DOS程序员参考手册[15A]

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       第15章BIOS参考手册
   BIOS（基本输入／输出系统）功能是任何PC机或兼容计算机的基础。BIOS功能包括
一些基本的操作，通过这些操作就能成功地使用计算机的硬件资源。在PC机或兼容机上
的绝大多数编程操作是在BIOS层之上进行的。在需要某些特殊功能却又无计可施的情
况下，程序员们可直接调用BIOS功能。有时候，BIOS甚至没有提供必须的服务，此时，程
序员就必须深入到BIOS之下，并进入硬件层。
PC机或兼容计算机的BIOS通常被保存在ROM中（因而产生了一种术语为“ROM
BIOS”），并把它作为硬件系统的一部分。通常情况下，系统的制造厂家都按照Microsoft
的MS－DOS规范提供BIOS，可以很容易地把用于EGA监视器或其他设备的ROM BIOS
扩展部分加进系统。这些扩展部分构成了PC环境可扩展属性的基础。在系统引导时，
BIOS的某些部分（一个隐藏的文件，通常称之为IO.SYS或IBMBIO.COM）可以从磁盘
中进行装载。如何引导DOS的详细介绍可参见第3章“动态的DOS"。
ROM发表日期被定位在以F000：FFF5h为开头的8字节中。表15.1中列出了重要
的BIOS发表日期。
                       表15．1 BIOS发表日期
    日期                              机器类型
    04/24/81                                   PC
    10/19/81                          修正PC机中常见的故障
    08／16／82                                PC XT
    10/27/82                                   PC至XT升级
    11/08/82                                  便携式PC机
    06/01/83                                   PCjr
    01/10/84                                  个人计算机AT
    09/13/85                                   Convertible PC
    04／21／86                                PCxT286
    09/02/86                                   PS／2系列
上述这些日期都只是IBM的ROM BIOS的发表日期，仅仅在使用IBM PC时，这些
期才有意义。那些没有真正的IBM ROM的系统很可能拥有不同的日期，上表中没有涉
之所有的ROM BIOS。尽管一些杂志和公告板（大多数报告故障）上常提醒用户注意ROM
其他日期，但可以肯定地讲，不存在很复杂的日期列表。
可用型号标识字节（定位于F000：FFFEh处）来区分不同的型号（见表15．2）。ps／2
                                                                                       
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系列继续支持这种型号标识字节。但是，对于非IBM机器，不能依赖于这种字节；因为它
们没有建立标准的值集。
                                表15．2标识字节
    字节                                  系    统
          9Ah                                           COMPAQ Plus
          FFh                                           IBM PC
          FEh                                           PC XT便携式PC
          FDh                                           PCjr
          FCh                                           个人计算机AT，PS／1，PS／2，Model 50和60
          FBh                                           PCXT（1／10／86以后）
          FAh                                           PS／2Model30
          F9h                                           Convertible C
          F8h                                           PS／2MOdel 80
      关于BIOS发表日期和型号标识的其他信息，可参见本节后面的Int 15，功能C0h。
      在PS／2上，OS／2和硬件之间没有BIOS。所有的硬件接口连接是通过设备驱动程序：
来实现的（关于设备驱动程序的介绍，可参见第12章“设备驱动程序”）。让BIOS留在PS／
2系统中出于下列三种原因：引导操作系统；支持DOS(若使用DOS的话）以及为运行
DOS程序支持兼容性框（Compatiblity Box）。
     可直接通过接口把设备驱动程序链接到操作系统中，以控制对硬件的访问。在多任务
操作系统如OS／2、Windows或UNIX中，这些驱动程序能够处理进程（程序）的请求，并
能井井有条地管理好每一件事情。在多任务环境中，必须通过驱动程序进行硬件的访问，
因为任何直接访问硬件或访问全围绕BIOS的程序都会破坏其它程序正在做的事情。
      最初编写用于支持DOS的BIOS，能够顺利地在OS/2下运行，因为这种BIOS不在
保护模式中运行。在保护模式中禁止某些处理器指令，并阻止程序访问已指派给其它程序
的内存部分。保护模式使得多任务操作成为可能，因为在保护模式下，可以编写程序但却
不必担心它会影响其它的程序。IBM OS／2包含有一种高级BIOS（ABIOS），它能在实模
式和保护模式下启动设备驱动程序，支持多任务执行并寻址多达16M的内存。
      在PS／2上，为了使程序能在Compatibility Box中运行而支持BIOS调用。甚至于
Borland的SideKic(使用了未公开的系统调用）也能运行在PS／2上，尽管Microsoft和
IBM的正式声明只支持已公开的DOS调用。但是在OS／2下，那些必须在后台中运行的
DOS程序却被悬挂起来。 OS／2的开发者们考虑到了最坏的情况，即DOS程序与多任务
不兼容，因为它们直接访问内存（例如，直接写屏幕）。
      进入OS／2环境的读者将会发现，本节指明了（在一切可能的地方）BIOS内中断处理
的PS／2特征。记住IBM并没有发表用于PS／2的BIOS的程序清单，但却发表了用于初
始化PC机的BIOS程序清单。不过，它已公布了几乎与旧的PC BIOS完全兼容的入口
点。在BIOS基础上建成的程序能在PS／2上继续运行。在PS／2系列上，那些依靠BIOS的
速度来定时的程序可以比在PC机上运行得更快。
      表15．3列出了PS／2中的主要变化。
     
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                 表15.3 PS／2的不同点      （PS/2）
      中断号                                    含    义
      0Bh                                       保留，不再通信
      0Ch                                       保留，不再通信
      0Dh                                       保留
      0Fh                                       保留
      15h                                       系统服务（磁带I／O）
      40h                                       软盘BIOS向量
      41h                                       硬盘参数
      46h                                       硬盘参数
      4Ah                                       用户警告
      71h-74h                                   保留
      76h－77h                                  保留
      F1h-FFh                                   用户程序中断
除了常常控制中断0Bh和0Ch的通信程序外，这些改变对绝大多数程序没有影响。
若对本章的功能是如何展现的有疑问，可参照本书的“参考手册概述”部分。
系统  Int       00h   
                                      被零除中断（硬件出错）
        当出现被零除的倾向时，该中断由CPU调用。
    调用寄存器：无
    返回寄存器：无
    注释：当处理器试图执行非法的被零除操作时，自动地调用被零除中断。因为
    若除数为零，计算机的除法过程永远都不会终止，在任何计算机上，都把这种
    操作当作出错处理。中断处理程序自动地处理这种出错。
        在启动时，BIOS把该中断设置为指向IRET指令。但是，DOS把此中断重
    新设置成指向产生Divide by zero信息的处理程序，并接着终止这道导致出错
    的程序。这一进程是在DOS层上进行处理的，因为在BIOS层上不存在相应
    的处理程序。被零除出错会使得操作系统不稳定，并导致其它错误。当被零除
    错误出现时，最好的办法是人为地重新启动操作系统或创建一道更好的处理
    程序（诸如用于DOS Int 24h的程序）。
        如果正在编写一道使用户输入出现这类错误的程序，则必须捕获被零除
    中断，并在某个例程中处理该中断。这是一种很好的编程练习，所编写的程序
    不仅能保证它们的屏幕用户输入，而且绝不允许这种错误俘获。但是，有时候
    程序会以一种意想不到的方式产生被零除中断。
        在程序操作期间会意外地出现被零除中断，此时，一种堆栈问题就可能导
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致处理器去执行Int 00h。在调试问题的过程中出现特别复杂的堆栈处理时
也会偶尔产生被零除中断。
      除了上述原因外，有些DOS版本在遇到访问不存在的文件的尝试时也会
产生被零除中断；若DOS在执行某个计算来把簇号转换成所有磁盘控制程序
所要求的磁道／磁头／扇区的地址格式时，则常常会出现这种错误。被零除错误
是位神秘的不速之客，因为在用户的操作行为和这种错误信息之间没有明显
的关系。
系统 Int      01h
                          单步中断
若设置俘获标志就由CPU调用。
调用寄存器：无                                              
返回寄存器：无
注释：无论什么时候设置俘获标志，在执行完所有的指令后都会调用Int
01h。调试程序使用这类中断处理程序单步执行（其它类型的程序则不能调用
这类中断）。
      在编写调试程序的过程中，尤其要注意用STF（Set Interrupt Flag：设置中
断标志）指令来阻止俘获你自己的中断处理程序。一旦进入了处理程序，中断
就被关闭，并且设置了俘获标志。若在关掉俘获标志之前重新启用中断，就会
单步执行中断处理程序，这样就不得不再次引导计算机以重新获得控制权。
系统 Int    02h
                       不可屏蔽中断（NMI）
在内存奇偶出错时由CPU调用
调用寄存器：无
返回寄存器：无
注释：从程序员的角度讲，不可屏蔽中断（NMI）是用途最小的中断，因为它表
示在操作过程中主系统失败。若出现NMI错，很可能没有恢复机会。对于
NMI，既不能封锁它也不能关掉它，唯一能做的就是接受它。
      在计算机的PC系列中（包括PS／2 30型），这类中断会报告奇偶出错。当
系统板上出现奇偶错误时，ROM BIOS就会显示出PARITY CHECK 1，并随
时锁定机器。PARITY CHECK2表示I／O通道奇偶出错。显示出PARITY
CHECK信息，则表示内存中出现间歇读（intermittent-read）问题。
      虽然可以来用循规蹈矩的方式来俘获中断以关闭系统，但中断处理程序
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      可能不处在好的内存中，因为这类中断正是出自于内存奇偶错误。更为严重的
      是，任清空缓冲区或更新文件的尝试都会破坏其它情况下还是好的文件。但
      是，有几种公共域和共享件程序可帮助你俘获该中断，并允许你选择除强迫重
      引导外的其它操作。
          在PS／2系列中（除Model 30外），可用此中断进行奇偶检测，但是错误信
      息以数字化的代码方式出现，它们的含义如下表所示：
          代码                              含    义
          110                               系统板内存失效
          111                               I／O通道检查被激活
          112                               监视程序超时
          113                               直接内存访问（DMA）总线超时
          I／O通道内存中的错误会导致给出错误号111。监视程序超时可用来检测
      是否有已遗漏的IRQ0（系统计时器）中断。当允许监视器超时时出现这种中
      断，此时就会产生NMI错误112。当直接内存访问（DMA）驱动程序时，若授
      予DMA设备以超过7．8微秒的总线控制权时，就会产生错误113。
      Int      03h
系统                          断点中断
      调试程序用该中断来俘获程序断点
      调用寄存器：无
      返回寄存器：无
      注释：正在调试的程序把此中断看作一个指向断点处理例程的向量。调试程
      序把Int 03h（使用特殊的单字节同义词操作码0CCh）置于所期望的断点处，
      并允许调试的程序运行。当该程序到达此断点时，中断处理程序把控制权归还
      给调试程序。
          对一些程序员来说，这种特殊的单步操作码可能显得有些陌生，但是In-
     tel公司提供的这一种0CDh 03h（用于Int 03h的普通编码）的代用品使得在
      可执行代码中能轻而易举地实现断点的布局。
          对于调试汇编语言程序来说，中断03h和01h是可以使用的原始硬件工
      具。
     Int      04h
系统                          算术溢出中断
      当算术操作溢出时由CPU调用
                                                                                     
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调用寄存器：无
返回寄存器：无
注释：当算术操作产生的结果大于所允许的数据类型时，可通过执行INTO
（溢出中断）指令来调用该中断。要启用INTO指令，必须在执行运算指令（如：
MUL或IMUL）前设置标志寄存器中的溢出位（位11）。
      对于大多数程序来说，由于运算溢出算不上是什么问题，因而通常就没有
采取相应的补救措施。此中断的缺省值指向IRET指令，并立即从此中断里返
回。没有使用任何特殊的处理程序来处理溢出，因为Intel微处理器指令集中
包含有JO和JNO（溢出跳转和未溢出跳转）指令，通常就用这两处指令来处
    理溢出。
系统 Int     05h
                          打印屏幕
把文本屏幕内容在打印机上打印出来
调用寄存器：无
返回寄存器：无
注释：按下PrtSc键（通常为Shift-PrtSc），即可触发把当前屏幕显示的内容
打印在打印机上的这种功能。功能05h传送到一种例程，该例程把视频屏幕缓
冲区的ASCII内容发送给打印机。请读者注意这里的“ASCII内容”一词，若在
处理图形屏幕时该中断引发打印行为，但所打印的内容却不可预测。
    大多数DOS版本包含GRAPHICS．COM实用程序，它安装一种代用的
打印屏幕中断处理程序，能处理图形。4．0版本之前的版本只能用于IBM（与
EPSON兼容）图形打印机；4．0版问世以后，它扩展到支持当前所有的IBM
打印机型号。
    还有几种备用Int 05h例程也广为使用。例如，Intel提供了一种作为软件
部分的替换处理程序，适用于Above Board Plus EMS内存板，后者突出其软
件打印缓冲设备的控制权并保持打印屏幕的功能。
    若要寻找一种打印屏幕显示的方法，可从你自己的程序中调用Int 05h。
在数据库程序中，打印屏幕显示特别有用，例如，可以打印屏幕的内容而不必
打印记录。
    有些情况下，可能需要用特殊的处理程序——即能处理特殊的情况或执
行完全不同的功能的处理程序来代替中断向量。标准功能保存光标位置，并接
着在同一系统上把屏幕内容打印给打印机1。它运行已许可的中断，因而在任
何中断（其它打印屏幕除外）都能控制该系统。
    此功能不会修改任何寄存器，它只是在内存中的0050：0000处维护一个
状态字节。如果此状态字节为1，就表明打印正在进行；如果此字节值为0，则
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      表明已完成了一个成功的打印；如果为FFh，则表明最后一次打印操作未能成
      功地完成。
系统  Int   08h
                                   系统定时器
      由系统时钟每秒大约调用18．2次（每小时65536次）
      调用寄存器：无
      返回寄存器：无
      注释：Int 08h是一个每秒钟要调用18.2次的中断，用于完成高级的各种计
      数，该中断直接与系统时钟芯片的通道0相连。要编写实用程序中的TSR，如
      SideKick，就会发现Int 08h对于由定时来触发的任务来说是特别有用的。此
      中断要调用Int 1Ch（定时计数）。因此大多数TSR应该连接到Int 1Ch而不是
      连接到Int 08h上。
          由于每隔55毫秒此中断就被调用一次，因而，面向该中断的处理程序必
      须尽可能快地执行。中断处理只能是处理器系统常规使用的一小部分。并且，
      由于计时器被当作IRQ0（高优先级硬件中断），因而会优先于同一系统上的其
      它中断而服务于中断Int 08h。若对该中断处理得不好，就会导致服务于其它
      的重要中断（如磁盘服务）时出现问题。
          注意，由于在Int 08h处理程序完成其处理之前调用了Int 1Ch（计时器的
      用户拴接），因而，面向该中断的操作也领先于其它任何硬件中断请求而得以
      执行。富有经验的软件设计人员则常常利用这一事实。
          地址0040：006Ch是一个32位按天计算的时间（time-of-day)指示符，计
      数自启动以来的时间计数。每当时间计数满24小时，位置0040：0070h就被
      置为1，而当BIOS读它时，该位置被清除为零。如果经过了24小时而其间又
      没有出现读取操作时，计算机的时间系统中便消失了一整天的时间，并又从零
      开始计数。
          通过递减位置0040：0040h处的值，该中断就能提供用于磁盘的发动机
      自动关闭功能。当位置0040：0040h的值为零时，位于0040：003Fh处的发
      动机状态中的发动机运行标志被重置为关掉磁盘发动机。
          让计时器采用奇数频率来调用Int 08h（18.2次／秒）的原因在于设计者们
      希望通过设置出时间显示来简化这项工作，以便位于0400：006Ch处的32
      位值中的高位字正好能每小时增加一次，这样便允许把它与24（十进制）进行
      简单的比较，以检测午夜翻转。
          用3600（每小时的秒数）来除65536（低位字翻转的计数），其结果正好是
      18．20——目标频率。遗憾的是，计时器芯片的递减计数频率略为偏低了一点，
      并且实际上在BIOS中检测到的计数数字是11，大于可能显示的结果，实际操
                                                                                       
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作中，由于不同的系统之间频率是不相同的，因而必须时常重新设置时钟。每
当引导系统时，这一进程通常就会发生；但是在一些拥有单独的实时时钟的系
统上，这些时钟也会在每周超出几秒或丢失几秒钟。
键盘 Int       09h
                          键盘中断
    无论何时按F3键或松开此键，都会调用这一原始的键击中断
    调用寄存器：无
    返回寄存器：无
    注释：无论何时按下F3键或放开此键，键盘就会发送一种信号（IRQ1）来触
    发该中断。该中断的处理程序从键盘端口（端口60h）中读取键信息，并把此信
    息处理成字符码和扫描码信息，然后将处理后的信息放入32个字节的字符队
    列中（通常保存在0040:001Eh处）。这两种代码被放置在由0040：001Ch（键
    盘缓冲区尾指针）所指向的位置上，并相应地增加了两个指针。BIOS控制台输
    入例程不是直接访问键盘，而是访问这种输入队列，因而程序员在进行键盘处
    理时保留某些超前敲入（typeahead）的余地和很多键盘处理中的灵活性。
        由中断处理程序解释的特殊键击如下：
    键击                      处    理
    Ctrl                      更新0040：0017h和0040：0018h（键盘控制字节）并且
                              更新0040：0096h（键盘模式标志）
    Alt                       与Ctrl相同
    Shift                     与Ctrl相同
    Ctrl-Alt-Del    把0040：0072h（重置标志）设置为1234h，并把系统控
                              制传送给POST（Power－On Self Test：加电自检）例程；
                              一旦设置了重置标志，POST就可绕过通常的启动检测。
    Pause                     导致处理程序在获取有效字符之前不断地循环下去。
    PrintScreen               使用Int 05h来调用打印屏幕例程。
    Ctrl-Break                Int 1Bh来调用Control－Break处理程序
    System Request  PC XT BIOS系统（日期晚于1/1/86）、个人计算机AT
                              系统、PC AT 286系统、PC Convertible系统和PS／2系
                              统使用Int 15h功能85h(按下SysReq键）。
        若使用具有BIOS发行日期晚于1／10/86的PC XT，或在使用Personal
    Computer AT、PC XT 286、PC Convertible或PS／2系统，那么处理完该键击
    后，把AL置为02h，该中断就能使用Int 15h的功能91h（中断完成）。（更多的
    信息可参见Int 15h的功能91h）。
        对键击作出快速响应的TSR（终止并驻留实用程序）常截取并充当该中

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断的作用。由于键盘例程要进行大量的处理操作，因而对该中断来说，从普通
的BIOS键盘例程中截取键盘请求是一种更为可取的截取操作。若必须要求
快速响应，则使用Int 09h是最为理想的方法。
通信 Int     0Bh
                  COM1和COM3中断服务（PC、PCXT）
                  COM2和COM4中断服务（Personal Computer AT）
                  保留（PS/2）
当串行端口在IRQ3上发出中断时，调用此中断
调用寄存器：无
返回寄存器：无
注释：远程通信程序通常截取该中断向量。其它所有访问串行端口（BIOS或
DOS功能）的方法都不够快，不能处理超过1200 bps（位／秒）的速度（详细的
情况请参见第7章对“串行设备”和第11章对“中断处理程序”的介绍）。通过
连接此处定制的中断处理程序，再经过仔细的中断处理程序编程，程序员们就
能处理达到机器容量极限的速度（约38．4K bps）。
    Int 0Ch处理此中断所不处理的COM端口。
遗憾的是，在PS／2上，该中断被列于保留行列。在PS／2上，必须重新编写
PS/2 在速度上依赖于此中断的通信程序。
通信 Int  0Ch
                COM2和COM4中断服务（PC、PCXT）
                COM1和COM3中断服务（Personal Computer AT）
                保留（PS／2）
当串行端口硬件在IRQ4上发出中断时调用
调用寄存器：无
返回寄存器：无
注释：远程通信程序通常截取该中断向量。其它所有访问串行端口（BIOS或
DOS功能）的方法都不够快，不足以处理超过1200bps的速度（详细情况参见
第7章对“串行设备”和第11章对“中断处理程序”的介绍）。在这里，通过连接
定制的中断处理程序，并在经过仔细的中断处理程序编程后，程序员们就能处
理达到机器所能承受的极限速度（约38．4K字节／秒）。
Int 0Bh处理此中断处理程序所不能处理的COM端口。
                                                                                           
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    (PS/2)遗憾的是，在PS／2上，将此中断标记为保留对象，这样，在PS／2
    必须重编写那些在速度上依赖于该中断的通信程序。
磁盘 Int  0Dh
                                                 磁盘管理（磁盘控制卡）（PC XT）
                                                 LPT2控制(Personal Computer AT)
                                                 保留（Ps／2）
          指定使用硬件中断请求线IRQ5的硬件控制器时调用该中断
          调用寄存器：无
          返回寄存器：无
          注释：仅在较新的ROM BIOS版本中才加进了此中断处理程序。它给出了一
          种从PC XT开始的可用功能。
            在Personal Computer AT上，用Int 0Dh进行LPT2处理（有关打印机服
        务的讨论参见Int 0Fh）。
        <PS/2>在PS／2上，Int 0Dh成为保留；它的功能被重新分布到别的地方。由
        于很少有（如果有的话）程序直接使用该中断，因而对大多数程序员来说，这种
        改变并未影响他们的工作。
磁盘 Int 0Eh
                               软盘管理
    使用硬件请求线IRQ6的软盘控制器（硬件）时调用此中断。
    调用寄存器：无
    返回寄存器：无
    注释：软盘控制器用Int 0Eh来检测磁盘传送操作是否完成。典型地，由于通
    过该中断可实现的操作可以通过其它的BIOS功能来实现，因而可以忽略该
    中断。大多数程序员都不使用这种中断。
使用硬件请求线IRQ7的内部打印机控制中断
调用寄存器：无
返回寄存器：无