты регистра ah.

or ah, 10010000b или or ah, 90h

xor операнд_1,операнд_2 — операция логического исключающего сложения (исключающего ИЛИ ИЛИ-НЕ). Команда может применятся для выяснения того какие биты в операндах различаются ил для инвертирования состояния заданных бит в операнде_1. Например, необходимо определить совпадает ли содержимое регистров ax и dx

xorax, dx ;если содержимое совпадает то в регистре ах мы получим

;нулевой результат, иначе не нулевой результат.

xorbh,10b ; инвертировали 1й бит в регистре bh

test операнд_1,операнд_2 — операция “проверить” (способом логического умножения). Команда выполняет поразрядно логическую операцию И над битами операндов операнд_1 и операнд_2. Состояние операндов остается прежним, изменяются только флаги zf, sf, и pf, что дает возможность анализировать состояние отдельных битов операнда без изменения их состояния.

not операнд — операция логического отрицания. Команда выполняет поразрядное инвертирование (замену значения на обратное) каждого бита операнда. Результат записывается на место операнда.

notax ;ax:=

Пример 5. Логическое сложение двух однобайтных чисел.

end start

Следующие две команды позволяют осуществить поиск первого установленного в 1 бита операнда. Они появились в 486 процессоре.

bsf операнд_1, операнд_2 – сканирование бит операнда_2 от младшего к старшему в поисках первого бита установленного в 1. Если такой обнаружится, то в операнд_1 заноситься номер этого бита в целочисленном формате.

Пример:

moval,02h

bsfbx,al ; bx:=1, т.к. 1й бит регистра al=1

bsr операнд_1, операнд_2 – сканирование бит операнда_2 от старшего к младшему в поисках первого бита установленного в 1. Если такой обнаружится, то в операнд_1 заноситься номер этого бита в целочисленном формате.

Пример:

moval,82h

bsrbx,al ; bx:=6, т.к. 6й бит регистра al=1

Если операнд_2 равен 0 то вышеописанные две команды устанавливают флаг нуля zfв 1, иначе в 0.

Арифметические операции над целыми двоичными числами

Сложение двоичных чисел

inc операнд - операция инкремента, то есть увеличения значения операнда на 1;

incax; ax:=ax+1

incx1; х1:=х1+1

add оп1,оп2 - команда сложения с принципом действия: оп1 = оп1 + оп2 (addition)

add al, bl

add ax, 0fe2h

add ebx, x1+2

add x1, 0fh

addx2, ax

adc оп1,оп2 - команда сложения с учетом флага переноса cf. оп1 = оп1 + оп2 + знач_cf

Вычитание двоичных чисел

dec операнд — операция декремента, то есть уменьшения значения операнда на 1;

dec cx ;cx:=cx-1

dec x

sub операнд_1,операнд_2 — команда вычитания; ее принцип действия:

операнд_1 = операнд_1 – операнд_2

subal, bl; al:=al-bl

sub ax, x1

sub x2, dx

sub eax, 0f35h

sub x2, 22h

sbb операнд_1,операнд_2 — команда вычитания с учетом заема (флага cf ):

операнд_1 = операнд_1 – операнд_2 – значение_cf

Пример 6. Сложение двух однобайтных чисел.

end start

Умножение двоичных чисел

mul множитель_1 - операция умножения двух целых чисел без учета знака

Алгоритм работы:

Команда выполняет умножение двух операндов без учета знаков. Алгоритм зависит от формата операнда команды и требует явного указания местоположения только одного сомножителя, который может быть расположен в памяти или в регистре. Местоположение второго сомножителя фиксировано и зависит от размера первого сомножителя. Местоположение результата также зависит от размера первого сомножителя.

muldl; ax:=al*dl, dl- множитель_1 , al- множитель_2

mulx1; dx:ax=ax*0ad91h, x1 word- множитель_1 , ax- множитель_2

mulecx; edx:eax=eax*ecx, ecx- множитель_1 , eax- множитель_2

в результате умножения может возникнуть ситуация когда результат по размеру превысит 16 или 32 бита, тогда старшая часть результата умножения заноситься в dx или edx соответственно.

imul множитель_1 - операция умножения двух целочисленных двоичных значений со знаком

Деление двоичных чисел

div делитель - выполнение операции деления двух двоичных беззнаковых значений

Алгоритм работы:

Для команды необходимо задание двух операндов — делимого и делителя. Делимое задается неявно, и размер его зависит от размера делителя, который указывается в команде. Расположение результата зависит от размера делителя.

divdl ;ah:al=ax/dl, ax –делимое, dl- делитель , ah-частное, al -остаток

divx1 ;ax:dx=dx:ax/0ad91h, dx:ax –делимое, x1 word- делитель ,

;ax-частное, dx -остаток

divecx ;eax:edx=edx:eax/ecx, edx:eax –делимое, ecx- делитель ,

;eax-частное, edx -остаток

idiv делитель - операция деления двух двоичных значений со знаком

Пример 7. Умножение двух однобайтных чисел.

end start

Пример 8. Деление двух однобайтных чисел.

end start

ASCII коды и их интепритация

Ввод информации с клавиатуры и вывод ее на экран осуществляется в символьном виде, т.е. любой символ предоставляется в ASCII кодах. Причем на один символ идет один ASCII код. На два символа – два ASCII кода, и т.д. Любое число, вводимое с клавиатуры и выводимое на экран, представляется последовательностью ASCII кодов.

Табл.1. ASCII коды цифр

Рассмотрим последовательность действий для преобразования чисел в их ASCII код и наоборот.

Ввод информации с клавиатуры:

1. Ввод символа с клавиатуры, один ASCII код находится в dl. Заранее не известно, что это за число от 0 до 9 или от а до f.

Cmpdl, 040h

Jbm1 ; если ASCII код меньше 40h значит ввели цифру от 0 до 9,

;переходим на метку m1

Cmpdl, 047h ; иначе ввели букву, заглавную или маленькую?

Jbm2 ;если ввели заглавную, переходим на m2, иначе выполняем

;дальше по программе

subdl, 057h ;в dl получаем из символов число a..fh

jmpm3 ;переходим на m3 чтобы не выполнять лишних вычислений

m2: subdl, 037h ;в dl получаем из символов число a..fh

jmpm3

m1: subdl, 030h ;в dl получаем из символов число 0..9 h

m3:

Далее приведен оптимизированный код преобразования числа из ASCII кодов. Подумайте в чем разница.

Cmpdl,040h

Jbm1

Cmpdl,047h

Jb m2

Sub dl, 020h

m2: sub dl, 07h

m1: sub dl, 030h

2. Ввод строки, отличается только тем, что такое сравнение надо проводить с каждым элементом, т.е. надо организовать цикл и обращение к каждому элементу. Рассмотрим позднее.

Вывод информации на экран

;двузначное число которое хотим вывести находится в bl

movdl, bl ; помещаем число в регистр dl

;сдвигаем содержимое dl на 4 бита вправо, чтобы получить отдельно десятки

shrdl, 4

andbl, 0fh ;получаем отдельно единицы

cmpdl, 0ah ;сравниваем dl с ah

jbm1 ;если меньше переходим на m1

add dl, 07h

m1: add dl, 30h

int 21h

mov dl, bl

cmpdl, 0ah ;сравниваем dl с ah

jb m2

add dl, 07h

m2: add dl, 30h

int 21h

Попробуйте сами разобраться в приведенном кусочке кода.

Команды передачи управления

По принципу действия, команды микропроцессора, обеспечивающие организацию переходов в программе, можно разделить на три группы:

1. Команды безусловной передачи управления:

- команда безусловного перехода; jmp

- вызова процедуры и возврата из процедуры; call, ret

- вызова программных прерываний и возврата из программных прерываний. Int, iret

2. Команды условной передачи управления:

- команды перехода по результату команды сравнения cmp;

- команды перехода по состоянию определенного флага;

- команды перехода по содержимому регистра ecx/cx.

3. Команды управления циклом:

- команда организации цикла со счетчиком ecx/cx;

- команда организации цикла со счетчиком ecx/cx с возможностью досрочного выхода из цикла по дополнительному условию.

jmp адрес_перехода - безусловный переход без сохранения информации о точке возврата. Аналог goto.

Условные переходы

Команды условного перехода имеют одинаковый синтаксис:

jcc метка_перехода

Мнемокод всех команд начинается с “j ” — от слова jump (прыжок), cc — определяет конкретное условие, анализируемое командой. Что касается операнда метка_перехода , то эта метка может находится только в пределах текущего сегмента кода, межсегментная передача управления в условных переходах не допускается .

Для того чтобы принять решение о том, куда будет передано управление командой условного перехода, предварительно должно быть сформировано условие, на основании которого и будет приниматься решение о передаче управления. Источниками такого условия могут быть:

- любая команда, изменяющая состояние арифметических флагов;

- команда сравнения cmp , сравнивающая значения двух операндов;

- состояние регистра ecx/cx.

jcxz метка_перехода (JumpifcxisZero) — переход, если cx ноль;

jecxz метка_перехода (JumpEqualecxZero) — переход, если ecx ноль.

Условные переходы по содержимому флагов

Пример 9. Определите, равны ли два числа вводимые пользователем с клавиатуры. Определить равенство чисел можно используя вычитание, если разность исследуемых чисел равна 0, то они равны.

model small

.stack 100h

.data

s1 db 'числаравны$'

s2 db 'числа не равны$'

.code

start:

mov ax,@data

movds,ax

movah,01h

int 21h ;ввели первое число

movdl,al ;посылаем в dl первое число

int 21h ;ввели второе число

subal,dl ;сравнили числа

jnzm1 ;если получили не 0 результат, то на метку m1

movdx, offsets1 ;иначе выводим строку s1, о том что числа равны.

jmpm2

m1: movdx, offsets2 ;числа не равны, выводим строку s2

m2: movah,09h

int 21h ;вывод информационную строку

mov ax,4c00h

int 21h

end start

Команда сравнения cmp

cmp операнд_1,операнд_2 - сравнивает два операнда и по результатам сравнения устанавливает флаги. Команда сравнения cmp имеет интересный принцип работы. Он абсолютно такой же, как и у команды вычитания sub. Единственное, чего она не делает — это запись результата вычитания на место первого операнда.

Алгоритм работы:

-выполнить вычитание (операнд1-операнд2);

-в зависимости от результата установить флаги, операнд1 и операнд2 не изменять (то есть результат не запоминать).

Условные переходы после команд сравнения

Пример 10. Определите, равны ли два числа вводимые пользователем с клавиатуры.

model small

.stack 100h

.data

s1 db 'числаравны$'

s2 db 'числа не равны$'

.code

start:

mov ax,@data

movds,ax

movah,01h

int 21h ;ввели первое число

mov dl,al

mov ah,01h

int 21h ;ввели второе число

cmpal,dl ;сравнили числа

jne m1

mov dx, offset s1

jmp m2

m1: mov dx, offset s2

m2: movah,09h

int 21h ;вывод информационную строку

mov ax,4c00h

int 21h

end start

Пример 11. Даны три числа, найти среди них максимальное.

model small

.stack 100h

.data

s1 db 'максимальноечисло',10,13,'$'

x1 db 34

x2 db 56

x3 db 45

.code

start:

mov ax,@data

mov ds,ax

mov dx, offset s1

mov ah,09h

int 21h ;вывод информационную строку

;находим максимальное число

movdl,x1 ;dl:=x1

cmpdl,x2 ;сравниваем х1 и х2

jam1 ;если х1>х2, то на m1

movdl,x2 ;иначе dl:=x2

m1: cmpdl,x3 ;сравниваем dl и х2

jam2 ;если dl>х3 то на m2

movdl,x3

;в dl находится самый максимальный элемент

m2: movah,02h

int 21h ;выводим максимальный элемент

mov ax,4c00h

int 21h

end start

Организация циклов

loop метка_перехода (Loop) — повторить цикл

Работа команды заключается в выполнении следующих действий:

- декремента регистра ecx/cx;

- сравнения регистра ecx/cx с нулем:

- если (ecx/cx) > 0, то управление передается на метку перехода;

- если (ecx/cx) = 0, то управление передается на следующую после loop команду

Организация цикла:

movcx, количество циклов

м1: тело цикла

loopm1

loope/loopz метка_перехода (Loop till cx <> 0 or Zero Flag = 0) — повторить цикл, пока cx <> 0 или zf = 0.

loopne/loopnz метка_перехода (Loop till cx <> 0 or Not Zero flag=0) — повторить цикл пока cx <> 0 или zf = 1

Недостаток команд организации цикла loop, loope/loopz и loopne/loopnz в том, что они реализуют только короткие переходы (от –128 до +127 байт).

Организация вложенных циклов:

movcх,n ; в сх заносим количество итераций внешнего цикла

m1:

pushcx

…

movcx,n1; в сх заносим количество итераций внутреннего цикла

m2:

тело внутреннего цикла

loopm2

…

popcx

loopm1

Пример 12. Напишите программу подсчета у=1+2+3+…+n, n не более 10000.

model small

.stack 100h

.data

yb dd ?

ym dw ?

s1 db 'введите n',10,13,'$'

.code

start:

mov ax,@data

mov ds,ax

mov dx, offset s1

mov ah,09h

int 21h

mov cx,3

m: shl bx,4

movah,01h

int 21h вводим n в регистр bx

sub ax,130h

add bx,ax

loop m

mov cx,bx

xor dx,dx

xoral,al

m1: adddx,cx считаем у

jnc m2

mov al,1

m2: loop m1

cmp al,1

je m3

mov ym,dx

m3: mov yb,edx

mov ax,4c00h

int 21h

end start

Команды обработки строк

Цепочка – это последовательность элементов, размер которых может быть байт, слово, двойное слово. Содержимое этих элементов может быть любое – символы, числа. В системе команд микропроцессора имеется семь операций-примитивов обработки цепочек. Каждая из них реализуется в микропроцессоре тремя командами, в свою очередь, каждая из этих команд работает с соответствующим размером элемента — байтом, словом или двойным словом.

Типовой набор действий для выполнения любой цепочечной команды:

- Установить значение флага df в зависимости от того, в каком направлении будут обрабатываться элементы цепочки — в направлении возрастания или убывания адресов.

- Загрузить указатели на адреса цепочек в памяти в пары регистров ds:(e)si и es: (e)di.

- Загрузить в регистр ecx/cx количество элементов, подлежащих обработке.

- Выдать цепочечную команду с префиксом повторений.

Пересылка цепочек

movs адрес_прием, адрес_источника (MOVeString)- переслать цепочку;

movsb MOVe String Byte) — переслатьцепочкубайт;

movsw (MOVe String Word) — переслатьцепочкуслов;

movsd (MOVe String Double word) — переслатьцепочкудвойныхслов.

Команда копирует байт, слово или двойное слово из цепочки источника, в цепочку приемника. Размер пересылаемых элементов ассемблер определяет, исходя из атрибутов идентификаторов. К примеру, если эти идентификаторы были определены директивой db, то пересылаться будут байты, если идентификаторы были определены с помощью директивы dd, то пересылке подлежат двойные слова.

Для цепочечных команд с операндами типа movs адрес_приемника,адрес_источника , не существует машинного аналога. При трансляции в зависимости от типа операндов транслятор преобразует ее в одну из трех машинных команд: movsb, movsw или movsd .

Сама по себе команда movs пересылает только один элемент, исходя из его типа, и модифицирует значения регистров esi/si и edi/di. Если перед командой написать префикс rep , то одной командой можно переслать до 64 Кбайт данных. Число пересылаемых элементов должно быть загружено в счетчик — регистр cx (use16) или ecx (use32).

Пример 13. Пересылка строк командой movs

MODELsmall

.STACK256

source db 'Тестируемая строка','$' ;строка-источник

dest db 19 DUP (' ') ;строка-приёмник

.code

main:

mov ax,@data ;загрузка сегментных регистров

mov ds,ax ;настройка регистров DS и ES на адрес сегмента данных

mov es,ax

cld ;сброс флага DF — обработка строки от начала к концу

lea si,source ;загрузка в si смещения строки-источника

lea di,dest ;загрузка в DS смещения строки-приёмника

mov cx,20 ;для префикса rep — счетчик повторений (длина строки)

rep movs dest,source ;пересылкастроки

lea dx,dest

mov ah,09h ;вывод на экран строки-приёмника

int 21h

mov ax,4c00h

int 21h

Операция сравнения цепочек

cmps адрес_приемника,адрес_источника (CoMPare String) — сравнить строки;

cmpsb (CoMPare String Byte) — сравнитьстрокубайт;

cmpsw (CoMPare String Word) — сравнитьстрокуслов;

cmpsd (CoMPare String Double word) — сравнитьстрокудвойныхслов.

Алгоритм работы команды cmps заключается в последовательном выполнении вычитания (элемент цепочки-источника — элемент цепочки-получателя) над очередными элементами обеих цепочек. Принцип выполнения вычитания командой cmps аналогичен команде сравнения cmp. Она, так же, как и cmp, производит вычитание элементов, не записывая при этом результата, и устанавливает флаги zf, sf и of.

После выполнения вычитания очередных элементов цепочек командой cmps, индексные регистры esi/si и edi/di автоматически изменяются в соответствии со значением флага df на значение, равное размеру элемента сравниваемых цепочек.

Операция сканирования цепочек

scas адрес_приемника (SCAning String) — сканировать цепочку;

scasb (SCAningStringByte) — сканировать цепочку байт;

scasw (SCAning String Word) — сканироватьцепочкуслов;

scasd (SCAning String Double Word) — сканироватьцепочкудвойныхслов

Эти команды осуществляют поиск искомого значения, которое находится в регистре al/ax/eax. Принцип поиска тот же, что и в команде сравнения cmps, то есть последовательное выполнение вычитания

(содержимое регистра_аккумулятора – содержимое очередного_элемента_цепочки).

В зависимости от результатов вычитания производится установка флагов, при этом сами операнды не изменяются.

Загрузка элемента цепочки в аккумулятор

lods адрес_источника (LOaD String) — загрузить элемент из цепочки в регистр-аккумулятор al/ax/eax;
lodsb (LOaD String Byte) — загрузить байт из цепочки в регистр al;

lodsw (LOaDStringWord) — загрузить слово из цепочки в регистр ax;

lodsd (LOaDStringDoubleWord) — загрузить двойное слово из цепочки в регистр eax.

Эта операция-примитив позволяет извлечь элемент цепочки и поместить его в регистр-аккумулятор al, ax или eax. Эту операцию удобно использовать вместе с поиском (сканированием) с тем, чтобы, найдя нужный элемент, извлечь его (например, для изменения).

Перенос элемента из аккумулятора в цепочку

stos адрес_приемника (STOre String) - сохранить элемент из регистра-аккумулятора al/ax/eax в цепочке;

stosb ( STOre String Byte ) - сохранить байт из регистра al в цепочке;

stosw ( STOre String Word ) - сохранить слово из регистра ax в цепочке;

stosd ( STOre String Double Word ) - сохранить двойное слово из регистра eax в цепочке.

Эта операция-примитив позволяет произвести действие, обратное команде lods, то есть сохранить значение из регистра-аккумулятора в элементе цепочки. Эту операцию удобно использовать вместе с операцией поиска (сканирования) scans и загрузки lods, с тем, чтобы, найдя нужный элемент, извлечь его в регистр и записать на его место новое значение .

Пример 14 . Подсчитайте количество несовпадающих элементов в заданной и введенной строках.

Model small

.stack 100h

.data

s0 db ‘Заданнаястрока$’

s1 db16 ;задаем количество символов во вводимой строке + знак Enters

s2 db?, 16 dup (?) ; ?- под количество введенных символов, массив под строку

s3 db 10,13, ‘Количество несовпадающих элементов - $' ;информац. строка

.code

movax, @data

movds, ax ;задаем адрес сегмента данных

moves, ax ;настраиваем адрес сегмента данных, где хранится строка приемник

;вводим сравниваемую строку

movah, 0ah

mov dx, offset s1

int 21h

;выводим информационную строку

movah, 09h

mov dx, offset s3

int 21h

;сравниваем строки, один элемент из заданной строки сравниваем со всеми ; элементами введенной строки

movdl,’0’ ;в dlascii-код 0

movcx, 16 ;в сх количество элементов в заданной строке

movsi, offsets0 ;в si адрес заданной строки-источника

z_str: pushcx ;сохраняем счетчик внешних циклов в стеке

lodsb ;загружаем элемент из заданной строки в аккумулятор, al

movdi, offsets2 ;в di адрес введенной строки-приемника

movcl, s2[di] ;в cl количество введенных элементов

xorch, ch ; обнуляем ch, т.к. в цикле счетчиком является сх

incdi ;на первый элемент строки-приемника

repescacb

;сканируем строку-приемник до тех пор пока элемент не = содержимому al,

;или пока не кончится строка

jzm1 ;zf=1, если в строке встретился элемент = содержимому al

incdl ; считаем количество не совпадающих элементов

m1: ;внутренний цикл по введенной строке закончился

popcx ;восстанавливаем содержимое сх

loopz_str

;после выхода из цикла в dl количество не совпадающих элементов

mov ah, 02h

int 21h ;выводим dl

mov ax,4c00h

int 21h

end

Массивы

Организация одномерных массивов

Все элементы массива располагаются в памяти последовательно

Описание элементов массива

masdb 1,2,3,4,5

masdw 5 dup (0)

Доступ к элементам массива

movax,mas[si] ; в si номер элемента в массиве

movmas[si], ax ; в di номер элемента в массиве

Пример 15. Найти в строке хотя бы один нулевой элемент

modelsmall

.stack 100h

.data

buferdw 25 ;формирую размер буфера для ввода строки

masdb 25 dup (' ') ;формирую буфер

subj1 db ‘в строке найден нулевой элемент', '$'

subj2 db ‘в строке не найден нулевой элемент', '$'

.code

main:

mov ax,@data

movds,ax

; ввод строки с клавиатуры

mov ah,0ah

mov dx, offset bufer

int 21h

;поиск нулевого элемента

xorsi, si

movcl, mas[si] ;загружаем в сх количество элементов в строке

moval, 030h ;в ax загружаем ASCII код нуля

m1: inc si

cmp al, mas[si]

je m2

;если в строке найдем нулевой элемент, то выходим из цикла на вывод subj1

loopm1

;нормальный выход из цикла означает что в строке нет нулевых элементов

lea dx, subj2

jmp m3

m2: lea dx,subj1

m3: mov ah, 09h

int 21h

mov ax,4c00h

int 21h

end main

Организация двумерных массивов

!Специальных средств для описания двумерных массивов в ассемблере нет!

Двумерный массив описывается также как и одномерный массив, отличие заключается в трактовке расположения элементов. Пусть последовательность элементов трактуется как двумерный массив, расположенный по строкам, тогда адрес элемента [i,j] вычисляется так

База+колич_элем_строке*размер_элем*I+j

Пример 16. Найти максимальный элементы в каждой строке массива 5*7

model small

.stack 100h

.data

mas dw 5 dup( 7 dup(0))

max dw 0

subj db ‘введитестроку',13,10,'$'

.code

main:

mov ax, @data

mov ds, ax

;заполнение массива

xor si, si

mov cx, 05h

incykl: push cx

mov ah, 09h

lea dx, subj

int 21h ;вывод информационной строки

movcx, 07h

mov ah, 01h

outcykl: int 21h ;ввод элементов массива

movmas[si], ax ;размещение элементов на месте

inc si

inc si

loop outcykl

popcx

loopincykl

;поиск максимального/ минимального в строках

xor si,si

mov cx, 05h

s1t: push cx

mov cx, 06h

mov dx, mas[si]

maxi: add si, 2

cmpdx, mas[si]

ja min1 ;если меньше то переходим

mov dx, mas[si]

min1: loop maxi

;вывод максимального

mov ah, 02h

int 21h

pop cx

loop s1t

mov ax, 04c00h

int 21h

end main

Процедуры . Макрокоманды

Процедура , часто называемая подпрограммой, - это правильным образом оформленная совокупность команд, которая будучи однократно описана, при необходимости может быть вызвана в любом месте программы. Процедура представляет собой группу команд для решения конкретной подзадачи и обладает средствами получения управления из точки вызова задачи более высокого уровня и возврата управления в эту точку. В простейшем случае программа может состоять из одной процедуры.

Описание процедуры может размещается в любом месте программы, но таким образом чтобы на нее случайным образом не попало управление:

- в начале программы, до первой исполняемой команды;

- в конце, после команды возвращающей управление операционной системе;

- промежуточный вариант, тело процедуры располагается внутри другой процедуры или основной программы. В этом случае необходимо предусмотреть обход процедуры командой jmp;

- в другом модуле.

Синтаксис описания процедуры:

Имя_процедуры PROC заголовок

Команды, директивы тело процедуры

[ ret ] возврат из процедуры

[имя_процедуры] ENDP конец процедуры

Вызов процедуры осуществляется командой

CALL [модификатор] имя_процедуры

Команда call передает управление по адресу с символическим адресом имя_процедуры, с сохранением в стеке адреса возврата, команды следующей после команды call.

Возврат из процедуры осуществляется по команде

RET [число]

Команда ret считывает адрес возврата из стека и загружает его в регистры cs и ip/eip, возвращая таким образом управление команде, следующей за командой call. Число – необязательный параметр, обозначающий количество элементов, удаляемых из стека при возврате из процедуры. Размер элемента зависит от используемой модели сегментации 32 или 16 разрядной.

Передача аргументов из/в процедуру может осуществляться через регистры, переменные или стек.

Пример .

Макрокоманда является одним из многих механизмов замены текста программы. С помощью макрокоманды в текст программы можно вставлять последовательности строк и привязывать их к месту вставки. Макрокоманда представляет собой строку, содержащую некоторое имя – имя макрокоманды, предназначенное для того, чтобы быть замещенным одной или несколькими другими строками при трансляции.

Для работы с макрокомандой вначале необходимо задать ее шаблон-описание, так называемое макроопределение.

Имя_макрокоманды MACRO [список_формальных_аргументов]

<Тело макроопределения>

ENDM

Существует три варианта расположения макроопределений:

- в начале исходного текста программы до сегмента кода и данных с тем, чтобы не ухудшать читабельность программы. В данном случае макрокоманды будут актуальны только в пределах этой программы;

- в отдельном файле. Для того, чтобы использовать эти макроопределения в других программах, необходимо в начале исходного текста этих программ записать директиву

include имя_файла

- в макробиблиотеке. Макробиблиотека создается в том случае, когда написанные макросы используются практически во всех программах. Подключается библиотека директивой include. Недостаток этого и предыдущего методов в том, что в исходный текст программы включаются абсолютно все макроопределения. Для исправления ситуации можно использовать директиву purge, в качестве операндов которой перечисляются макрокоманды, которые не должны включаться в текст программы.

Includemacrobibl.inc ;в исходный текст программы будут вставлены строки из macrobibl.inc

Purgeoutstr, exit ;за исключением макроопределений outstr, exit

Активизация макроса осуществляется следующим образом:

Имя_макрокоманды список_ фактических_ аргументов

Функционально макроопределения похожи на процедуры. Сходство их в том, что и те, и другие достаточно один раз где-то описать, а затем вызывать их специальным образом. На этом их сходство заканчивается, и начинаются различия, которые в зависимости от целевой установки можно рассматривать и как достоинства и как недостатки:

- в отличие от процедуры, текст которой неизменен, макроопределение в процессе макрогенерации может меняться в соответствии с набором фактических параметров. При этом коррекции могут подвергаться как операнды команд, так и сами команды. Процедуры в этом отношении объекты менее гибки;

- при каждом вызове макрокоманды ее текст в виде макрорасширения вставляется в программу. При вызове процедуры микропроцессор осуществляет передачу управления на начало процедуры, находящейся в некоторой области памяти в одном экземпляре. Код в этом случае получается более компактным, хотя быстродействие несколько снижается за счет необходимости осуществления переходов.

Пример 17. Найти максимальный элементы в каждой строке массива 5*7, с использованием процедур

model small

.stack 100h

.data

mas dw 5 dup( 7 dup(0))

max dw 0

subj db ‘введитестроку',13,10,'$'

.code

;процедура ввода строки

vvod _ str proc

mov ah, 09h

lea dx, subj

int 21h

mov cx, 07h

mov ah, 01h

outcykl: int 21h

mov mas[si], ax

inc si

inc si

loop outcykl

ret

vvod _ str endp

;процедура поиска максимального в строке

poick­_­maxi proc

mov cx, 06h

mov dx, mas[si]

maxi: add si, 2

cmpdx, mas[si]

ja min1 ;если меньше то переходим

mov dx, mas[si]

min1: loop maxi

ret

poick­_­maxi endp

main proc

mov ax, @data

mov ds, ax

xorsi, si ;заполнение массива

movcx, 05h

incykl: pushcx

call vvod _ str ;вызов процедуры по вводу строки

popcx

loopincykl

;поиск максимального/ минимального в строках

xor si,si

mov cx, 05h

s1t: pushcx

call poick ­_­ maxi ;вызов процедуры поиска максимального элемента

movah, 02h ;вывод максимального

int 21h

pop cx

loop s1t

mov ax, 04c00h

int 21h

end р main

Программирование контроллера приоритетных прерываний

Для организации обработки аппаратных прерываний в вычислительных системах применяется программируемый контроллер прерываний, выполненный в виде специальной микросхемы i8259А, отечественный аналог микросхема КР580ВМ59. Эта микросхема может обрабатывать запросы от восьми источников внешних прерываний. В стандартной конфигурации вычислительных систем используют две последовательно соединенные микросхемы i8259А.

Функции микросхемы ПКП:

- фиксирование запросов на обработку прерывания от восьми источников, формирование единого запроса на прерывание и подача его на вход INTR микропроцессора;

- формирование номера вектора прерывания и выдача его на шину данных;

- организация приоритетной обработки прерываний;

- запрещение (маскирование) прерываний с определенными номерами.

На рис.1 представлена структурная схема контроллера.

Рис.1. Структурная схема ПКПП.

Программирование контроллера приоритетных прерываний

Цель работы:

Исследование принципа программного управления микросхемы контроллера прерываний (ПКП) i8259А с помощью ПК, исследование различных режимов работы ПКП

Микросхема i8259A имеет два состояния:

- состояние настройки параметров обслуживания прерываний, во время которого путем посылки в определенном порядке так называемых управляющих слов производится инициализация контроллера;

- состояние работы — это обычное состояние контроллера, в котором производится фиксация запросов на прерывание и формирование управляющей информации для микропроцессора в соответствии с параметрами настройки.

Возможность программирования контроллера позволяет достаточно гибко изменять алгоритмы обработки аппаратных прерываний.

В процессе загрузки компьютера и в дальнейшем во время работы контроллер прерываний настраивается на работу в одном из шести режимов:

1. Режим фиксированных приоритетов (Fixed Priority, Fully Nested Mode).

В этом режиме контроллер находится сразу после инициализации. Запросы прерываний имеют жесткие приоритеты от 0 до 7 (0 - высший) и обрабатываются в соответствии с приоритетами. Прерывание с меньшим приоритетом никогда не будет обработано, если в процессе обработки прерываний с более высокими приоритетами постоянно возникают запросы на эти прерывания.

2. Автоматический сдвиг приоритетов (Automatic Rotation). Режим циклической обработки прерываний.

В этом режиме дается возможность обработать прерывания всех уровней без их дискриминации. Например, после обработки прерывания уровня 4 ему автоматически присваивается низший приоритет, при этом приоритеты для всех остальных уровней циклически сдвигаются и прерывания уровня 5 будут иметь в данной ситуации высший приоритет и, следовательно, возможность быть обработанными.

3. Программно-управляемый сдвиг приоритетов (Specific Rotation).

Программист может сам передать команду циклического сдвига приоритетов ПКП, задав соответствующее управляющее слово. В команде задается номер уровня, которому требуется присвоить максимальный приоритет. После выполнения такой команды устройство работает так же, как и в режиме фиксированных приоритетов, с учетом их сдвига. Приоритеты сдвигаются циклически, таким образом если максимальный приоритет был назначен уровню 3, то уровень 2 получит минимальный и будет обрабатываться последним.

4 Автоматическое завершение обработки прерывания (Automatic End Of Interrupt, AEOI).

В обычном режиме работы процедура обработки аппаратного прерывания должна перед своим завершением очистить свой бит в ISR специальной командой, иначе новые прерывания не будут обрабатываться ПКП. В режиме AEOI нужный бит в ISR автоматически сбрасывается в тот момент, когда начинается обработка прерывания нужной процедурой обработки и от нее не требуется издавать команду завершения обработки прерывания (EOI). Сложность работы в данном режиме обуславливается тем, что все процедуры обработки аппаратных прерываний должны быть повторно входимыми, т. к. за время их работы могут повторно возникнуть прерывания того же уровня.

5. Режим специальной маски (Special Mask Mode).

Данный режим позволяет отменить приоритетное упорядочение обработки запросов и обрабатывать их по мере поступления. После отмены режима специальной маски предшествующий порядок приоритетов уровней сохранается.

6. Режим опроса ( Polling Mode ).

В этом режиме аппаратные прерывания не происходят автоматически. Появление запросов на прерывание должно определяться считыванием IRR. Данный режим позволяет так же получить от ПКП информацию о наличии запросов на прерывания и, если запросы имеются, номер уровня с максимальным приоритетом, по которому есть запрос

Программирование контроллера прерываний i 8259 A

Для вывода информации в ПКП используются 2 порта ввода-вывода. Порт с четным адресом (обычно это порт 20h) и порт с нечетным адресом (обычно 21h). Через эти порты могут быть переданы 4 слова инициализации (Initialization Control Word, ICW1 - ICW4), задающие режим работы ПКП, и 3 операционных управляющих слова (слова рабочих приказов, Operation Control Words, OCW1 - OCW3).

В порт с четным адресом выводятся ICW1, OCW2 и OCW3.

Порт с нечетным адресом используется для вывода ICW2, ICW3, ICW4 и OCW1. Неоднозначности интерпретации данных в этом случае так же не возникает, т. к. слова инициализации ICW2 - ICW4 должны непосредственно следовать за ICW1, выведенным в порт с четным адресом и выводить в промежутке между ними OCW1 не следует, оно не будет опознано контроллером.

Выводом в порт с четным адресом управляющего слова инициализации ICW1 начинается инициализация ПКП. В процессе инициализации контроллер последовательно принимает управляющие слова ICW1 - ICW4. При наличии в системе одного контроллера ICW3 не выводится. Наличие ICW4 определяется содержанием ICW1. При наличии каскада из нескольких ПКП каждый из них инициализируется отдельно.

Для инициализации и управления работой ведомого контроллера используются адреса A0h, A1h. В порт с адресом A0h выводятся ICW1, OCW2 и OCW3. Порт с адресом A1hиспользуется для вывода ICW2, ICW3, ICW4 и OCW1.

При наличии в системе ведомого контроллера слово ICW3 для контроллеров ПКП обязательно.

Формат ICW1 следующий:

ICW2 – определение базового адреса:

Управляющее слово ICW2 задает номер вектора прерывания, процедуры обработки прерываний, для аппаратного прерывания irq0. Вектора обработки аппаратных прерываний располагаются последовательно с адреса 08h, загружаемого в начале работы процессора. Некорректное изменение номера вектора приведет к сбою всей системы.

Формат ICW3 для ведущего контроллера следующий:

Формат ICW3 для ведомого контроллера следующий:

Формат ICW4:

В процессе работы с ПКП вы можете без переинициализации:

- маскировать и размаскировать аппаратные прерывания;

- изменять приоритеты уровней;

- издавать команду завершения обработки аппаратного прерывания;

- устанавливать/сбрасывать режим специальной маски;

- переводить контроллер в режим опроса и считывать состояние регистров ISR и IRR.

Для этого Вам потребуется вывести в порты ПКП одно из трех слов рабочих приказов OCW1 - OCW3.

Формат OCW1 – управление регистром масок IMR :

Формат OCW2 – управление приоритетом:

Формат OCW3 – общее управление контроллером:

Распределение и приоритеты аппаратных прерываний в архитектуре АТ

Программирование контроллера прямого доступа памяти

Программирование контроллера ПДП

Цель работы:

Исследование принципа программного управления микросхемы, контроллера прямого доступа памяти (ПДП) i8237А с помощью ПК, исследование различных режимов работы ПДП.

Прямой доступ к памяти – DMA ( Direct Memory Access ) метод обмена данными периферийного устройства с памятью без участия процессора. В режиме прямого доступа к памяти процессор инициализирует контроллер прямого доступа к памяти – задает начальный адрес, счетчик и режим обмена, после чего освобождается. Сам обмен производит контроллером ПДП, что обеспечивает высокоскоростной обмен данными между устройствами ввода-вывода и ОЗУ без использования центрального процессора, это позволяет освободить процессор для выполнения вычислений параллельно с обменом и независимо от него. Наиболее часто возможности ПДП используются при работе с дисковыми накопителями, однако реализовано использование ПДП рядом других устройств. Ощутимые преимущества дает использование ПДП в процессе обмена с устройствами, принимающими или передающими данные достаточно большими порциями с высокой скоростью.

Четырехканальный контроллер ПДП i8237А имеет 16-разрядные регистры адреса и счетчики, что обеспечивает возможность программирования передачи блока данных размером до 64 Кбайт. Для обеспечения доступности адресного пространства памяти размером в 1 Мбайт применили внешние 4-разрядные регистры страниц DMA, отдельные для каждого канала. В этих регистрах хранятся биты адреса А[19:16], а битами А[15:0] управляет контроллер.

Микросхема i8237А допускает каскадирование при довольно гибком конфигурировании.

Принципы работы контроллера ПДП

В работе ПДП различаются 2 главных цикла: цикл ожидания (Idle cycle) и активный цикл (Active cycle). Каждый цикл подразделяется на ряд состояний, занимающих по времени один период времени (тик). Из цикла ожидания контроллер может быть переведен в состояние программирования (Program Condition) путем подачи на вход RESET сигнала высокого уровня, длительностью не менее 300 нc и следующей за ним подачи сигнала низкого уровня (уровня 0) на вывод CS (Chip Select). В состоянии программирования контроллер будет находится до тех пор, пока на выводе CS сохранится сигнал низкого уровня. В процессе программирования контроллеру задаются:

- начальный адрес памяти для обмена;

- уменьшенное на единицу число передаваемых байтов;

- направление обмена;

- требуемые режимы работы (разрешить или запретить циклическое изменение приоритетов, автоинициализацию, задать направление изменения адреса при обмене и т. д.).

Загрузка 16-разрядных регистров контроллера осуществляется через 8-разрядные порты ввода-вывода. Перед загрузкой первого (младшего) байта должен быть сброшен (очищен) триггер-защелка (триггер первый/последний, First/Last flip-flop), который изменяет свое состояние после вывода в порт первого байта и таким образом дает возможность следующей командой вывода в тот же порт загрузить старший байт соответствующего регистра.

Запрограммированный канал должен быть демаскирован (бит маски канала устанавливается при этом в 0), после чего он может принимать сигналы «Запрос на ПДП», генерируемые тем внешним устройством, которое обслуживается через этот канал. Сигнал «Запрос на ПДП» может быть также инициирован установкой в 1 бита запроса данного канала в регистре запросов контроллера. После появления сигнала запроса контроллер входит в активный цикл, в котором выполняется обмен данными. Обмен может осуществляется в одном из четырех режимов:

1. Режим одиночной передачи (Signle Transfer Mode).

После каждого цикла передачи контроллер освобождает шину процессору, но сразу же начинает проверку сигналов запроса и, как только обнаруживает активный сигнал запроса, инициирует следующий цикл передачи.

2. Режим блочной передачи (Block Transfer Mode).

В этом режиме наличие сигнала запроса требуется только до момента выдачи контроллером сигнала «Подтверждение запроса на ПДП» (DACK), после чего шина не освобождается вплоть до завершения передачи всего блока.

3. Режим передачи по требованию ( Demand Transfer Mode ).

Данный режим является промежуточным между двумя первыми: передача идет непрерывно до тех пор, пока активен сигнал запроса, состояние которого проверяется после каждого цикла передачи. Как только устройство не может продолжить передачу, сигнал запроса сбрасывается им и контроллер приостанавливает работу. Этот режим применяется для обмена с медленными устройствами, не позволяющими по своим временным характеристикам работать с ПДП в режиме блочной передачи.

4. Каскадный режим (Cascade Mode).

Режим позволяет включить в подсистему ПДП более одного контроллера в тех случаях, когда недостаточно четырех каналов ПДП. В этом режиме один из каналов ведущего контроллера используется для каскадирования с контроллером второго уровня. Для работы в каскаде сигнал HRQ («Запрос на захват») ведомого контроллера подается на вход DREG («Запрос на канал ПДП») ведущего, а сигнал DACK («Подтверждение запроса») ведущего подается на вход HDLA («Подтверждение захвата») ведомого.

Такая схема подключения аналогична подключению ведущего (первого) контроллера к микропроцессору, с которым он обменивается сигналами HRQ и HDLA.

Типы возможных режимов передач

1. Передача память-память ( Memory - to - memory DMA )

Используется для передачи блока данных из одного места памяти в другое. Исходный адрес определяется в регистрах нулевого канала, выходной - в регистрах первого канала. Число циклов обмена (число байт минус 1) задается в регистре числа циклов канала 1. Передача происходит с использованием рабочего регистра контроллера в качестве промежуточного звена для хранения информации. При передачe память-память может быть задан специальный режим фиксации адреса (Address hold), при котором значение текущего адреса в регистре нулевого канала не изменяется, при этом весь выходной блок памяти заполняется одним и тем же элементом данных, находящимся по заданному адресу.

2. Автоинициализация (автозагрузка, Autoinitialization)

После завершения обычной передачи использованный канал ПДП маскируется и должен быть перепрограммирован для дальнейшей работы с ним. При автоинициализации маскировка канала после окончания передачи не происходит, а регистры текущего адреса и счетчик циклов автоматически загружаются из соответствующих регистров с начальными значениями. Таким образом для продолжения (повторения) обмена достаточно выставить сигнал запроса на ПДП по данному каналу.

3. Режим фиксированных приоритетов

В этом режиме канал 0 всегда имеет максимальный приоритет, а канал 3 - минимальный. Это означает, что любая передача по каналу с более высоким приоритетом будет выполняться раньше, чем по каналу с более низким приоритетом.

4. Циклический сдвиг приоритетов

Позволяет избежать «забивания» шины одним каналом при одновременной передаче по нескольким каналам. Каждому каналу, по которому прошла передача, автоматически присваивается низший приоритет, после чего право на передачу получает канал с наивысшим приоритетом, для которого передача в данный момент возможна. Таким образом, если в начале работы распределение приоритетов было обычным (канал 0 - наивысший), и пришли сигналы запроса на ПДП по 1-му и 2-му каналам, то сначала будет выполняться передача по первому каналу, затем он получит низший приоритет (а канал 2, соответственно, высший, т. к. сдвиг приоритетов циклический) и передача выполнится по 2-му каналу, который затем получит низший приоритет, а высший приоритет получит, соответственно, канал 3, который и будет обладать преимущественным правом на передачу.

5. Сжатие времени передачи (Compressed transfer timing).

В случае, если временные характеристики быстродействия обменивающихся устройств совпадают, ПДП может сократить время выполнения каждого такта передачи на 2 цикла часов за счет тактов ожидания, входящих в каждый цикл передачи.

Распределение каналов прямого доступа

Прямой доступ к памяти был использован еще в PC/XT, где для этого применялась микросхема четырехканального контроллера 8237А.

Из четырех каналов DMAXT на шине ISA доступны только три (1, 2 и 3). Канал 0 используется для регенерации динамической памяти, и от него на шину ISA выводится только сигнал подтверждения DACKO#, он же REFRESH#. Этот сигнал может использоваться для регенерации динамической памяти, если таковая используется на платах адаптера. Адрес регенерируемой строки берется с линий адреса шины ISA. Каналы 1, 2 и 3 обеспечивают побайтную передачу данных и называются 8-битными каналами DMA.

В архитектуре AT подсистему DMA расширили, добавив второй контроллер 8237А. Его подключили к шине адреса со смещением на 1 бит, и его 16-битные регистры адреса способны управлять линиями адреса А[1б:1], младший бит адреса АО всегда нулевой. Таким образом, второй контроллер может обеспечивать передачу данных только пословно (по два байта), за что его каналы и названы 16-битными. За один сеанс второй контроллер способен передать массив до 64К 16-разрядных слов. Регистры страниц для всех каналов DMA у AT расширены до 8 бит, что делает доступной для любого канала область памяти размером 16 Мбайт (0-FFFFFFh). Стандартное назначение каналов приведено в табл. 1.

Кроме увеличения числа каналов в AT ввели дополнительную возможность управления шиной ISA -Bus - Mastering - со стороны адаптера. Это внешнее управление шиной опирается на контроллер DMA, выполняющий в данном случае функции арбитра шины. Для получения управления шиной внешний Bus-Master посылает запрос по линии DRQx (только для каналов 5-7) и, получив подтверждение DACKx, устанавливает сигнал MASTERS. Теперь шиной ISA управ­ляет он, но формально он не имеет права занимать шину больше чем на 15 мкс за сеанс. В противном случае нарушится регенерация памяти (позже собьется системное время, но при нарушении регенерации эти «мелочи» уже не важны). Интеллектуальный контроллер может выполнять более эффективные процедуры обмена, чем стандартный DMA, например:

Scatter Write — «разбросанная» запись в несколько блоков памяти.

Gather Read - чтение со сбором данных из нескольких блоков памяти.

Обмен нечетным количеством байт и (или) с нечетного адреса по 16-бит­ному каналу.

Управление шиной используют высокопроизводительные адаптеры SCSI и локальных сетей, а также интеллектуальные графические адаптеры. Однако архитектурой шины доступное им пространство памяти ограничено областью 16 Мбайт, что по нынешним меркам маловато. «Заботливые» операционные системы (например, NovellNetWare) для таких адаптеров позволяют под буферы резервировать область в пределах младших 16 Мбайт.

На шине EISA DMA-каналы могут работать в 8-, 16- и 32-битном режиме, они могут использовать все 32 разряда шины адреса — иметь доступ ко всей памяти компьютера. Каждый канал может программироваться на 1 из 4 типов цикла передачи:

Compatible — полностью совместим с ISA.

Type A — сокращенный на 25% цикл: время одиночного цикла 875 нс, в блочном режиме время цикла 750 нс. Работает почти со всеми ISA-адап­терами с большей скоростью.

Type В - сокращенный на 50% цикл (750/500 нс на цикл), работает с большинством EISA-адаптеров и некоторыми ISA. Этот тип цикла возмо­жен только с памятью, непосредственно доступной контроллеру шины EISA (памятью на адаптерах EISA, а также системной в случае, если EISA является основной шиной системной платы). Если декодированный адрес памяти относится к 8/16-битной памяти ISA, то контроллер DMA EISA автоматически переводится в режим Compatible.

Type С (Burst Timing) — сокращенный на 87,5% цикл, ориентированный на пакетный режим передач. Работает со скоростными EISA-адаптерами и при обмене 32-битных устройств с 32-битной памятью позволяет разви­вать скорость обмена до 33 Мбайт/с.

В PCI-системах для обмена с устройствами системной платы (FastATA-2 или E-IDE-порты) возможно использование DMATypeF, при котором между соседними циклами интервал может не превышать 3 тактов шины (360 нс). Для разгрузки системной шины используется дополнительный 4-байтный буфер. Режим F может работать только в режиме одиночной передачи или по запросу и только с инкрементом (увеличением) адреса. На самой шине PCI адаптеры могут использовать режим прямого управления шиной, для чего имеется специальный протокол арбитража, который к контроллерам DMA отношения уже не имеет.

Таблица 1. Стандартные каналы прямого доступа к памяти.

*SDLC-адаптер устанавливается редко.

HDD-контроллер в ATDMA обычно не использует.

Канал 0 в XT используется для регенерации памяти (MRFR).

Канал 4 доступен только в PS/2 МСА.

Программное управление контроллером ПДП

Программное управление контроллером ПДП осуществляется через порты ввода-вывода. Доступ к каждому регистру контроллера может быть осуществлен через свои порты ввода-вывода. Распределение адресов и описание внутренних регистров первого и второго контроллера ПДП приведено в таблице 2.

Таблица 2. Регистры контроллера ПДП 8237А.

Каналы 4 - 7 предназначены для обмена 16-разрядными словами. В связи с этим возникает ряд отличий в работе с этими каналами:

- бит 0 в данных, заносимых в регистры начального и текущего адреса, всегда подразумевается равным 0, поэтому через эти регистры передаются биты 1 - 16 полного 23-разрядного адреса (а не биты 0 - 15 полного 20-разрядного адреса, как это реализовано на ХТ - подобных ПЭВМ). По этой же причине в страничные регистры каналов 4 - 7 заносятся биты 17 - 23 полного адреса, а не биты 16 - 23, как это надо сделать при работе с каналами 0 - 3;

- поскольку передача осуществляется 16-разрядными словами, в регистры текущего и начального счетчика циклов заносится не число байт, а число слов, уменьшенное на единицу;

- размеры страниц памяти, в пределах которых возможен обмен в течение одной передачи, составляют 2000h байтов.

Описание регистров

Регистр начального адреса (Base Address Register). В этом регистре задается стартовый адрес ОЗУ, с которого начинается передача. Регистр содержит 16 разрядов и определяет адрес внутри заданной страницы памяти размером 64К. Задание номера страницы памяти осуществляется через специальные страничные регистры (Page Registers), поддерживаемые внешней логикой.

Каждый канал ПДП имеет свой регистр начального адреса и страничный регистр. Такое деление памяти на страницы не позволяет осуществить обмен с блоком памяти, находящимся на пересечении двух страниц. Каждая страница начинается с сегментного адреса, кратного 1000h (0, 1000h, 2000h, ..., 9000h).

Регистр начального счетчика циклов (Base Word Count Register)

В этом регистре задается начальное число циклов передачи для программируемого канала. Фактическое число передаваемых во время работы ПДП элементов данных на единицу превышает заданное число циклов, т. е. если Вы задаете 100 циклов передачи, а размер элемента будет равен 1 байту, то за сеанс обмена будет передан 101 байт информации.

Регистр текущего адреса (Current Address Register)

Начальное значение заносится в этот регистр одновременно с регистром начального адреса. В дальнейшем в ходе передачи значение текущего адреса автоматически увеличивается или уменьшается (конкретное направление изменения задается при программировании в регистре режима). Если разрешена автоинициализация, то после окончания передачи в регистр автоматически устанавливается значение из регистра начального адреса.

Регистр текущего счетчика циклов (Current Word Count Register)

Регистр содержит текущее значение счетчика циклов (число оставшихся циклов передачи). Отображаемое в нем число циклов всегда на единицу меньше числа еще не переданных элементов данных, так как изменение значения в этом регистре производится в конце цикла передачи, уже после фактической передачи элемента данных, а конец передачи фиксируется в момент переполнения счетчика (изменение его значения с 0 на 0FFFFh).

Каждый из четырех каналов ПДП имеет свой набор регистров, описанных выше. Кроме того, имеется следующий набор регистров, общих для всех каналов.

Регистр режима (Mode Register)

Данный регистр задает режимы работы своего канала контроллера.

Регистр команд ( Command Register ).

Этот 8-битный регистр управляет работой контроллера. Он программируется, когда контроллер находится в состоянии программирования и очищается командами сброса «Reset» и «Master Clear».

Регистр состояния (Status Register)

Регистр отражает текущее состояние запросов и передач по всем четырем каналам. Биты 0 - 3 устанавливаются в единицу после завершения передачи по каналам 0 - 3 (бит 0 - канал 0, бит 1 - канал 1 и т.д.), если не задан режим автоинициализации. Эти биты очищаются после команды сброса контроллера и после каждой операции считывания состояния из регистра состояния. Биты 4 – 7 указывают по какому из каналов 0 - 3 активен в текущий момент сигнал запроса на ПДП.

Регистр масок ( Mask Register )

Каждый бит этого 4-битового регистра маскирует/демаскирует свой канал ПДП, при этом значение 1 маскирует канал, значение 0 демаскирует канал и разрешает прием сигнала запроса по этому каналу.

Регистр запросов ( Request Register )

Сигнал запроса на ПДП (DREQ) может быть издан как обслуживаемым устройством, так и программно. Для программного издания сигнала запроса по одному из 4-х каналов ПДП необходимо установить соответствующий бит в 4-разрядном регистре запросов. Запрос на ПДП может быть отменен записью нулевого значения в соответствующий бит регистра. Бит запроса очищается автоматически при окончании передачи по данному каналу. Все биты запросов очищаются при сбросе контроллера. Для того, чтобы воспринимать программные запросы на ПДП, канал должен находится в режиме блоковой передачи.

Литература

1. Уокерли Дж. Архитектура и программирование микроЭВМ: в 2-х кн./ пер. с англ. – М.: Мир, 1984.

2. Ассемблер. Юров. В. – СПб.: Питер, 2001. – 624 с.:ил.

3. Ассемблер: практикум. Юров. В. - СПб.: Питер, 2001. – 400 с.:ил.