Жанр: Учеба
Программно-аппаратная организация компьютера IBM PC
П. Нортон
ПРОГРАММНО-АППАРАТНАЯ ОРГАНИЗАЦИЯ КОМПЬЮТЕРА IBM PC
(INSIDE THE IBM PC.ACCESS TO ADVANCED FEATURES AND PROGRAMMING)
Prentice-Hall Publishing Comp., 1984
Перевод с английского
С.Писарева, Б.Шура
Киев 1987
ОГЛАВЛЕНИЕ
1.1. Краткий обзор содержания книги
1.2. Вспомогательные обучающие средства
1.3 Используемые программные средства, языки программирования и
тексты программ
1.4. Возможные аспекты рассмотрения проблемы
1.5. Обзор оригинальных источников, используемых в данной работе
1.6. Некоторые особенности изложения материала
Приложение 1.1. Текст программы визуализации всех символов на экране
дисплея (язык Бейсик)
2.1. Микропроцессор - центральный узел персонального компьютера
2.2. Краткие сведения об остальных компонентах компьютера
2.3. Функциональные назначения этих компонентов
2.4. Использование разъемов расширения
2.5. Дополнительные сведения о технических средствах
2.6. Три аспекта рассмотрения архитектурных решений
2.7. Возможности комплектации IBM/PC
3.1. Организация памяти персонального компьютера
3.2. Принципы адресации
3.3. Сверхоперативная память на регистрах
3.5. Прерывания
3.6. Стеки
3.7. Порты
Приложение 3.1. Текст программы поиска активного участка памяти
(Бейсик)
Приложение 3.2. Текст программы обработки прерываний (Ассемблер)
Приложение 3.3. Текст программы поиска активных портов (Паскаль)
Приложение 3.4. Текст программы считывания данных из порта
(Ассемблер)
4.1. Для чего нужны операционные системы
4.2. Шесть основных модулей ДОС
4.3. Нижний уровень программной поддержки - система BIOS-ПЗУ
4.4. Процедура начальной загрузки - структура процесса
4.5. Операции с периферийным устройством - компонента IBMBIO.COM
4.6. Ядро операционной системы - компоненты IBMDOS.COM
4.7. "Внутренние" компоненты (команды) операционной системы -
компонента COMMAND.COM
4.8. "Внешние" команды операционной системы - особенности выполнения
и загрузки
4.9. Функции обслуживания пользователем операционной системы
5.1. Устройство гибкого магнитного диска (дискеты)
5.2. Форматы хранения информации
5.3. Типы дискет и проблемы защиты от копирования
5.4. Стандартный накопитель информации на гибких магнитных дисках
5.5. Принципы хранения файлов
5.6. Организация справочников
5.7. Структура таблицы размещения файлов
5.8. Стратегия размещения файлов
5.5. Файлы в текстовом формате
5.10. Форматы записей данных
5.11. Форматы программных (исполняемых файлов)
Приложение 5.1. Текст программы анализа структуры справочника
(Паскаль)
Приложение 5.2. Текст программы анализа структуры таблицы размещения
файлов (Паскаль)
Приложение 5.3. Текст программы обработки справочника и таблицы
размещения файлов (Паскаль)
6.1. Организация ПЗУ и его использование
6.2. Анализ содержимого ПЗУ средствами программы DEBUG
6.3. Анализ содержимого ПЗУ - метод деассемблирования
6.4. Анализ содержимого ПЗУ - реконструкция интерпретатора языка
Бейсик
6.5. Существующие версии BIOSa
6.6. Механизм выборки информации из ПЗУ
6.7. Описание специальных прерываний
Приложение 6.1. Текст программы проверки метки версии ПЗУ (Паскаль)
7.1. Три уровня дисковых операций
7.2. Средства поддержки дисковых операций уровня BIOS-ПЗУ
7.3. Параметры дисков и методы защиты от копирования
8.1. Типы видеомониторов
8.2. Принципы отображения информации
8.3. Метод хранения копии изображения в оперативной памяти
8.4. Страничный механизм цветного графического дисплея
8.5. Атрибуты изображений
8.6. Использование цвета
8.7. Режим прямого управления видеомонитором
8.8. Управление перемещением курсора
8.9. Стандартный режим управления видеомонитором
8.10. Псевдографический режим
8.11. Средства управления видеодоступа уровня BIOS-ПЗУ
Приложение 8.1. Текст программы демонстрации возможностей управления
цветом (Бейсик)
Приложение 8.2. Текст программы генерации изображений (Паскаль)
9.1. Основы машинной графики
9.2. Понятие элемента отображения (пиксель)
9.3. Отображение пикселей на экране
9.5. Генерация текстов в графическом режиме
Приложение 9.1. Текст программы генерации графических образов
(Паскаль)
10.1. Принципы построения
10.2. Механизм смены внутренних кодов
10.3. Клавиши управления
10.4. Программная поддержка операций с клавиатурой уровня BIOS-ПЗУ
10.5. Работа с клавиатурой в рамках языковых процессоров
Приложение 10.1. Текст программы демонстрации возможностей управления
клавиатурой (Бейсик)
11.1. Асинхронный коммуникационный адаптер
11.2. Адаптер устройства печати
11.3. Интерфейс с накопителем информации на магнитной кассете
11.4. Дополнительные процедуры обслуживания уровня BIOS-ПЗУ
11.5. Генерация звука
Приложение 11.1. Текст программы генерации звука с использованием
таймера (Ассемблер)
Книга, предлагаемая читателю, рассказывает о чудесах - о тех чудесах,
которые позволяет творить Персональный Компьютер фирмы "IBM" (IBM/PC).
Появление персонального компьютера фирмы "IBM" знаменовало собой
фактическое введение нового и очень высокого стандарта качества и
производительности персональных компьютеров. Те, кто уже знал и понимал
возможности персональных компьютеров, увидели в IBM/PC новое средство,
превосходящее все то что существовало до сих пор. Те же, кто считал
персональные компьютеры не более чем игрушками, начали осознавать
действительную ценность этих компьютеров в качестве полезнейшего рабочего
инструмента инженера или ученого.
Эта книга отличается от большинства книг, знакомящих читателей с
компьютерами. Она рассчитана на тех читателей, которые не желают
останавливаться на сведениях для начинающих, а хотят узнать действительные
возможности персонального компьютера фирмы "IBM".
Компьютер IBM/PC позволяет реализовать множество интереснейших
возможностей, о которых будет рассказано в данной книге. Эта книга
адресована всем, кого действительно интересует как работает IBM/PC и что
можно делать с ее помощью, независимо от того, является ли читатель
опытным профессионалом или начинающим пользователем компьютеров.
Книга позволяет не только понять как функционирует IBM/PC, но и
обьясняет как можно его использовать на практике. Она предлагает
дополнительный и более глубокий материал об IBM/PC для всех, кто в нем
нуждается. Мы поможем Вам понять не только принципы функционирования
машины, Но и ее потенциальные возможности. Книга содержит множество
советов и практических рекомендаций, касающихся программирования для
IBM/PC. Но не следует считать эту книгу руководством по программированию
для IBM/PC, в основном она посвящена возможностям самого компьютера.
1.1. Краткий обзор содержания книги
Эта книга в основном посвящена программам (или программному
обеспечению), поскольку именно они реализуют большинство возможностей
компьютера. Но помимо этого необходимо рассмотреть и аппаратные средства
компьютера - этому посвящена глава 2.
В главе 3 рассматривается функционирование центрального узла
компьютера - собственно микропроцессора. Операционная система РС-DOS
кратко описывается в главе 4. В этой главе приведены пояснения принципов
работы ДОС и в качестве дополнительного материала описаны программные
средства, обеспечивающие доступ к различным возможностям ДОС.
Далее, в главе 5, рассматривается организация внешней памяти и
способы хранения данных на гибких магнитных дисках. Примеры программ
показывают способы расшифровки служебной информации об организации
хранения данных на дискете, которая обычно скрыта от пользователя.
(постоянном запоминающем устройстве) IBM/PC. В этой главе показано как
можно пользоваться этими программами. Этот материал подготавливает почву
для изучения глав с 7 по 11, в которых, шаг за шагом, описываются
служебные программы, хранящиеся в ПЗУ. Каждая из этих глав сопровождается
примером программ, позволяющих использовать те или иные возможности
компьютера.
описывают работу с дисплеем, соответственно в алфавитно-цифровом и
графическом режимах.
итоги рассмотрения всего предыдущего материала.
Приложения этой книги включают краткий глоссарий компьютерной
терминологии, введение в Паскаль и описание интерфейса между программами,
написанными на ассемблере, и программами на Паскале или другом языке
высокого уровня.
1.2. Вспомогательные обучающие средства
Если Вы просто хотите узнать побольше об IBM/PC, то Вам не
потребуется ничего, кроме этой книги. Однако, чтобы применить полученные
знания на практике этого будет недостаточно, потребуется, как минимум, сам
компьютер.
Чтобы воспользоваться программами, приведенными в этой книге,
потребуется IBM/PC с 64К байтами памяти и одним дисководом. Все программы
могут работать как с монохромным дисплеем, так и с цветным графическим
адаптером. Потребуется также операционная система ДОС и поставляемые
вместе с нею средства, такие как программа DEBUG. Можно воспользоваться
любой версией ДОС: исходной версией 1.00, неофициальной и временной
версией 1.05, усовершенствованной версией 1.10 или ДОС 2.00.
Чтобы как можно полнее использовать все возможности, предоставляемые
IBM/PC, Вам потребуется дополнительный пакет программ на гибких магнитных
дисках, прилагаемый к этой книге. Средства доступа ко всем возможностям
IBM/PC были разработаны специально для этой книги. Содержимое пакета
описывается в приложении 5.
Вам не нужно будет использовать Макроассемблер фирмы "IBM" для
использования представленных в книге процедур доступа, написанных на
ассемблере. Все эти программы включены в пакет программ в виде готовых к
использованию обьектных модулей. Однако, если Вам захочется внести
изменения в ассемблерную программу, чтобы адаптировать ее к своим нуждам,
то потребуется и ассемблер, и необходимо будет освоить язык ассемблера.
Один из разделов этой книги представляет собой простое введение в
использование ассемблера.
Чтобы использовать приведенные в книге программы на языке Паскаль
либо сами по себе, либо в составе Ваших собственных программ, Вам
потребуется компилятор языка Паскаль для IBM/PC.
И, наконец, Вам может потребоваться копия "Сервисных программ
Нортона" (The Norton Utilities). Она включает программу восстановления
поврежденных дискет (FileFix), уничтоженных файлов (UnErase), модификации
секторов на дискете (SecMod) и управления скрытыми файлами (FileHide и
BatHide); реорганизации справочников файлов (DiskOpt и FileSort) и
управления экранным режимом (Reverse, ScrAtr и Clear), а также несколько
других полезных служебных программ.
1.3. Используемые программные средства, языки программирования и
тексты программ
В этой книге будет приведено множество программ и мы сразу же
приступим к рассмотрению первой из них, текст которой приведен в
приложении 1-1. Эта программа написана на языке БЕЙСИК и выдает на экран
все 256 кодов символов, отображаемых дисплеем IBM/PC. Многие пользователи,
как это ни удивительно, никогда не видели всего набора символов, так что
это представляет для них интерес. Просмотр сразу всех возможных символов
может оказаться полезным для выбора из их числа таких символов, которые
будут использоваться для организации специальных эффектов. Программа
отображает символы в виде таблицы по 16 символов в каждом ряду. Если
необходимо установить порядковый номер любого символа, то можно
использовать функцию CHR$ языка БЕЙСИК. Так первая строка содержит символы
от CHR$(0) до CHR$(15), а вторая CHR$(16)-CHR$(81). Шестнадцатиричные коды
символов определяются по меткам строк и столбцов.
В примерах программ, приведенных в этой книге, используются три языка
программирования: БЕЙСИК, Паскаль и язык ассемблера. Интерпретатор языка
БЕЙСИК имеется в любом варианте IBM/PC, поэтому БЕЙСИК используется во
всех случаях, когда им целесообразно воспользоваться. Однако БЕЙСИК не
слишком хорошо приспособлен для решения серьезных задач, поэтому, в
основном используется язык Паскаль.
Паскаль приобрел большую популярность в мире персональных компьютеров
благодаря своим возможностям, компактности и надежности. У Паскаля имеются
и очень сильные конкуренты - в первую очередь языки Си и Форс. Однако, для
нас Паскаль имеет два важных преимущества. Во-первых, он проще и его легче
изучить, чем языки Си и Форс и во-вторых, что наиболее важно, фирма "IBM"
поставляет Паскаль для своих персональных компьютеров с самого начала. И
коль скоро нам необходим какой-то общий язык общения, большая часть
программ в этой книге написана на Паскале.
Если вы не знакомы с языком Паскаль, не отчаивайтесь, наиболее
простой способ немного изучить этот язык заключается в чтении примеров,
приведенных в книге. Они были специально написаны как можно доступнее и
подобраны таким образом, чтобы постепенно обучать читателя. Кроме того,
приложение 2 содержит краткое руководство по языку Паскаль,
демонстрирующее его возможности и стиль программирования, поясняющее
наиболее важные компоненты языка.
Я настоятельно рекомендую язык Паскаль всем, кто еще не выбрал, на
каком языке программировать на IBM/PC.
Если Вы собираетесь использовать другой язык, то примеры программ на
Паскале, приведенные в этой книге, все равно будут полезны. Они показывают
приемы работы на IBM/PC, которые можно перенести и в другие языки
программирования.
Многие из наиболее мощных и интересных возможностей IBM/PC можно
задействовать только с помощью программ, написанных на языке ассемблера. В
этой книге мы рассмотрим все эти возможности и способы их использования.
Чтобы обеспечить Вам наиболее благоприятные возможности для их
использования в книге приведен полный набор программ, написанных на языке
ассемблера, которые представят Вам доступ ко всем возможностям IBM/PC и
операционной системы ДОС.
В приложении 3 описываются способы подключения модулей, написанных на
языке ассемблера. Потребности описания относятся к языку Паскаль, но они
практически в том же виде могут быть применены к любому языку
программирования, который использует стандартные механизмы вызова
программ.
Специально для этой книги было написано небольшое число программ.Одни
- с чисто иллюстративным назначением - чтобы продемонстрировать некоторые
приемы работы. Другие программы предназначены для помощи в получении
информации о Вашем компьютере. Третью группу составляют программные
средства, обеспечивающие Вам доступ ко множеству важных возможностей,
предоставляемых IBM/PC. По возможности листинги этих программ были
включены в эту книгу , и в первую очередь, это относится к тем программам,
изучить которые читателю наиболее полезно. Однако, некоторые из
вспомогательных программ лучше не изучать, а непосредственно использовать,
книга содержит тексты только тех программ, которые полезно изучить, а все
остальные программы включены в специальный пакет, записанный на дискете,
прилагающейся к данной книге.
Этот пакет содержит все программы, листинги которых приведены в
книге, и многие другие полезные программы. Содержимое пакета описывается в
приложении 5.
Программы, написанные на языке ассемблера, записаны на дискете как в
виде исходного текста, так и в виде готовых к использованию обьектных
модулей. Если Вы захотите внести в эти программы какие-либо изменения, то
Вам пригодится исходный текст. Для использования готовых программ Вам не
нужно изучать язык ассемблера и использовать ассемблер. Программы на
Паскале также представлены и в виде исходного текста, и в виде готовых,
скомпилированных модулей, которые готовы к использованию.
В пакет программ включена одна вспомогательная программа, DiskLook.
Эта программа позволяет просматривать всю информацию, хранящуюся на гибких
магнитных дисках. Она может вывести перечень файлов, упорядоченный по
именам, датам или размерам или имена всех файлов, которые были удалены.
Программа DiskLook позволяет просмотреть распределение дискового
пространства, показывает расположение любого файла и и позволяет считывать
данные с любого места на дискете.
1.4. Три пересекающиеся области
Хотя не все это замечают, но появление IBM/PC привело к возникновению
трех пересекающихся областей интересов. Чтобы это стало очевидным, должно
пройти определенное время, но читатель должен знать о них и об их связи с
данной книгой.
Появление персонального компьютера фирмы "IBM" было, как ни странно
это звучит, появлением первого IBM/PC-подобного компьютера; первого, но не
единственного. Кроме того, появилась операционная система фирмы
"Майкрософт", MS-DOS; версия этой операционной системы для IBM/PC получила
название PC-DOS, хотя можно встретить и названия IBM-DOS и просто ДОС.
Отсюда и возникают три области интересов. Во-первых, это интерес к
самому компьютеру IBM/PC. Далее, это интерес к компьютерам в большей или
меньшей степени имитирующим IBM/PC и, наконец, это интерес к семейству
компьютеров, использующих операционную систему MS-DOS.
Между этими областями много общего, так что любая книга, посвященная
одной из областей, содержит обширный материал и по остальным. Эта книга
посвящена первопричине появления всех этих областей интереса -
персональному компьютеру фирмы "IBM", но большая часть того о чем пойдет
речь, может пригодиться и тем, кто интересуется IBM/PC-подобными
компьютерами и тем, кто интересуется семейством компьютеров, работающих
под управлением операционной системы MS-DOS.
Время от времени, при изложении материала этой книги, когда можно
провести такое разделение, я буду указывать, что относится, а что не
относится к остальным двум областям.
1.5. Источники информации
В такой книге нельзя описать абсолютно все аспекты и подробности
работы IBM/PC. Ниже приведен список наиболее важных и полезных источников
информации, которыми Вы можете воспользоваться, если потребуются более
подробные сведения.
Практически все сведения, приведенные в данной книге, извлечены из
этих источников. В отличие от многих других персональных компьютеров
IBM/PC сопровождался очень широким кругом открытых источников информации.
Это произошло благодаря позиции фирмы "IBM", состоящей в том, чтобы машина
была как можно более доступна разработчикам программного обеспечения и
аппаратных расширений. В качестве автора этой книги, я не имел доступа к
каким-либо особенным секретам, какие были бы недоступны читателям. Мне
потребовалось только переработать общедоступную информацию, извлечь из нее
наиболее существенное и выделить информацию, представляющую интерес для
наиболее широкого круга читателей.
Если Вам потребуется более подробная информация, чем та которая
содержится в этой книге, Вы можете обратиться к следующим источникам:
наиболее богатый источник информации - это собственное техническое
руководство по Персональному компьютеру фирмы "IBM", содержащее помимо
технических подробностей, детальное описание ROM-BIOS, т.е., хранящейся в
ПЗУ базовой системы ввода-вывода. Эти программы обеспечивают наиболее
функциональные программные средства для управления IBM/PC. Приведен
листинг BIOS на языке ассемблера, в котором можно разобраться только в том
случае, если Вы хорошо знаете язык ассемблера микропроцессора 8086 фирмы
"Интел". Тем не менее, листинг системы BIOS представляет собой настоящий
клад информации о служебных подпрограммах, доступных пользователю. Даже
если Вы незнакомы с языком ассемблера, описания служебных подпрограмм и
способ их организации помогут Вам понять организацию этого компьютера.
(Приводятся только листинги системы BIOS, а листинг записанного в ПЗУ
интерпретатора языка Бейсик (ROМ-BASIC) не приводятся, хотя его можно
получить с помощью команды DEBUG операционной системы, правда без
комментариев.)
Кроме того, в руководстве приведены две очень удобные таблицы,
содержащие все 256 кодов символов, используемых IBM/PC и функции
специальных символов-атрибутов, управляющих цветом текста, отображаемого
на экране IBM/PC.
Еще одним полезным источником информации может послужить руководство,
поставляемое вместе с операционной системой DOC. В приложениях к этому
руководству можно найти полезную информацию о форматах дискет, соглашениях
для служебных процедур ДОС, блоках управления файлами, приставках
сегментов программ и так далее. Само руководство по ДОС несколько беднее,
чем большинство наших источников информации, поскольку оно не содержит
подробной технической информации о ДОС. Руководство содержит очень
полезную вспомогательную информацию и некоторые рекомендации.
Чтобы лучше понять функционирование микрокомпьютера, на основе
которого функционирует IBM/PC, можно обратиться к нескольким книгам по
микропроцессорам 8086/8088 фирмы "Интел". Особенно полезными мне
показались две книги. Наиболее доступно принципы организации и работы
микропроцессора 8086 представлены в книге "The 8086/8088 Primer",
написанной Стефаном П. Морзом (Hayden,1980). Более глубоко микропроцессор
описывается в книге "The 8086 Book", Рассела Ректора
(Osborne/McGrawHill,1980).
В качестве справочника по программированию на языке Паскаль можно
воспользоваться стандартным руководством по компилятору языка Паскаль для
IBM/PC. Это не слишком удачное введение в Паскаль, но только в этом
руководстве описываются особенности конкретной версии языка Паскаль для
IBM/PC. Чтобы изучить язык можно выбрать одну из книг по Паскалю для
начинающих, которыми переполнены книжные магазины. Если же Вы обладаете
хорошей подготовкой, достаточно прочитать руководство по компилятору языка
Паскаль полностью. Практически все технические детали, касающиеся
использования версии языка Паскаль для IBM/PC либо подробно описаны, либо
поясняются примерами. На мой взгляд, авторы этого руководства проделали
большую работу, включив все необходимые рекомендации для тех случаев,
которые они не могли детально пояснить. (Вы многое сможете узнать о языке
Паскаль, внимательно изучив примеры, приведенные в этой книге, и прочитав
руководство по языку Паскаль в приложении 2).
Как и в случае с языком Паскаль, рекомендации по программированию на
ассемблере можно найти в руководстве по ассемблеру для IBM/PC. Однако, в
этом руководстве Вы не найдете набора машинных команд. Он описывается в
двух упоминавшихся выше книгах по микропроцессору 8086. Руководство по
ассемблеру для IBM/PC очень плохо обьясняет вопросы программирования и
практически не содержит необходимой вспомогательной информации, но без
него невозможно пользоваться ассемблером. (Приложение 3 к настоящей книге
описывает методы об'единения программ, написанных на языках Паскаль и
ассемблер, а также содержит ряд полезных советов, которые помогут Вам
начать изучение языка ассемблера.)
1.6. Несколько замечаний о способе изложения материала
В этой книге я старался обьяснять все как можно проще, яснее и по
возможности без противоречий. Если Вам встретится непонятный термин,
загляните в краткий глоссарий терминов, приведенный в приложении 1.
Ниже приведен ряд замечаний. поясняющих способ изложения материала,
использованный в этой книге. Сначала о представлении чисел.
Числа всегда будут записываться обычными десятичными цифрами, которые
все мы изучаем еще в детстве. В тех случаях, когда это необходимо, будут
также приводиться шестнадцатиричные числа, обозначаемые словом
"шестнадцатиричное". Шестнадцатиричные числа удобно использовать при
работе с компьютером, поскольку они представляют собой удобную сокращенную
запись двоичных чисел. В отличие от десятичной системы, использующей
десять цифр, в шестнадцатиричной системе цифр шестнадцать, обозначаемых от
0 до 9, далее следует А (со значением 10), В, С, D, E, и наконец, F (со
значением пятнадцать). В этой книге 11 глав (шестнадцатиричное В);
Декларация Независимости была подписана в 1776 году (шестнадцатиричное
6F0).
Вас может удивить запись чисел и в десятичном и в шестнадцатиричном
виде, хотя бы потому, что ни Паскаль, ни Бейсик, ни ассемблер не требуют
использования шестнадцатиричных чисел при програм
...Поділитися у соцмережах
