汇编学习笔记(10)-IO端口与指令

一、什么是IO端口

　　计算机上有很多输入输出设备，比如显示器，打印机，鼠标，键盘。这些设备通过接口和CPU相连接，并提供了一组寄存器给CPU用于控制对应的硬件，为了方便管理这些寄存器，CPU给这个寄存器统一分配地址，如管理内存一样使用这些寄存器，这就称之为IO端口。

 

二、IO端口输入输出指令

　　80x86的IO端口编址和内存编址是分开的，使用一组特殊的命令访问IO端口，注意的输入输出是对CPU而言的，比如输入指的是数据进入CPU，相反输出指的是从CPU输出数据到IO端口

     输入指令

       　　IN AL, 立即数

       　　IN AX, 立即数

       　　IN AL,DX

      　　 IN AX,DX

      　　 以上指令是将指定IO端口数据读取到AL或者AX中保存 

      　　传输的数据可以是一个字或一个字节，可以使用立即数寻址或者使用间接寻址（只能使用DX寄存器）。使用立即数寻址寻址范围只能是一个字节（8位），使用DX寻址可以是16位。

     输出指令

     　　 Out 立即数，AL

      　　Out port, ax

      　　Out dx,al

     　　 Out dx,ax

      　　 以上指令是将AL 或者AX中的数据保存到指定的IO端口中。

　　　　其他限制和In指令一样

 

　　简单例子:

　　　　主板上有一块RT/CMOS RAM,里面保存了一些时间信息，可以使用IO端口进行访问，分配的地址是70H-7FH。我们可以使用IN,OUT指令来读取它。

　　　　地址是70H-7FH,一共16个地址也就是说一共是16个寄存器，但是CMOS中存储了64字节的数据，所以就不可能一一对应了，必须使用一些方法了。

　　　　方法是这样的，CMOS将这16个寄存器分为 控制寄存器 和 数据寄存器 两种寄存器.

　　　　其中端口号70的寄存器是控制寄存器，71则是数据寄存器。

       　　将要访问的CMOS中的数据的偏移传入 70号IO端口即可在71号IO端口读取到对应的数据。

       读数据

       MOV AL,N            ; 选择要读取的数据

       OUT 70H，AL          ; 将地址传入70 IO端口

       JMP $+2               ; 这条指令是用来拖延时间的，稍后解释作用

       IN AL,71h             ; 从71 IO端口读出数据

 

       写数据

       MOV AL,N            ; 选择要读取的数据

       OUT 70H,AL          ; 将地址传入70 IO端口

       JMP $+2               ; 这条指令是用来拖延时间的，稍后解释作用

       MOV AL, x            ; 将要写的数据闯入AL寄存器

       IN AL,71h             ; 从71 IO端口读出数据

 三、数据传送方式

　　1.无条件传送方式

以上我们使用的都是无条件传送方式，直接使用IN OUT指令进行数据读取。但是这会遇到一些问题，那就是同步问题，CPU的指令执行速度是非常之快的，而外设一般来说会比CPU的速度慢好几个量级。

就拿上面的例子做解释

运行命令 OUT AL,70H之后，CMOS会将 指定位置的数据放置到71H端口。紧接着CPU就执行IN AL,71H指令去读取数据了。因为 CMOS准备数据是CMOS自己的事情不需要CPU的参与，所以这是个异步的操作，会有一个先后的顺序，即如果CMOS的速度比CPU慢，CPU去读71的数据的时候CMOS实际上还没来得及将数据准备好，这样CPU读到的数据就是错误的了。

这也就解释了为什么上面的代码中存在一个JMP指令，这个JMP指令就是拖延CPU的时间，以保证CMOS能将数据准备好。

但是其实这个很不保险，因为我们还是不能保证拖延一个指令周期就够了。

所以有第二种数据存送方式： 查询方式

　　2.查询方式

前面介绍了无条件存送方式存在的一个弊端，即速度不同的设备同步的问题，而查询方式解决了这个弊端，解决方案是专门使用一个寄存器用来指示操作是否完成。

还是以前面的例子，

　　　　MOV AL,N            ; 选择要读取的数据

　　　　OUT 70H,AL         ; 将地址传入70 IO端口

Loop:     JMP $+2               ; 这条指令是用来拖延时间的

              IN AL,??                ; 这里地址?? 是因为只是做个演示，实际这个功能没有对应的标记寄存器,这依赖于具体硬件的实现

　　　　cmp  AL, 01h        ; 检查标志，还没准备好则不停循环等待

　　　　jnz loop                ; 如果从?? 除读取到的数据不是1那么就是诗句还没准备好继续循环

              IN AL,71h             ; 从71 IO端口读出数据

从上可以看出，虽然查询方式解决的同步的问题，但是这样傻循环还是有点浪费CPU性能，所以还有下一种方式

　　3. 中断方式

中断方式就是将任务交给外设，然后CPU继续做其他事情，等外设完成的时候主动通过中断来通知CPU任务完成了。

中断具体内容将在下一节中介绍。

　　4. 直接存储器传送(DMA)

DMA是专门的硬件设备，用于将高速设备中的数据直接传输到内存。这样就可以解放出CPU的计算力使CPU可以专注与计算而不用将时间浪费在数据传输上。

CPU只要将相关的数据传输配置设置好，这样DMA就可以总线空闲的时候来传输数据，数据传输完成之后DMA就会使用硬件中断通知CPU数据传输完成了。

(书中没有解释如和使用DMA来传输数据，以后研究。)