x86-8086汇编：该架构的中断信息引发，中断向量表的配置，中断例程的执行

cpu具备一种能力就是：执行完当前指令后能转而去执行别处的指令

这种能力我们叫中断（interrupt），中断有不同的类型：内中断和外中断

cpu具备中断能力，cpu在执行中断的时候其底层是怎么运作的，什么样子的内存分布来支撑这种能力呢？

x86-8086架构中断的整体情况

当发生内中断时，中断信息由cpu内部提供，cpu每执行完一条指令，就会检查是否有中断产生。如果此时，有内中断发生，cpu便会转而去处理这个中断信息。

当发生外中断的时候，中断信息有外部芯片提供。大部分的外中断，cpu会根据标志寄存器的状态来决定是否要去处理中断信息。

中断信息是什么？

比如当我们写出来的程序出现除法操作，除数是0的时候，就会引发中断，cpu必须去处理这个中断。所以，中断信息就是cpu的内部或外部，发生了需要cpu去处理的紧急的任务或事件。除法错误就是其中一种。

中断信息怎么发出？

内中断发生时，cpu内部会产生中断信息，要求cpu去处理一下紧急情况，但是这个中断信息是怎么发出的呢？

这个问题我也不懂，我所了解到的是：CPU执行指令时，如果发生异常情况（例如除零错误），CPU会自动产生一个异常中断。

cpu是怎么就自动产生了一个异常中断，我不得而知。

​但是cpu在接受中断信息的时候，是由中断控制器来接受的。

我们目前只局限在上层，最底层是芯片设计，操作系统是必须根据芯片的特点来编写的，感兴趣的同学可以自学一些关于芯片如何产生，处理中断信息的相关知识。有兴趣的同学，可以私信我，与我沟通，共同进步。

cpu怎么处理中断？

cpu在拿到中断信息的时候，就会把CS：IP指向中断向量表中的某个位置。所谓的处理中断，就是去执行另外一处的程序，这个“另外一处的程序” 是由BIOS系统提供的，也可以是由DOS系统提供的，也可以是由我们自己写的。

中断信息中包含了我们要去执行的程序的入口地址。

比如除零错误发生时，引发的中断类型码是0，其实就是

int 0

我们之前写

mov ax,4chh
int 21h

就是引发21h号中断，作用就是返回程序。

int 0 包含了什么信息

int是汇编指令，表示中断指令，后面的0，表示中断类型码，这个0中断类型码表示地址0000：0000处的中断处理程序的入口地址。

我们所有的中断处理程序的入口地址，都是打包放在一块的。在0000：0000地址起始处，一直到0000：03FF处，一共有1KB大小的空间，全部用来存储中断处理程序的入口地址，每个中断处理程序的入口地址都是由4个字节来存储，低位两字节存储入口地址的IP，高位两字节存储入口地址的CS。

地址0000：0000到0000：0003，这中间存储的就是我们0号中断处理程序的入口地址。

cpu通过中断类型码n，经过ip=n**4,cs=n**4+2的运算，就可以定位中断处理程序了。

之前说了，中断处理程序可以由系统，程序员，软件等来提供，‘int 21h’，表示21h中断类型码，其中的中断处理程序就是由DOS系统提供的，我们可以编写一个简单的中断处理程序——0号中断

中断向量表

刚才提到的，所有的中断处理程序的入口地址都是打包在一块的，全部存储在0000：0000地址起始的位置，这块内存我们就叫中断向量表。

外中断与端口（比如60h端口）

各种寄存器，存储设备都与CPU的地址总线，控制总线和数据总线连接，在cpu运作的时候，把它们都当作内存看待，把它们总地看成一个由若干存储单元组成的逻辑存储器-内存地址空间

cpu通过总线连接的芯片处理各种寄存器，还有以下三种：

1）各种接口卡上的接口芯片（网卡，显卡）

2）主板上的接口芯片，cpu通过控制它们来间接对外设进行控制

3）其他芯片，用来存储相关的系统信息，或者进行相关的输入输出处理（CMOS芯片）

这些芯片内部都有内存单元和寄存器。站在cpu的角度，这些寄存器就是各种芯片的端口，也是通过统一的编址，来确定一个统一的端口地址空间，cpu通过读/写端口与外设芯片进行交流。

外中断就是由外设芯片引发的，由外设芯片向cpu发送的中断信息。如我们最常使用到的键盘中断，就是由键盘控制芯片产生的，这个芯片被称为“键盘控制器8042”。

键盘控制器通过中断请求线（IRQ1）将键盘中断信号发送给cpu的中断控制器。

端口的读写

cpu是可以直接对端口进行读写的。

使用in指令和out指令，in指令表示从端口读取数据，out指令表示从端口写数据。

我们站在cpu的角度来看，in代表进入：从端口的数据进入到cpu中，表示从端口读。out表示出：从cpu传送出去的数据，写进端口。

这个指令和我们常用的mov指令做个对比。​mov指令中，比如：

mov ax，bx

表示将bx的数据移到ax中，这个顺序是从右到左。

假如我们要向60h端口写数据，就需要这样写：

out 60h，al

如果要从60h端口读数据，就需要这样写：

in al，60h

注意，端口的读写指令不仅不一样，而且操作对象的顺序也是不一样的。

记住，我们只能在ax或者al中存放读/取端口的数据。

对0~255以内的端口使用al。

对256~65535的端口使用ax。

可屏蔽中断与IF标志位

大部分外设芯片发出的中断信息都是属于可屏蔽中断，可屏蔽中断的意思就是cpu可以根据实际情况来屏蔽这个中断信息（所谓的屏蔽，不是不接受这个信息了，而是接受了这个信息，但是我不管你，不按照你的要求去执行你的中断处理程序）

既然是中断信息，就说明了发生了一些需要立马去处理的事情，为何cpu还要设计出可屏蔽中断的机制呢？

主要是基于以下几个情况：

1）在特定任务执行的过程中，不能被中断打断，必须暂时屏蔽中断，等任务完成后再重新打开中断。

2）保护关键区域，在一些关键的临界区域中，需要确保操作的原子性，避免在执行过程中由中断的干扰而产生错误。其实这个不难理解，我们经常在编写子程序的时候需要设置SS：SP的值，这是一个指向栈顶的存储机制，当我们设置SS的值和SP的值的时候，是需要将这两条指令放在一块写的。

mov ax，0200h
mov ss，ax
mov sp，0

我们的cpu在执行第二条和第三条指令的时候，就是不允许有任何中断来干扰，这是设置栈顶的原子操作，虽然这是两条独立的指令，但是这是原子操作，不能分割。所以，我们在编程的时候，设置栈顶的两条语句必须放在一起写，切记不可分开，以免在某时某刻程序运行的时候发生了不可定位的错误。

3）优化性能：在某些情况下，特定任务可能需要保持高优先级，而其他中断请求可能是低优先级的。通过屏蔽中断，可以暂时忽略低优先级的中断，确保高优先级任务的连续执行，从而提高系统性能和响应时间。

4）避免中断嵌套，如果我们写的中断处理程序，出现了错误，错误导致芯片发送本中断类型码，这个中断类型码指向的还是我们的中断处理程序，那么就会产生中断嵌套。

键盘中断就是一个典型的可屏蔽中断。

不可屏蔽中断很少，无法被IF标志位屏蔽，一般来说，当不可屏蔽中断发生时，意味着严重的系统故障和紧急事件。这个中断信息是由特殊的信号线来传输（NMI信号线）

中断类型是分优先级的，谁的优先级最高就执行谁的中断处理程序，不可屏蔽中断的优先级非常高。

IF标志寄存器和sti，cli指令

cpu是怎么通过什么来控制是否处理可屏蔽中断的？

cpu内部的标志寄存器（flag），是用来存储程序状态的，每执行完一条指令，其标志寄存器里面相关的值都会根据实际情况发生改变。我们这次谈及的是IF标志位，其全称是interrupt Flag，中断允许标志，是用来控制外部中断请求的。

当IF标志位为1时，表示外部中断请求被允许，CPU会响应可屏蔽中断。也就是说，当有外部中断请求到达时（例如来自外设的硬件中断），CPU会检查IF标志位是否为1，如果是，就会响应该中断，并跳转到相应的中断处理程序。反之，如果IF标志位为0，CPU会忽略外部中断请求，不进行中断处理。

通过设置和清除IF标志位，我们可以在特定的时刻允许或禁止外部中断的响应，这在实现临界区保护和处理特定任务时非常有用。

使用sti指令（Set interrupt Flag），该指令会将标志寄存器IF标志位设置为1，从而允许cpu响应外部可屏蔽中断。

语句写法就是这样：

sti

就可以了，相反的cli指令（clean interrupt Flag）就是将标志寄存器IF标志位设置为0，从而使得cpu不响应外部可屏蔽中断。

cli

中断类型码

中断类型码是一个8位的值，取值范围是0到255，它用于查找中断向量表（Interrupt Vector Table）中对应的中断处理程序的入口地址。

整个中断向量表占据的空间是1KB，但是这255个中断类型码，DOS系统并没有用完，还有好多是空着的。

0000：0200到0000：02FF这段空间就是空着的，BIOS系统，DOS系统，任何的软件都不会去使用这段空间。

中断类型码0号到31号是由cpu(x86-8086)保留的，用于处理cpu内部的异常。而中断类型码32号到255号通常用于外部中断，如硬件中断和软件中断。

常见的内中断类型码

1）除法错误，产生中断类型码0。

2）单步执行，产生中断类型码1。我们使用的debug程序，为何其能控制cpu一条挨着一条的执行指令，所依仗的就是cpu的1号中断。

3）断点中断（Breakpoint Interrupt）是由中断类型码3来控制的。断点中断通常是用于调试目的。当CPU执行到一条带有调试断点（breakpoint）的指令时，会触发中断类型码为3的异常，即断点中断。断点中断的作用是暂停程序的执行，以便程序员可以检查程序的状态、变量值、执行流程等，进行调试和错误排查。我们经常写c程序的时候经常使用断点调试，其底层机理就是这个中断类型码3。

4）执行汇编指令into，可以产生中断类型码4，这条指令是Interrupt on Overflow的缩写，其主要是命令cpu去检查OF标志位（Overflow），如果标志为1，表示上一条指令发生了溢出，那么就触发中断，去执行中断处理程序。

这条指令在现代x86体系结构中已经被弃用，它在现代处理器中可能会引起性能问题。现代的操作系统和应用程序中，通常会采用更灵活，更高级的异常处理机制来处理溢出问题。

5）int指令本身所触发的中断。​其作用就是去调用别的中断处理程序，由int指令所触发的中断属于软中断（软件中断）。

软中断与硬件中断

软中断是一种通过软件方式触发中断的机制。这个机制便可以让程序员来根据需求触发中断。

​那硬中断呢？

硬件中断是由外部设备发出的中断请求。

软中断与硬件中断的触发方式不同，软中断是通过执行指令而触发的，而硬件中断是由硬件设备发出的中断请求。

我们编写的程序中，使用的就是软中断，编写让cpu执行特定的汇编指令来触发中断。

我们常这样写：

mov ax，4c00h
int 21h

第二条指令就是引发21h号中断，程序停止，扫描中断向量表，根据中断类型码所指向的处理程序入口地址，来执行21号中断类型处理程序。

BIOS的开机启动与DOS中断例程的安装过程

BIOS的开机启动过程：

1）当计算机通电或重启时，CPU从预定义的启动地址（通常是ROM BIOS芯片的起始地址）开始执行代码。DOS系统中就是FFFF：0000处的代码，通常，这处的指令是一个跳转指令。

2）跳转指令执行后，就去执行硬件系统检测和初始化。初始化就是将BIOS提供的中断例程登记到中断向量表中。

（BIOS是固化在主板上的一组底层软件程序，它负责初始化硬件设备（如内存、硬盘、键盘、显示器等），并加载操作系统引导程序。）

3）初始化完成后，就调用int 19h中断例程去进行操作系统的引导。

4）BIOS根据设定的启动顺序（通常为先从软盘、硬盘或光盘加载），尝试从这些设备上寻找可引导的介质。如果找到可引导的介质（比如硬盘上的主引导记录），BIOS会将引导扇区加载到内存的指定位置，并跳转到该位置执行引导程序。

5）引导程序（通常是操作系统的引导加载程序）负责加载完整的操作系统内核，并将控制权转交给操作系统，使其继续执行。

注意，我们是可以通过编程来改变FFFF：0处的指令，使其执行我们的程序，通过我们的程序来间接进行后续的硬件检测和初始化。

BIOS提供的中断例程

int 19h中断例程

BIOS执行的第一个中断例程就是19h号中断，这个中断是进行操作系统的引导

int 10h中断例程及其功能号

BIOS提供的int 10h中断例程中，有很多和屏幕输出相关的子程序。

我们可以调用int 10h中断例程，选择想要的功能号（子程序），来达到想实现的目的：

int 10h中断，2功能号的作用就是设置光标位置。

mov ah,2   ;选择2功能号
mov bh,0   ;选择在第0页放置光标
mov dh,5   ;选择在第5行放置光标
mov dl,12  ;选择在第12列放置光标
int 10h    ;引发中断，执行功能号

int 10h中断，还有显示字符的9功能号：

mov ah,9	；选择9功能号
mov al,'L'	；选择字符
mov bl,7	；选择颜色属性
mov bh,0	；选择第0页
mov cx,3	；设置字符重复个数
int 10h		；引发中断，执行功能号

不管是BIOS提供的，还是DOS提供的中断例程，选择的功能号必须放在ah寄存器中。

上述汇编指令中，其颜色属性：

int 13h中断例程：对磁盘读写

我们通过控制磁盘控制器来访问磁盘，以扇区为单位对磁盘进行读写。当读写扇区，我们使用的是BIOS提供的对扇区进行读写的中断例程。

我们需要给出面号，磁道号，扇区号。面号有两个，0面和1面（从0开始），磁道号也是从0开始，而扇区号是从1开始的。

；es：bx已经指向接受从扇区读入数据的内存区
mov ah,2	；选择功能号（读扇区）
mov ch,0	；选择磁道号
mov cl,1	；选择扇区号
mov dl,0	；选择驱动器号
mov dh,0	；选择磁头号（面号）
mov al,1	；选择读取的扇区数目
int 13h

同理，当我们将ah的参数换成3，即表示写扇区，而此时es：bx指向的就是将要写进扇区的数据首地址，其他的没有变化。

int 9h中断例程

刚才提到了60h端口和键盘控制器。

键盘控制器用来接受键盘的中断信息，60h端口是用来存储键盘的键值。

BIOS提供的int 9h中断例程就是处理这个键盘中断的。

中断信息是由键盘的控制芯片发出，cpu如果此时的IF标志为1，那么就执行键盘中断。

键盘原理

先再看一遍文章前面的这个标题内容，点击右边目录跳转：

外中断与端口（比如60h端口）

键盘中每一个键都是一个开关，键盘中有一个芯片（这个芯片就是键盘控制芯片）对键盘上的开关进行扫描。

当我们按下一个键时，开关接通，芯片会产生一个扫描码，记住，我们此时是按下去了，键还没有松开。

这个扫描码就叫通码，记录了键在键盘的位置，然后将这个码送到主板上的相关接口芯片的寄存器中，该寄存器的端口地址就是60h。

我们松开键，此时也会产生一个扫描码，这个码叫做断码。

断码与通码之间的差别就是：断码=通码+80h

键	扫描码	键	扫描码	键	扫描码	键	扫描码
Esc	01	U	16	H	23	B	30
1~9	02~0A	I	17	J	24	N	31
0	0B	O	18	K	25	M	32
-	0C	P	19	L	26	，	33
=	0D	[	1A	；	27	.	34
Backspace	0E	]	1B	,	28	/	35
Tab	0F	Enter	1C	、	29	Shift(右)	36
Q	10	Ctrl	1D	Shift(左）	2A	PrtSc	37
W	11	A	1E	|2B	Alt	38
E	12	S	1F	Z	2C	Space	39
R	13	D	20	X	2D	CapsLock	3A
T	14	F	21	C	2E	F1~F10	3B~44
Y	15	G	22	V	2F	NumLock	45
ScrollLock	46	_	4A	End	4F	Del	53
Home	47	(左箭头）	4B	(下箭头)	50
(上箭头）	48	(右箭头)	4D	PgDn	51
PgUp	49	+	4E	Ins	52

这个是通码表，断码表在通码表的基础上加上80H。

扫描码是先发送到60h端口。记住，扫描码的产生是由键盘控制芯片贡献的，而键盘控制芯片在键盘内部，键盘是独立在电脑外面的，不在主机里面。

扫描码送到键盘控制器里面的60h端口。键盘控制器在主板上，当键盘控制器收到扫描码后，就向cpu发送中断请求（9h号中断），cpu收到中断请求后，便跟之前说的那样分情况处理。

（键盘控制器和键盘控制芯片别弄混了，一个在主板上，一个在键盘里。）

如果执行了int 9h中断，cpu便会处理这个端口的扫描码：

cpu从60h端口读出扫描码，判断该码是字符码还是控制码，如果是字符码，就将其和对应的ASCLL码一块放进内存的BIOS键盘缓冲区。

如果是控制码（Ctrl）或者切换键码（CapsLock），就将其转变为状态字节，存入内存中存储状态字节的单元（这个内存单元是0040:17。

这个int 9h中断处理程序，我们也是可以自己编写来代替的。

int 16h中断例程

还记得吗，我们按下一个字符键的时候，cpu通过IF标志位来确定是否执行int 9h中断例程。我们假设IF标志位为1，执行int 9h中断例程，此时，cpu所做的不过是将键盘数据写进BIOS键盘缓冲区。

记住哦，到这一步，只是进了内存里面，还没有任何作用。

BIOS提供了另一个中断例程-int 16h中断例程，这个中断例程的0功能号就是从BIOS键盘缓冲区里面读取数据。

mov ah,0	;选择0功能号
int 16h		;执行中断

返回的结果呢就是ah寄存器存储的是扫描码，al寄存器存储的是ASCLL码。我们在编写程序的时候，如果需要键盘输入，就可以调用这个中断例程。

int 16h中断在读取缓冲区的具体流程是这样的：

1）检测键盘缓冲区是否有数据

2）如果没有数据，就继续做第1步

3）读取缓冲区第一个子单元中的数据，送入ah，al寄存器中

4）将读取的键盘输入从缓冲区中删除

这个键盘缓冲区不大，有16个字单元，但最多只能装15个按键数据。键盘缓冲区的内存区管理机理是数据结构中的环形队列。

键盘状态字节

如果我们按下的不是字符键，那么其键值就不会进入到键盘缓冲区，而是通过键盘状态字节来存储。前面提到了，这个键盘状态字节的内存单元是0040：17。

4号位里面的ScrollLock大家可能用的不多，现在有些键盘都没有这个键，那这个键的具体运用是什么呢？我帮大家问了一下ChatGPT，下面是ChatGPT的回答，给大家看一下：

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Scroll Lock键是计算机键盘上的一个特殊功能键，通常位于键盘的顶部区域。然而，它的功能并不像其他常见的功能键（例如Shift、Ctrl、Alt等）那样常用，因此很多用户可能对它的作用并不熟悉。

在早期的计算机时代，Scroll Lock键的作用主要是控制屏幕滚动（scrolling）功能。在文本模式下，这个键可以用来决定光标是否会随着文本内容的滚动而移动。然而，随着计算机技术的发展和图形界面的普及，这个功能逐渐变得不常使用，并且在很多现代操作系统和应用程序中，Scroll Lock键已经没有了具体的功能。

目前，Scroll Lock键的主要用途是在某些特定的情况下，比如在电子表格程序（例如Microsoft Excel）中，可以用来控制光标的移动。当Scroll Lock键处于开启状态时，按上下左右箭头键不会导致选中单元格的变化，而是使得整个工作表随着光标的移动而滚动。当Scroll Lock键处于关闭状态时，按上下左右箭头键会导致选中单元格的变化而不影响工作表的滚动。

需要注意的是，Scroll Lock键的功能在不同的操作系统和应用程序中可能会有所不同。因此，在大多数情况下，用户无需特别关心或使用Scroll Lock键。如果你不确定某个程序或系统中Scroll Lock键的具体功能，可以查阅相关文档或使用说明来了解其用途。

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DOS提供的中断例程

int 21h中断例程及其功能号

我们编写的程序在最后面都会有两行汇编指令：

mov ax,4c00h
int 21h

其中调用21h号中断例程，选中的是4ch功能号，这个作用就是实现程序返回。

将语句拆分就是：

mov ah,4ch	；选择功能号
mov al,00h	；设置返回值
int 21h		；引发中断，执行功能号

int 21h中断例程中，还有9功能号，其作用是在光标处显示字符串，要求呢，就是这个字符串必须以"$" 结尾，字符串的源地址必须用ds：dx来指向：

;ds:dx 已经指向字符串
mov ah,9	;选择功能号
int 21h		引发中断，执行功能号

我们以后显示字符串，就可以直接调用DOS系统提供的中断例程来实现，不需要自己编写了。

好了，大致就这些，有任何问题的可以与我沟通，点击”关于我“，便可以找到我的联系方式。

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