端口 | Zobin

⚠ 转载请注明出处：作者：ZobinHuang，更新日期：July 17 2021

本作品由 ZobinHuang 采用知识共享署名-非商业性使用-禁止演绎 4.0 国际许可协议进行许可，在进行使用或分享前请查看权限要求。若发现侵权行为，会采取法律手段维护作者正当合法权益，谢谢配合。

1. 端口的概念

前面的文章中，我们讨论了 CPU 操作寄存器和内存的过程。除了这二者，CPU 还会面临着其它的操作对象，如外置接口卡芯片、主板接口芯片等等。这些芯片与内存 RAM 控制器一样，通过三类总线与 CPU 进行互联。同样地，在这些芯片上也都存在这一些可供 CPU 读写的寄存器。在 8086 CPU 的世界观中，把这些寄存器称为端口。

2. 端口的读写过程

回顾 8086 CPU 读写内存的过程：

CPU 通过地址线将读/写地址信息发出
CPU 通过控制器向内存 RAM 控制器发出读写命令：选中 RAM 控制器，并且通知它要从中读/写数据
CPU 和 RAM 控制器通过数据线进行数据传输

对于端口的读写，有着类似的过程：

CPU 通过地址线将读/写地址信息发出
CPU 通过控制器向端口所在芯片发出读写命令：选中对应的端口芯片，并且通知它要从中读/写数据
CPU 和端口芯片通过数据线进行数据传输

对于 8086 CPU 来说，它所能访问到的端口是统一编址的。也就是说和内存一样，只要给定一个端口地址，就能唯一确定全局的某一个寄存器。8086 CPU 最多可以寻址 64KB 个不同的端口，也就是 0～65535 个端口。

在汇编程序中，"in [register], [port_address]" 指令用于读取端口内容到指定寄存器，"out [port_address], [register]" 指令用于向指定端口写入指定寄存器中的数据。注意！在 8086 CPU 中，只能基于 AX 和 AL 寄存器来进行 in 和 out 操作，两者分别对应 16 位和 8 位操作。

除了我们在 BIOS 和 DOS 提供的中断例程中所提到的，主板上有一个 ROM 芯片门用于存储系统上点之后的主板硬件自检和中断注册外 (i.e. BIOS)，主板上还有一个名为 CMOS RAM 的芯片。这个芯片中有一个实时钟 (RTC) 和一个 128-bytes 的 RAM 寄存器。这个芯片在主板掉电以后靠电池供电，因此可以一直工作。在这 128B 的 RAM 中，0~0DH 这 14 个字节用于保存时间信息，剩下的字节用于保存主板的配置信息，以供 BIOS 读取配置。

为了访问这个芯片中存储的 128B RAM 数据，CPU 需要采用端口的方式来访问这个芯片。这个芯片内部有两个端口：70H 和 71H，其中 70H 为地址端口，CPU 向这个寄存器中写入要访问的 128B RAM 的地址；71H 为数据端口，CPU 可以从这个端口中读取选定的 128B RAM 单元的数据。

插曲：shl 和 shr 逻辑移位指令

shl 和 shr 指令可以用于对寄存器中存储的内容分别进行左移位和右移位的操作。以 shl 为例："shl ax, 1" 指令将 AX 寄存器中保存的 16 位值进行逻辑左移，并且将被移出的最高位放入 CF (Carry Flag) 标志位中。如果要进行大于 1 位的逻辑移位，则需要将移动位数放入 CL 寄存器中，并使用 "shl al, cl" 的指令进行移位。

在 CMOS RAM 中，存储时间信息的单元为：

存放单元	0	1	2	3	4	5	6	7	8	9
内容	秒		分		时			日	月	年

这些时间信息都是采用 BCD 码的方式存储的。我们通过下面的程序来基于端口从 CMOS RAM 中读取月份信息，并将月份信息显示在屏幕上：

code segment
start:      # 设置读取的 RAM 单元地址
            mov al, 8
            out 70h, al

            # 将月份信息读取进来
            in al, 71h

            mov ah, al
            # 在 AH 中保留十位信息
            mov cl, 4
            shr ah, cl

            # 在 AL 中保留个位信息
            and al, 00001111b

            # 将 BCD 码转化为 ASCII 码
            add ah, 30h
            add al, 30h

            # 显示在屏幕上
            mov bx, 0B800h
            mov es, bx
            mov byte ptr es:[160*12+40*2], ah   # 显示月份的十位数字
            mov byte ptr es:[160*12+40*2+2], al # 显示月份的个位数字

            mov ax, 4C00h
            int 21h
code ends

end start

运行的效果如下所示：

Zobin

端口

⚠ 转载请注明出处：作者：ZobinHuang，更新日期：July 17 2021

目录

1. 端口的概念

2. 端口的读写过程

3. 实例：使用 8086 CPU 读取 CMOS RAM

插曲：shl 和 shr 逻辑移位指令