Cамоучитель по Assembler
Двоично-десятичные числа
В гл. 2 уже говорилось о двоично-десятичных числах - специальном формате хранения данных, используемом в ряде технических приложений. Часто эти числа называют BCD-числами (от binary-coded decimal, двоично-кодированные десятичные числа). Для обработки BCD-чисел (сложения, вычитания, умножения и деления) в МП 86 предусмотрены специальные команды. Рассмотрим этот вопрос на комплексном примере обработки показаний КМОП-часов реального времени.
Как известно, в современных компьютеров имеются два независимых таймера. Один из них ("часы реального времени") включен в состав микросхемы с очень низким потреблением тока, питается от батарейки или аккумулятора, находящегося на системной плате, и работает даже на выключенной из сети машине. В этом таймере хранится и автоматически наращивается текущее календарное время (год, месяц, день, час, минута и секунда).
После включения компьютера вступает в работу другой таймер, который обычно называют системным. Датчиком сигналов времени для него служит кварцевый генератор, работающий на частоте 1,19318 МГц, сигналы от которого, после пересчета в отношении 65536:1, поступают в контроллер прерываний и инициируют прерывания через вектор 8 с частотой 18,2065 Гц. Эти прерывания активизируют программу BIOS, периодически выполняющую инкремент содержимого четырехбайтовой ячейки памяти с текущим временем, находящейся по адресу 46Ch. После включения машины программы BIOS считывают из часов реального времени текущее время суток, преобразуют его в число тактов системного таймера (т.е. в число интервалов по 1/18,2065 с) и записывают в ячейку текущего времени. Далее содержимое этой ячейки наращивается уже системным таймером, работающим в режиме прерываний.
Для определения текущего времени прикладная программа может вызвать соответствующие функции прерывания 21h DOS (конкретно, с номером 2Ah для получения даты и 2Ch для получения времени суток), а может прочитать время непосредственно из часов реального времени с помощью прерывания lAh BIOS. При этом прерывание 1А1г позволяет, помимо чтения текущего времени (функция 02h) и текущей даты (функция 04h), выполнять и целый ряд других функций, среди которых мы отметим только возможность установить "будильник", т.е. записать в микросхему часов значение календарного времени, когда часы должны выдать сигнал аппаратного прерывания. Этот сигнал через вектор 70h инициирует обработчик прерываний, входящий в состав BIOS, который проверяет, возникло ли данное прерывание в результате достижения времени установки будильника (часы реального времени могут инициировать прерывания и по других причинам), тестирует заодно батарейное питание микросхемы, а затем посылает в оба контроллера прерываний команды конца прерываний и завершается командой iret. Однако по ходу своего выполнения обработчик прерывания 70h выполняет команду hit 4Ah, которая передает управление на обработчик этого прерывания, тоже входящий в состав BIOS. Системный обработчик прерывания 4Ah ничего особенно полезного не делает, в сущности представляя собой просто программу-заглушку. Однако программист имеет возможность записать в вектор 4Ah адрес прикладного обработчика прерываний, который будет активизироваться прерыванием будильника. Функции прикладного обработчика определяет программист.
В примере 3-9 устанавливается прикладной обработчик прерывания 4All, который сам по себе вызваться никогда не будет, так как по умолчанию будильник часов реального не работает. Если, однако, прочитать системное время с помощью функции 02h прерывания lAh, прибавить к нему некоторую величину, например, 1 секунду, и установить будильник на это время (с помощью функции 06h прерывания lAh), то через одну секунду будет активизирован наш обработчик. В примере 3-9 этот процесс сделан бесконечным: в обработчике прерываний будильника снова выполняется чтение времени, прибавление к нему 1 секунды и установка будильника на новое время. В результате наш обработчик будет вызываться каждую секунду до завершения всей программы.
Помимо служебной функции установки будильника на следующую секунду, обработчик прерываний выполняет и полезную работу: он выводит текущее время в определенное место экрана. Поскольку обработчик активизируется каждую секунду, выводимое значение времени будет обновляться каждую секунду.
Как уже говорилось, в часах реального времени значение времени хранится в виде упакованных двоично-десятичных чисел. При выполнении арифметических операций с числами BCD (а нашем случае операции заключаются в прибавлении 1) необходимо использовать предназначенные для этого команды процессора. В примере проиллюстрировано использование одной из этих команд, конкретно, команды daa.
Для того, чтобы вывести на экран значение времени, его надо преобразовать в последовательность кодов ASCII. Процедура преобразования упакованных двоично-десятичных чисел в строку символов также включена в рассматриваемый пример.
Пример Чтение и обработка показаний часов реального времени
.586 ;Будут использоваться дополнительные команды
assume CS:code,ds:data
code segment use 16
main proc
mov AX,data ;Настроим DS наш
mov DS,Ax ;сегмент данных
;Сохраним исходный вектор 4Ah
mov AX,354Ah
int 21h
mov word ptr old_4a,BX
mov word ptr old_4a+2,ES
;Установим наш обработчик прерываний 4Ah
mov AX,254Ah
push DS ;Сохраним DS
push CS ;Настроим DS на сегмент
pop DS ;команд
mov DX,offset new_4a: DS:DX->new_4a
int 21h
pop DS ;Восстановим DS
;Установим будильник
movAH,02h ;Чтение текущего времени
int 1Ah
call add_time ;Прибавим 1 секунду
mov AH,06h ;Установим будильник на это время
int 1Ah
;Остановим программу, чтобы наблюдать прерывания
mov AH,01h ;Функция ввода с клавиатуры
int 21h
;Завершим программу, прибрав за собой
mov AH,07h ;Сброс будильника
int 1Ah
Ids DX,old_4a/DS:DX=исходный вектор
mov AX,254Ah ;Установим исходный вектор
int 21h
mov AX,4C00h ;Завершим программу
int 21h
main endp
;Наш обработчик прерывания от будильника new_4a proc
push a ;Сохраним все регистры
push DS ;Сохраним еще и
push ES ;сегментные регистры
mov AX ,seg hour ;Настроим DS на наш
mov DX,AX ;сегмент данных
mov AH,02h ;Прочитаем текущее время
int 1Ah ;из часов реального времени
push CX ;Сохраним полученное
push DX ;текущее время
В примере 3-9 используются несколько команд, отсутствующих в МП 86: команды сохранения в стеке и восстановления всех регистров общего назначения pusha и рора, а также команда сдвига shl с числовым операндом. Для того, чтобы эти команды распознавались ассемблером, в программу включена директива .586 (можно было бы обойтись и директивой .386). В этом случае необходимо оба сегмента объявить с описателем use16.
Программа состоит из главной процедуры main, процедуры new_4a обработчика прерываний от будильника, а также трех вспомогательных процедур-подпрограмм add_time, add_unit и conv. Главная процедура сохраняет исходный вектор прерывания 4Ah, устанавливает новый обработчик этого прерывания, читает текущее время и устанавливает будильник на время, отстоящее от текущего на 1 секунду, а затем останавливается в ожидании нажатия любой клавиши. Пока программа стоит, обрабатываются прерывания от будильника и в правый верхний угол экрана каждую секунду выводится текущее время. После нажатия любой клавиши программа завершается, предварительно сбросив будильник и восстановив исходное содержимое вектора 4Ah.
Легко видеть, что в предложенном варианте программа имеет мало практического смысла, так как она не выполняет, кроме вывода времени, никакой полезной работы. В то же время, пока эта программа не завершилась, запустить другую программу нельзя, так как DOS является однозадачной системой. Если, однако, написать нашу программу в формате .СОМ и сделать ее резидентной, мы получим возможность запускать любые программы и одновременно наблюдать на экране текущее время. Такого средства в DOS нет, и в какой-то ситуации оно может оказаться полезным. Методика разработки резидентных программ описана выше; читатель может выполнить необходимые преобразования самостоятельно.
Рассмотрим теперь программу обработчика прерываний будильника. Прежде всего в нем командой pusha (push all, сохранить все) сохраняются все регистры общего назначения и, кроме того, два сегментных регистра DS и ES, которые будут использоваться в обработчике. Далее регистр DS настраивается на сегментный адрес того сегмента, в который входит ячейка hour, т.е. фактически на наш сегмент команд. На первый взгляд это действие может показаться бессмысленным. Ведь в начале процедуры main в регистр DS уже был помещен адрес нашего сегмента данных data. Зачем же эту операцию повторять? Дело в том, что процедура new_4a, будучи формально обработчиком программного прерывания 4Ah, фактически представляет собой обработчик аппаратного прерывания от часов реального времени, которое, как и любое аппаратное прерывание, может придти в любой момент времени. В принципе прерываемая программа в этот момент может выполнять любые действия, и содержимое регистра DS может быть любым. Если же говорить о нашей программе, то она находится в цикле ожидания нажатия клавиши. Этот цикл организует функция 01h DOS, которая, между прочим, время от времени обращается к своему драйверу клавиатуры, а тот - к программам BIOS ввода символа с клавиатуры. Вполне вероятно (а на самом деле так оно и есть), что при выполнении упомянутых операций используется регистр DS, который в этом случае указывает уже не на наш сегмент данных, а на различные системные области. Другими словами, при входе в обработчик прерывания содержимое регистра DS неизвестно, и его следует инициализировать заново, обязательно сохранив исходное значение. Если перед выходом из обработчика это исходное значение не восстановить, будет неминуемо разрушена DOS.
Сохранив регистры и настроив DS, мы вызываем функцию 02h прерывания lAh чтения текущего времени. Время возвращается, как уже говорилось, в упакованном двоично-десятичном формате (по две цифры в байте) в регистрах СН (часы), CL (минуты) и DH (секунды). Нам это время понадобится еще раз в конце обработчика для установки будильника заново, и чтобы второй раз не вызывать функцию 02h, полученное время (т.е. содержимое регистров СХ и DX) сохраняется в стеке.
Далее выполняется последовательное преобразование BCD-цифр, составляющих время, в коды ASCII соответствующих символов. Число часов (две упакованные BCD-цифры) переносится в регистр AL, и вызывается подпрограмма conv, которая преобразует старшую цифру часов в код ASCII и возвращает его в регистре АН. Этот код помещается в объявленную в сегменте данных строку-шаблон hour, в которой заготовлены пустые пока места для символов цифр, составляющих время, а также имеются разделительные двоеточия. Для удобства обращения к элементам этой строки, она разделена на части и каждая часть снабжена собственным именем - min для поля минут и sec для поля секунд.
Подпрограмма conv преобразования BCD-цифры в код ASCII состоит всего из трех предложений, не считая заключительной команды ret. Двух разрядное BCD-число передается в подпрограмму в регистре AL. После обнуления регистра АН, который будет служить приемником для образования конечного результата, содержимое AL сдвигается командой shl влево на 4 бит, в результате чего старший полубайт регистра AL, т.е. старшая цифра числа, перемещается в регистр АН (Рисунок 3.9). Двоично-десятичная цифра представляет собой просто двоичное представление цифры; прибавление к ее коду кода символа "0" (числа 30h) дает код ASCII этой цифры.
Мы преобразовали пока только старший полубайт регистра СН. Для выделения младшего полубайта на регистр СН накладывается маска 0Fh,
