汇编：中断及处理

中断（Interrupt）是 CPU 暂停当前执行流程、转而处理紧急 / 特殊事件（如硬件请求、软件异常、系统调用）的机制，是操作系统和硬件交互的核心。以下从中断的核心概念、中断处理流程、汇编实现示例三方面详细讲解。

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一、中断的核心概念

1. 中断的分类

类型	触发方式	典型场景
硬件中断	外设（如键盘、硬盘）触发	键盘按键、鼠标点击、定时器溢出
软件中断	指令主动触发（如INT n）	系统调用（如 DOS 的INT 21H）、程序异常
异常（陷阱）	指令执行错误	除 0、内存越界、缺页

2. 中断向量表（IVT）

x86 架构中，中断处理的核心是中断向量表（IVT）：

• 位于内存低地址（0x00000 ~ 0x003FF），共 256 个中断向量（0~255）；
• 每个向量占 4 字节：2字节偏移地址（IP） + 2字节段地址（CS），指向对应中断处理程序的入口；
• 例如：中断号0x21对应 IVT 中0x21*4=0x84地址开始的 4 字节，存储 DOS 系统调用处理程序的地址。

3. 中断处理的核心步骤

1. 触发中断：硬件 / 软件向 CPU 发送中断请求（如执行INT 0x21）；
2. 保护现场：CPU 自动压栈FLAGS、CS、IP（若有错误码则额外压栈）；
3. 关中断：CPU 自动清除FLAGS中的 IF 位（避免嵌套中断干扰）；
4. 查找处理程序：根据中断号计算 IVT 地址，加载CS:IP指向中断处理程序；
5. 执行处理程序：处理中断逻辑（需手动保护通用寄存器）；
6. 恢复现场：手动恢复寄存器，执行IRET指令（自动弹出IP、CS、FLAGS）；
7. 恢复执行：回到原程序中断处继续执行。

二、示例：系统中的0号中断

assume cs:code
code segment
start:
	mov ax,8
	mov bh,0
	div bh
code ends
end start

用DOSBOX-X运行如下：

一、先明确：触发的是哪类中断？

div bh是8 位除法指令：

• 被除数默认在AX（16 位），除数是BH（8 位），运算逻辑为 AX ÷ BH，结果商存AL、余数存AH。
• 你代码中BH=0，除数为 0 → 触发除法溢出中断（Divide Error），对应 x86 的中断类型号 0（Intel 官方定义，中断类型 0 是除法错误 / 溢出）。

二、中断向量表（IVT）：中断类型号→中断服务程序入口的映射

x86 实模式下，内存最低地址0000:0000~0000:03FF（共 1KB）是中断向量表（IVT），每个中断类型号对应一个 “4 字节入口地址”（2 字节 IP + 2 字节 CS），规则：

中断类型号 n → 向量表地址 = 0000: n×4

入口地址格式：[0000:n×4] = IP，[0000:n×4+2] = CS

对于中断类型 0：

向量表地址 = 0×4 = 0000:0000 → 需读取0000:0000（IP）和0000:0002（CS），这两个值决定了中断服务程序的入口。

三、为什么最终 CS=F000H、IP=CA60H？

DOSBox-X 模拟的是IBM PC/XT/AT 兼容的实模式环境，而 PC 兼容机的 BIOS（基本输入输出系统）将核心中断服务程序存放在F000:0000~FFFF:FFFF（64KB BIOS ROM 区）。具体流程：

步骤 1：BIOS 初始化中断向量表

开机时，BIOS 会初始化 IVT，将中断类型 0 的入口地址 设置为 BIOS 中 “除法错误处理程序” 的地址：

• 向0000:0000写入CA60H（IP）；
• 向0000:0002写入F000H（CS）。

这是 PC 兼容机的标准 BIOS 布局（不同 BIOS 版本可能略有差异，但F000H段是 BIOS ROM 的核心段，CA60H是除法错误处理程序在该段的偏移）。

步骤 2：CPU 响应中断的硬件行为

当div bh触发除法错误时，CPU 自动执行以下操作（实模式）：

1. 压栈 FLAGS、CS、IP（保护现场）；
2. 从 IVT 的0000:0000读取 IP（CA60H），从0000:0002读取 CS（F000H）；
3. 将 CS 设为F000H，IP 设为CA60H，跳转到该地址执行中断服务程序。

因此你在 DOSBox-X 中看到的CS=F000H、IP=CA60H，正是 CPU 从 IVT 中读取的、BIOS 预设的 “除法错误中断服务程序” 入口地址。

三、编制中断处理程序

问题：自行编写0号中断处理程序

assume cs:code
code segment
start:
	; 源地址：cs:offset do0（当前代码段的do0标签处）
	mov ax,cs
	mov ds,ax     		; ds = cs（源段地址）
	mov si,offset do0	; si = do0的偏移地址（源偏移）
	
	; 目标地址：0:200H
	mov ax,0
	mov es,ax		; es = 0（目标段地址）
	mov di,200H		; di = 200H（目标偏移）
	
	; 复制长度：do0end - do0（中断处理程序的字节数）
	mov cx,offset do0end-offset do0
	; 将方向标志DF清零，使字符串操作（如movsb）按地址递增方向执行
    ; 即：每次操作后SI和DI自动增加（+1，取决于操作数大小，这里是字节操作所以+1）
	cld			;置DF=0,SI和DI自动+1，并将DS:[SI]复制到ES:[DI]
	rep movsb
	
	;将自定义的CS:0000,IP=0200分别写入0号中断地址0000：0000和0000：0002处
	mov ax,0
	mov es,ax
	mov word ptr es:[0*4],200H
	mov word ptr es:[0*4+2],0
	
	mov ax,4c00h
	int 21h
	
do0:jmp short do0start
	db 'overflow'
do0start:
	;这三行代码的任务就是定位到字符串‘overflow’的首地址。
	mov ax,cs
	mov ds,ax
	mov si,202H
	
	;这一段就是将‘overflow’在屏幕中间显示出来
	mov ax,0B800H
	mov es,ax
	mov di,12*160+36*2
	mov cx,9
s:	mov al,[si]
	mov es:[di],al
	inc si
	add di,2
	loop s 
	
	mov ax,4c00h
	int 21H
do0end:nop
code ends
end start

关键点说明：

1.cld指令：在每次调用 rep movsb前都应确保方向标志正确。CLD表示正向（从低地址到高地址），STD表示反向。

2.rep movsb执行过程：

• 检查 CX 是否为 0，为 0 则结束

• 执行 movsb：将 DS:[SI]的一个字节复制到 ES:[DI]

• SI 和 DI 自动 +1（因为 DF=0）

• CX 减 1

• 重复直到 CX=0

3.offset偏移地址的说明

在 8086 汇编中，offset 标号 计算的是该标号相对于其所在段的段起始地址的偏移地址（段内偏移），具体到这段代码中：

核心结论

offset do0 的偏移地址是相对于 code 段的段起始地址（code 段的基地址）计算的，与 CS 寄存器的值无关（编译 / 汇编阶段确定，而非运行时）。

详细解释

3.1. offset 是汇编期伪操作，而非运行时指令

offset 由汇编器（如 MASM/TASM）在编译阶段计算，而非 CPU 运行时计算：

• 汇编器会为每个段分配一个 “虚拟的段起始地址”（默认从 0 开始），然后计算标号相对于该起始地址的偏移。
• 例如：
  • start 是 code 段的第一个标号，offset start = 0；
  • 从 start 到 do0 之间的指令会占用字节，汇编器会累加这些字节数，得到 do0 相对于 code 段起始的偏移。

3.2. 结合代码的实际场景

这段代码中，do0 位于 code 段内，因此：

mov si,offset do0  ; si = do0在code段内的偏移（汇编期确定）

而后续通过 mov ax,cs; mov ds,ax 将 DS 指向 CS（即 code 段的实际段地址），此时 DS:SI 就精准指向了 do0 在内存中的实际地址。

3.3. 关键区分：段内偏移 vs 物理地址

• offset do0：仅表示段内偏移（16 位），与段地址无关；
• 物理地址 = 段地址 × 16 + 段内偏移（如 CS×16 + offset do0 是 do0 的实际物理地址）。

4.修改 0 号中断向量表

mov ax,0        
mov es,ax       ; es = 0（中断向量表所在段）
mov word ptr es:[0*4],200H  ; 0:0 写入偏移地址200H
mov word ptr es:[0*4+2],0   ; 0:2 写入段地址0

中断向量表中，0 号中断的自定义入口地址存放在 0:0（偏移）和 0:2（段地址），这里将其指向自定义的中断处理程序0:200H，如下图所示：

5.为什么是 202H？

自定义中断处理程序do0被复制到0:200H，而do0的第一条指令是：

do0:jmp short do0start  ; jmp short 是2字节指令（偏移200H~201H）
db 'overflow'           ; 字符串从偏移202H开始

因此SI=202H恰好指向字符串overflow的第一个字符（o），后续可通过DS:SI逐个读取字符。

这段代码的任务就是定位到‘overflow’字符串的首地址，以便后续使用每个字符。

6.为什么是 36 列（36×2）？

要让overflow（9 个字符）在 80 列的屏幕中水平居中，计算逻辑如下：

• 屏幕总列数：80 列；
• 字符串长度：9 个字符；
• 居中列起始位置 = (80 - 9) ÷ 2 = 35.5 → 取整为 36 列（视觉上更居中）。

对应显存偏移：

• 第 36 列的偏移 = 36 列 × 2 字节 / 字符 = 72（即36*2，十六进制为48H）。

• di = 12*160 + 36*2
  

  四、中断程序的运行

将上面编写的中断程序使用masm命令编译、联接后生成exe文件，直接运行exe文件。

然后，进入debug模式，用a命令编写三行测试代码：

mov ax,8
mov bh,0
div bh

再使用g命令直接无中断运行，‘overflow’就会出现在屏幕中间了。