【汇编语言】端口 —— 「从端口到时间：一文相识CMOS RAM与汇编指令的交汇」

前言

   📌
  汇编语言是很多相干课程（如数据结构、使用体系、微机原理）的告急根本。但仅仅从课程的角度出发就太单方面了，着实学习汇编语言可以深入明白盘算机底层工作原理，提拔代码服从，尤其在嵌入式体系和性能优化方面有告急作用。别的，它在逆向工程和安全范畴不可或缺，资助分析软件运行机制并加强毛病修复本事。
  本专栏的汇编语言学习章节告急是依据王爽老师的《汇编语言》来写的，和书中一样为了使学习的过程轻易睁开，我们采取以8086CPU为中央处理惩罚器的PC机来举行学习。
  1. 端口

1.1 内存地点空间

我们前面讲过，各种存储器都和CPU的地点线、数据线、控制线相连。CPU在操控它们的时间，把它们都当作内存来对待，把它们总地看做一个由多少存储单位构成的逻辑存储器，这个逻辑存储器我们称其为内存地点空间。
1.2 与CPU总线相连的芯片

1.2.1 种类

在PC机体系中，和CPU通过总线相连的芯片除各种存储器外，尚有以下3种芯片。

• 各种接口卡（好比，网卡、显卡）上的接口芯片，它们控制接口卡举行工作；
  
• 主板上的接口芯片，CPU通过它们对部分外设举行访问；
  
• 其他芯片，用来存储相干的体系信息，或举行相干的输入输出处理惩罚。
  

1.2.2 共同点

在这些芯片中，都有一组可以由CPU读写的寄存器。这些寄存器，它们在物理上大概处于差别的芯片中，但是它们在以下两点上雷同。

• （1）都和CPU的总线相连，固然这种毗连是通过它们所在的芯片举行的；
  
• （2）CPU对它们举行读或写的时间都通过控制线向它们所在的芯片发出端口读写下令。
  

   可见，从CPU的角度，将这些寄存器都当作端口，对它们举行同一编址，从而创建了一个同一的端口地点空间。每一个端口在地点空间中都有一个地点。
  1.3 CPU可以直接读写的地方

CPU可以直接读写以下3个地方的数据。

• （1）CPU内部的寄存器；
  
• （2）内存单位；
  
• （3）端口。
  

本文，我们讨论端口的读写。
2. 端口的读写

在访问端口的时间，CPU 通过端口地点来定位端口。由于端口所在的芯片和CPU通过总线相连，以是，端口地点和内存地点一样，通过地点总线来传送。
在PC体系中，CPU 最多可以定位 64KB个差别的端口。则端口地点的范围为0~65535。
   对端口的读写不能用mov、push、pop等内存读写指令。
  端口的读写指令只有两条：in 和 out，分别用于从端口读取数据和往端口写入数据。
  2.1 CPU访问内存与端口的区别

我们看一下 CPU 实验内存访问指令和端口访问指令时间，总线上的信息：
（1）访问内存：

1. mov ax,ds:[8]                ;假设执行前 (ds)=0

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实验时，与总线相干的使用：

• CPU通过地点线将地点信息8发出；
  
• CPU通过控制线发出内存读下令，选中存储器芯片，并关照它，将要从中读取数据；
  
• 存储器将8号单位中的数据通过数据线送入CPU。
  

（2）访问端口：

1. in al,60h                ;从60h号端口读入一个字节

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实验时与总线相干的使用：

• CPU通过地点线将地点信息60h发出；
  
• CPU通过控制线发出端口读下令，选中端口所在的芯片，并关照它，将要从中读取数据；
  
• 端口所在的芯片将60h端口中的数据通过数据线送入CPU。
  

2.2 注意事项

注意：在in和out 指令中，只能使用 ax 或 al 来存放从端口中读入的数据或要发送到端口中的数据。
   访问8位端口时用 al ，访问 16 位端口时用ax 。
  对0~255以内的端口举行读写：

1. in al,20h                 ;从20h端口读入一个字节   
2. out 20h,al                 ;往20h端口写入一个字节

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对256~65535的端口举行读写时，端标语放在dx中：

1. mov dx,3f8h         ;将端口号3f8送入dx   
2. in al,dx                 ;从3f8h端口读入一个字节   
3. out dx,al                 ;向3f8h端口写入一个字节

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3. CMOS RAM 芯片

下面的内容中，我们通过对CMOS RAM的读写来了解一下对端口的访问。
   PC机中，有一个CMOS RAM 芯片，一样平常简称为CMOS。
  3.1 特性

此芯片的特性如下：

• （1）包罗一个实时钟和一个有128个存储单位的RAM存储器。（早期的盘算机为64个字节）
  
• （2）该芯片靠电池供电。因此，关机后其内部的实时钟仍可正常工作， RAM 中的信息不丢失。
  
• （3）128 个字节的 RAM 中，内部实时钟占用 0~0dh单位来生存时间信息，别的大部分单位用于生存体系设置信息，供体系启动时BIOS步伐读取。BIOS也提供了相干的步伐，使我们可以在开机的时间设置CMOS RAM 中的体系信息。
  
• （4）该芯片内部有两个端口，端口地点为70h和71h。CPU 通过这两个端口读写CMOS RAM。
  
• （5）70h为地点端口，存放要访问的CMOS RAM单位的地点；71h为数据端口，存放从选定的CMOS RAM 单位中读取的数据，或要写入到此中的数据。
  

3.2 举例阐明

可见，CPU对CMOS RAM的读写分两步举行。
好比：读CMOS RAM的2号单位：

• 将2送入端口70h
  
• 从71h读出2号单位的内容
  

4. shl 和 shr指令

shl和shr 是逻辑移位指令，反面的学习中我们要用到移位指令，这里举行一下解说。
4.1 shl 指令

4.1.1 功能

shl 是逻辑左移指令，功能为：

• （1）将一个寄存器或内存单位中的数据向左移位；
  
• （2）将末了移出的一位写入CF中；
  
• （3）最低位用0增补。
  

4.1.2 举例详细阐明

4.1.2.1 移动一位的情况

比方有如下指令：

1. mov al,01001000b
2. shl al,1                            ;将al中的数据左移一位

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实验后(al)=10010000b，CF=0。
我们来看一下shl al,1的使用过程。
（1）左移：

• 原数据： 01001000
  
• 左移后：01001000
  

（2）将末了移出的一位写入CF中：

• 原数据：01001000
  
• 左移后： 1001000 CF=0
  

（3）最低位用0增补：

• 原数据：01001000
  
• 左移后：10010000
  

假如接着上面，继承实验一条shl al1，则实验后：(al)=00100000b，CF=1。
shl指令的使用过程如下。
（1）左移：

• 原数据： 10010000
  
• 左移后：10010000
  

（2）将末了移出的一位写入CF中：

• 原数据：10010000
  
• 左移后： 0010000 CF=1
  

（3）最低位用0增补：

• 原数据：10010000
  
• 左移后：00100000
  

4.1.2.2 移动位数大于一的情况

   假如移动位数大于1时，必须将移动位数放在cl中。
  好比，指令：

1. mov al,01010001b
2. mov cl,3
3. shl al,cl

复制代码

实验后(al)=10001000b。
那叨教，CF的值是多少捏？
答：由于末了移出一位是0，以是CF=0。
   可以看出，将X逻辑左移一位，相当于实验X=X*2。
  好比：

4.2 shr 指令

4.2.1 功能

shr 是逻辑右移指令，它和 shl 所举行的使用刚好相反。
功能为：

• （1）将一个寄存器或内存单位中的数据向右移位；
  
• （2）将末了移出的一位写入CF中；
  
• （3）最高位用0增补。
  

4.2.2 举例详细阐明

4.2.2.1 移动一位的情况

指令：

1. mov al,10000001b
2. shr al,1                        ;将 al中的数据右移一位

复制代码

实验后(al)=01000000b，CF=1。
假如接着上面，继承实验一条shr al,1，则实验后：(al)=00100000b，CF=0。
4.2.2.2 移动位数大于一的情况

   假如移动位数大于1时，必须将移动位数放在cl中。
  好比，指令：

1. mov al,01010001b
2. mov cl,3
3. shr al,cl

复制代码

实验后(al)=00001010b，由于末了移出的一位是0，以是CF=0。
   可以看出，将X逻辑右移一位，相当于实验X=X/2。
  5. CMOS RAM中存储的时间信息

5.1 根本先容

   在CMOS RAM中，存放着当前的时间：年、月、日、时、分、秒。
  这6个信息的长度都为1个字节，存放单位为：
秒：0 分：2 时：4 年：9 月：8 日：7
这些数据以BCD码的方式存放。
BCD 码是以4位二进制数体现十进制数码的编码方法，如下图所示。

比方：数值26，用BCD码体现为：0010 0110
   可见，一个字节可体现两个BCD码。
  则CMOS RAM存储时间信息的单位中，存储了用两个 BCD码体现的两位十进制数，高 4 位的BCD码体现十位，低4 位的BCD 码体现个位。
好比：00010100b体现14。
5.2 题目

编程：在屏幕中心表现当前的月份。
5.3 分析与办理题目

可以看出，这个步伐告急做两部分工作。
5.3.1 读出当前月份的BCD码

从CMOS RAM的8号单位读出当前月份的BCD码。
要读取 CMOS RAM的信息，我们起首要向地点端口70h写入要访问的单位的地点：

1. mov al,8  
2. out 70h,al

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然后从数据端口71h中取得指定单位中的数据：

1. in al,71h

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5.3.2 将月份表现到屏幕上

将用BCD码体现的月份以十进制的情势表现到屏幕上。
   我们可以看出 ，BCD 码值＝十进制数码值，
  则BCD码值＋30h＝十进制数对应的ASCII码。
  我们须要举行以下两步工作：
（1）将从CMOS RAM的8号单位中读取的一个字节，分为两个体现BCD码值的数据。

1. mov ah,al                  ;al中为从CMOS RAM的8号单元中读出的数据
2. mov cl,4
3. shr ah,cl                  ;ah中为月份的十位数码值
4. and al,00001111b           ;ah中为月份的个位数码值

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（2）表现(ah)+30h 和 (al)+30 对应的ASCII码字符。
5.3.3 得到完备的步伐

完备的步伐如下：

1. assume cs:code
2. code segment
3. start:
4.                 mov        al,8
5.                 out 70h,al
6.                 in        al,71h
7.                 mov ah,al
8.                 mov cl,4
9.                 shr ah,cl
10.                 and al,00001111b
12.                 add ah,30h
13.                 add al,30h
15.                 mov bx,0b800h                ;显存
16.                 mov es,bx
17.                 mov byte ptr es:[160*12+40*2],ah     ;显示月份的十位数码
18.                 mov byte ptr es:[160*12+40*2+2],al   ;显示月份的个位数码
20.                 mov ax,4c00h
21.                 int 21h
23. code ends
24. end start

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结语

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v bx,0b800h ;显存
mov es,bx
mov byte ptr es:[16012+402],ah ;表现月份的十位数码
mov byte ptr es:[16012+402+2],al ;表现月份的个位数码

1.         mov ax,4c00h
2.         int 21h

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code ends
end start

2. # 结语
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