[toc]

端口

在PC机系统中，和CPU通过总线相连的芯片除各种存储器外，还有以下3种芯片。

  • 各种接口卡（比如，网卡、显卡）上的接口芯片，它们控制接口卡进行工作；
  • 主板上的接口芯片，CPU通过它们对部分外设进行访问；
  • 其他芯片，用来存储相关的系统信息，或进行相关的输入输出处理。

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，它们在物理上可能处于不同的芯片中， 但是它们在以下两点上相同。

  • 都和CPU的总线相连，这种连接是通过它们所在的芯片进行的；
  • CPU对它们（芯片上的寄存器）进行读或写的时候都通过控制线向它们所在的芯片发出端口读写命令。

从CPU的角度，将这些寄存器都当作端口，对它们进行统一编址，从而建立了一个统一的端口地址空间。 每一个端口在地址空间中都有一个地址。在访问端口的时候，CPU通过端口地址来定位端口。因为端口所在的芯片和CPU通过总线相连，

CPU可以直接读写以下3个地方的数据。

  • CPU内部的寄存器
  • 内存单元
  • 端口

1、端口的读写

端口地址和内存地址一样，通过地址总线来传送。在PC系统中，CPU最多可以定位64KB个不同的端口。则端口地址的范围为0-65535。

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。

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。

1
2
3
4
5
6
7
8

;对0~255以内的端口进行读写时：
in al, 20h  ;从20h端口读入一个字节
out 20h, al  ;往20h端口写入一个字节

;对256~65535的端口进行读写时，端口号放在dx中：
mov dx, 3f8h  ;将端口号3f8h送入dx
in al, dx  ;从3f8h端口读入一个字节
out dx, al ;向3f8h端口写入一个字节

2、CMOS RAM芯片

PC机中，有一个CMOS RAM芯片，一般简称为CMOS。此芯片的特征如下

  • 包含一个实时钟和一个有128个存储单元的RAM存储器
  • 该芯片靠电池供电。关机后内部的实时钟正常工作，RAM中的信息不丢失
  • 128个字节的RAM中，内部实时钟占用0~0dh单元来保存时间信息，其余大部分单元用于保存系统配置信息，供系统启动时BIOS程序读取。BIOS也提供了相关的程序，使我们可以在开机的时候配置CMOS RAM中的系统信息。
  • 该芯片内部有两个端口，端口地址为70h和71h。CPU通过这两个端口来读写CMOS RAM
  • 70h为地址端口，存放要访问的CMOS RAM单元的地址；71h为数据端口，存放从选定的CMOS RAM单元中读取的数据，或要写入到其中的数据。 可见，CPU对CMOS RAM的读写分两步进行，比如，读CMOS RAM的2号单元： ①将2送入端口70h； ②从端口71h读出2号单元的内容。

CMOS RAM中存储的时间信息

在CMOS RAM中，存放着当前的时间：年、月、日、时、分、秒。长度都为1个字节， 存放单元为：

9 8 7 6 5 4 3 2 1 0
年 月 日 时 分 秒

BCD码是以4位二进制数表示十进制数码的编码方法 4 == 0100B

一个字节可表示两个BCD码。则CMOS RAM存储时间信息的单元中，存储了用两个BCD码表示的两位十进制数，高4位的BCD码表示十位，低4位的BCD码表示个位。比如，00010100b表示14。

 1
 2
 3
 4
 5
 6
 7
 8
 9
10
11
12
13
14
15
16
17
18
19
20
21
22
23
24

;编程，在屏幕中间显示当前的月份。
assume cs:code
code segment 
start:	mov al，8 ;从CMOS RAM的8号单元读出当前月份的BCD码。
		out 70h，al 
		in al, 71h ;从数据端口71h中取得指定单元中的数据：
		
		mov ah, al ;al中为从CMOS RAM的8号单元中读出的数据
		mov cl, 4
		shr ah, cl ;ah中为月份的十位数码值,左移四位空出四位
		and al, 00001111b ;al中为月份的个位数码值
		
		add ah, 30h ;BCD码值+30h=十进制数对应的ASCII
		add al, 30h 
		
		mov bx, 0b800h 
		mov es, bx 
		mov byte ptr es:[160*12+40*2], ah ;显示月份的十位数码
		mov byte ptr es:[160*12+40*2+2], al ;接着显示月份的个位数码
		
		mov ax，4c00h
		int 21h
code ends
end start

3、shl和shr指令

shl和shr是逻辑移位指令

shl是逻辑左移指令，它的功能为：

  1. 将一个寄存器或内存单元中的数据向左移位；
  2. 将最后移出的一位写入CF中；
  3. 最低位用0补充。

shr是逻辑右移指令，同理

1
2
3
4
5
6
7
8
9

mov al, 01001000b 
shl al, 1 ;将a1中的数据左移一位执行后（al）=10010000b，CF=0。

mov al, 01010001b 
mov cl, 3 ;如果移动位数大于1时，必须将移动位数放在cl中
shl al, c1

mov al, 10000001b 
shr al, 1  ;将al中的数据右移一位执行后（al）=01000000b，CF=1。

将X逻辑左移一位，相当于执行X=X*2 将X逻辑右移一位，相当于执行X=X/2

4、总结

  • 什么是端口？

    CPU通过总线连着很多芯片（网卡、显卡、某些外设）。CPU和这些芯片“沟通”的渠道就是端口。例如使用cmos ram芯片时，CPU通过地址总线将地址信息传输到这个芯片接收地址信号的端口上，这样就可以指定芯片内部的CPU指令的操作对象地址，之后，数据则会通过芯片的另一个端口进行读或写。

  • 对端口的读写实际上就是遵照“先传地址，再操作数据”的原则，本质上就是对和CPU相联的芯片里面的寄存器进行读写。