отпускание Байт флагов
любой клавиши Системный клавиатуры
Контроллер Порт 60h обработчик [40h:17h]
клавиатуры Скэн-код int09h | 7 | 6| 5| 4| 3| 2| 1| 0|
Клавиатура
Ins
Скэн-код Код Caps Lock
Кольцевой буфер ASCII Num Lock
40h:1Eh ввода Scroll Lock
40h:1Ah Alt
Адрес головного Скэн ASCII Ctrl
символа Скэн ASCII Shift левый
Скэн ASCII Shift правый
Программа Скэн ASCII
пользователя Адрес хвостового
··· символа
Запрос на ввод 40h:3Ch
с клавиатуры Ввод самого
“старого” символа
Рис. 2.3. Процесс взаимодействия системы с клавиатурой.
Работой клавиатуры управляет специальная электронная схема - контроллер клавиатуры. В его функции входит распознавание нажатой клавиши и помещение закрепленного за ней кода в свой выходной регистр (порт) с номером 60h. Код клавиши, поступающий в порт, называется скэн-кодом и является, по существу, порядковым номером кла-
виши. При этом каждой клавише присвоены два скэн-кода, отличающиеся друг от друга на 80h. Один скэн-код (меньший, код нажатия) засылается контроллером в порт 60h при нажатии клавиши, другой (больший, код отпускания) - при ее отпускании.
Скэн-код однозначно указывает на нажатую клавишу, однако, по нему нельзя определить, работает ли пользователь на нижнем или верхнем регистре. С другой стороны, скэн-коды присвоены всем клавишам клавиатуры, в том числе управляющим клавишам <Shift>, <Ctrl>, <Alt>, <Caps Lock> и др. Таким образом, очевидно, что определение введенного символа должно включать в себя не только считывание скэн-кода нажатой клавиши, но и выяснение того, не были ли перед этим нажаты, например, клавиши <Shift> (верхний регистр) или <Caps Lock> (фиксация верхнего регистра). Всем этим анализом занимается программа обработки прерываний от клавиатуры.
Как нажатие, так и отпускание любой клавиши вызывает сигнал аппаратного прерывания, заставляющий процессор прервать выполняемую программу и перейти на программу системного обработчика прерываний от клавиатуры, входящего в систему BIOS. Поскольку обработчик вызывается через вектор 09h, его иногда называют программой int09h.
Программа int09h, помимо порта 60h, работает еще с двумя областями оперативной памяти: кольцевым буфером ввода, располагаемым по адресам от 40h:lEh до 40h:3Dh, куда в конце концов помещаются коды ASCII нажатых клавиш, и битом флагов клавиатуры, находящимся по адресу 40h:17h, где фиксируется состояние управляющих клавиш (<Shift>, <Caps Lock>, <Num Lock> и др.).
Программа int09h, получив управление в результате прерывания от клавиатуры, считывает из порта 60h скэн-код и анализирует его значение. Если скэн-код принадлежит одной из управляющих клавиш, и, к тому же, представляет собой код нажатия, в байте флагов клавиатуры устанавливается бит (флаг), соответствующий нажатой клавише. Например, при нажатии правой клавиши <Shift> в байте флагов устанавливается бит 0, при нажатии левой клавиши <Shift> - бит 1, при нажатии любой клавиши <Ctrl> - бит 2 и т.д. Биты флагов сохраняют свое состояние, пока клавиши (по одиночке или в любых комбинациях) остаются нажатыми. Если управляющая клавиша отпускается, программа int09h получает скэн-код отпускания и сбрасывает соответствующий бит в байте флагов. Кроме состояния указанных клавиш, в байте флагов фиксируются еще режимы <Scroll Lock>, <Num Lock>, <Caps Lock> и <Insert> (см. рис. 2.3).
Компьютеры PC/AT имеют второй байт флагов клавиатуры, находящийся по адресу 40h:18h, и отражающий состояние управляющих клавиш на расширенной (101-клавишной) клавиатуре.
При нажатии обычной, не управляющей клавиши, программа int09h считывает из порта 60h ее скэн-код нажатия и по таблице трансляции скэн-кодов в коды ASCII формирует двухбайтовый код, старший байт которого содержит скэн-код, а младший код ASCII. При этом если скэн-код характеризует клавишу, то код ASCII определяет закрепленный за ней символ.
Поскольку за каждой клавишей закреплено, как правило, не менее двух символов ("а" и "А", "1" и "!", "2" и "@" и т.д.), то каждому скэн-коду соответствуют, как минимум, два кода ASCII. В процессе трансляции программа int09h анализирует состояние флагов, так что если нажата, например, клавиша Q (скэн-код 10h, код ASCII буквы Q - 51h, а буквы q - 7lh), то формируется двухбайтовый код 1071h, но если клавиша Q нажата при нажатой клавише <Shift> (смена регистра), то результат трансляции составит 1051h. Тот же код 1051h получится, если при нажатии клавиши Q был включен режим <Caps Lock> (заглавные буквы), однако при включенном режиме <Caps Lock> и нажатой клавише <Shift> образуется код 1071h, поскольку в такой ситуации клавиша <Shift> на время нажатия переводит клавиатуру в режим нижнего регистре (строчные буквы).
Полученный в результате трансляции двухбайтовый код засылается программой int09h в кольцевой буфер ввода, который служит для синхронизации процессов ввода данных с клавиатуры и приема их выполняемой компьютером программой. Объем буфера составляет 16 слов, при этом коды символов извлекаются из него в том же порядке, в каком они в него поступали. За состоянием буфера следят два указателя. В хвостовом указателе (слово по адресу 40:lCh) хранится адрес первой свободной ячейки, в головном указателе (40: 1Ah) - адрес самого старого кода, принятого с клавиатуры и еще не востребованного программой. Оба адреса представляют собой смещения относительно начала области данных BIOS, т.е. числа от 1Eh до 3Ch. В начале работы, когда буфер пуст, оба указателя - и хвостовой, и головной, указывают на первую ячейку буфера.
Программа int09h, сформировав двухбайтовый код, помещает его в буфер по адресу, находящемуся в хвостовом указателе, после чего этот адрес увеличивается на 2, указывая опять на первую свободную ячейку. Каждое последующее нажатие на какую-либо клавишу добавляет в буфер очередной двухбайтовый код и смещает хвостовой указатель.
Выполняемая программа, желая получить код нажатой клавиши, должна обратиться для этого к каким-либо системным средствам - функциям ввода с клавиатуры DOS (прерывание 21h) или BIOS (прерывание 16h). Системные программы с помощью драйвера клавиатуры (точнее говоря, объединенного драйвера клавиатуры и экрана, так называемого драйвера консоли с именем CON) считывают из кольцевого буфера содержимое ячейки, адрес которой находится в головном указателе, и увеличивает этот адрес на 2. Таким образом, программный запрос на ввод с клавиатуры фактически выполняет прием кода не с клавиатуры, а из кольцевого буфера.
Хвостовой указатель, перемещаясь по буферу в процессе занесения в него кодов, доходит, наконец, до конца буфера (адрес 40h:3Ch). В этом случае при поступлении очередного кода адрес в указателе не увеличивается, а, наоборот, уменьшается на длину буфера. Тем самым указатель возвращается в начало буфера, затем продолжает перемещаться по буферу до его конца, опять возвращается в начало и так далее по кольцу. Аналогичные манипуляции выполняются и с головным указателем.
Равенство адресов в обоих указателях свидетельствует о том, что буфер пуст. Если при этом программа поставила запрос на ввод символа с клавиатуры, то драйвер консоли будет ждать поступления кода в буфер, после чего этот код будет передан в программу. Если же хвостовой указатель, перемещаясь по буферу в процессе его заполнения, подошел к головному указателю "с обратной стороны" (это произойдет, если оператор нажимает на клавиши, а выполняемая в настоящий момент программа не обращается к клавиатуре), прием новых кодов блокируется, а нажатие на клавиши возбуждает предупреждающие звуковые сигналы.
Если компьютер не выполняет никакой программы, то активной является программа командного процессора COMMAND.COM. Активность COMMAND.COM заключается в том, что он, поставив запрос к DOS на ввод с клавиатуры (с помощью функции 0Ah прерывания 21h) ожидает ввода с клавиатуры очередной команды пользователя. Как только в кольцевом буфере ввода появляется код символа, функция 0Ah переносит его во внутренний буфер DOS, очищая при этом кольцевой буфер ввода, а также выводит символ на экран. При получении кода клавиши <Enter> (0Dh) функция 0Ah завершает свою работу, а командный процессор предполагает, что ввод команды закончен, анализирует содержимое буфера DOS и приступает к выполнению введенной команды. При этом командный процессор работает практически лишь с младшими половинами двухбайтовых кодов символов, именно, с кодами ASCII.
Если компьютер выполняет какую-либо программу, ведущую диалог с оператором, то, как ухе отмечалось, ввод данных с клавиатуры (а точнее из кольцевого буфера ввода) и вывод их на экран с целью эхо контроля организует эта программа, обращаясь непосредственно к драйверу BIOS (int 16h) или к соответствующей функции DOS (int 21h). Может случиться, однако, что выполняемой программе не требуется ввод с клавиатуры, а оператор нажал какие-то клавиши. В этом случае вводимые символы накапливаются (с помощью программы int09h) в кольцевом буфере ввода и, естественно, не отображаются на экране. Так можно ввести до 15 символов. Когда программа завершится, управление будет передано COMMAND. СОМ, который сразу же обнаружит наличие символов в кольцевом буфере, извлечет их оттуда и отобразит на экране. Такой ввод с клавиатуры называют вводом с упреждением.
До сих пор речь шла о символах и кодах ASCII, которым соответствуют определенные клавиши терминала и которые можно отобразить на экране. Это буквы (прописные и строчные), цифры, знаки препинания и специальные знаки, используемые в программах и командных строках, например, |, $, * и др. Однако имеется ряд клавиш, которым не назначены отображаемые на экране символы. Это, например, функциональные клавиши <F1>, <F2>...<F10>; клавиши управления курсором <Home>, <End>, <PgUp>, <PgDn>, <Стрелка вправо>, <Стрелка вниз> и др. При нажатии этих клавиш в кольцевой буфер ввода засылается расширенный код ASCII, в котором младший байт равен нулю, а старший является скэн-кодом нажатой клавиши. Расширенный коды ASCII поступают в буфер ввода и в случае нажатия комбинаций управляющих и функциональных клавиш, например, <Shift>/<FI>, <Ctrl>/<Home> (на дополнительной цифровой клавиатуре), <Alt>/<Insert> и др. В этом случае, однако, в старший байт расширенного кода ASCII помещается уже не скэн-код клавиши, а некоторый код, специально назначенный этой комбинации клавиш. Естественно, этого кода нет среди "обычных" скэн-кодов. Например, клавиша <F1>, скэн-код которой равен 3Bh, может генерировать следующие расширенные коды ASCII:
<F1> ЗB00h <Ctrl>/<F1> 5E00h <Alt>/<F1> 6800h <Shift>/<F1> 5400h
Итак, прерывание, возникающее при нажатии или отпускании любой клавиши, обрабатывается по относительно сложному алгоритму с системным обработчиком, содержащимся в BIOS. Рассмотрим примеры вмешательства в этот процесс. Ниже приведен пример прикладной программы, выполняющей некоторую обработку поступающих с клавиатуры данных еще до активизации системного обработчика.
Описание программы