Помните: фактически вы не вводите в память эти программы на ассемблере. Вместо этого вы пишете их на бумаге, а затем преобразуете в машинный код, который вводите в память. Мы продолжим заниматься такой «ручной сборкой» вплоть до главы 24.
Несмотря на то что с аппаратной точки зрения пульт управления прост, им неудобно пользоваться. Это наихудший из когда-либо разработанных способов ввода и вывода данных. Досадно, что нам хватило ума собрать с нуля собственный компьютер, но теперь мы вынуждены вводить значения в двоичном формате. Так что первым делом следует избавиться от пульта управления.
Конечно, его нужно заменить клавиатурой. Собранная ранее клавиатура прерывала работу микропроцессора при нажатии клавиши. Контроллер прерываний, который мы использовали, заставляет микропроцессор ответить на прерывание путем исполнения команды RST (Restart, «Перезагрузка»). Предположим, это команда RST1, и она заставляет микропроцессор сохранить текущее значение счетчика команд в стеке, а затем перейти по адресу 0008h. Начиная с этой ячейки, используя пульт управления, вы вводите некоторый код, который будем называть обработчиком клавиатуры.
Чтобы все работало правильно, понадобится код, который будет выполняться при перезагрузке микропроцессора, — код инициализации. Этот код сначала устанавливает указатель стека так, чтобы тот находился в допустимой области памяти, затем записывает во все ячейки видеопамяти шестнадцатеричное значение 20h, которое соответствует пробелу в кодировке ASCII. Это очищает экран от всех случайных символов.
Код инициализации использует команду OUT (Output, «Вывод») для установки курсора — символа подчеркивания, который обозначает место ввода следующего символа, — в первый столбец первой строки. Следующая команда EI разрешает обслуживание прерываний, благодаря чему микропроцессор может реагировать на сигналы прерывания клавиатуры. За ней следует команда HLT, останавливающая работу микропроцессора.
С кодом инициализации все готово. С этого момента компьютер в основном будет находиться в состоянии останова в результате выполнения инструкции HLT. Единственное событие, которое может вывести компьютер из этого состояния, — замыкание переключателя «Сброс» на пульте управления или прерывание от клавиатуры.
Код обработчика намного длиннее кода инициализации. Именно он отвечает за выполнение всех по-настоящему полезных функций.
При каждом нажатии клавиши на клавиатуре сигнал прерывания заставляет микропроцессор перейти от команды HLT в конце кода инициализации к обработчику клавиатуры, использующему инструкцию IN (Input, «Ввод») для определения нажатой клавиши, а затем производит некое действие в зависимости от нажатой клавиши (то есть обрабатывает ее нажатие) и выполняет команду RET (Return, «Возврат») для возвращения процессора к команде HLT, где он будет ожидать следующего прерывания.
Если нажатой клавише соответствует буква, цифра или знак препинания, обработчик клавиатуры использует скан-код, чтобы определить соответствующий код ASCII с учетом того, была ли нажата клавиша Shift. Впоследствии он записывает этот код ASCII в видеопамять в соответствии с позицией курсора. Эта процедура называется эхо — отображение на экране символов, соответствующих нажатым клавишам. Курсор сдвигается на одну позицию вправо, располагаясь сразу после только что выведенного на экран символа. Таким образом в клавиатуру можно ввести множество символов, и они будут отображены на экране.
Если была нажата клавиша Backspace (соответствующая коду ASCII 08h), обработчик клавиатуры стирает последний записанный в видеопамять символ и перемещает курсор на одну позицию назад. (Стирание символа происходит путем записи кода ASCII 20h (символ пробела) в конкретную ячейку памяти.)
Обычно человек, работающий с клавиатурой, набирает символьную строку, пользуясь клавишей Backspace для исправления ошибок, а затем нажимает клавишу Return, часто обозначаемую словом Enter. Точно так же, как нажатие клавиши Return на электрической пишущей машинке указывает на необходимость перехода к началу следующей строки, нажатие Enter означает, что пользователь закончил набирать строку текста.
Когда обработчик клавиатуры взаимодействует с клавишей Return, или Enter (которая соответствует коду ASCII 0Dh), строка текста в видеопамяти интерпретируется как команда компьютеру, указание выполнить некое действие. Обработчик клавиатуры включает командный процессор, который понимает, например, три команды: W, D и R.
Если строка текста начинается с буквы W, она соответствует команде «Записать» (Write) некоторые байты в память. Допустим, на экране введена следующая строка.
W 1020 35 4F 78 23 9B AC67
Эта команда сигнализирует командному процессору, что нужно записать шестнадцатеричные байты 35, 4F в адреса памяти начиная с 1020h. Для выполнения этого задания обработчик клавиатуры должен перевести коды ASCII в байты. Такая трансформация обратна той, что я продемонстрировал ранее.
Если строка текста начинается с буквы D, она соответствует команде «Отобразить» (Display) некоторые из содержащихся в памяти байтов. В ответ на строку командный процессор отображает на экране 11 байт, хранящихся в ячейках памяти начиная с 1030h.
D1030
Я упоминаю 11 байт, потому что именно столько уместится в строке шириной в 40 символов после адреса. Вы можете использовать команду «Отобразить» для просмотра содержимого памяти.
Если строка текста начинается с буквы R, то она соответствует команде Run («Запустить»). Эта команда выглядит так:
R1000
и означает: «Запустить программу, которая хранится в ячейках памяти начиная с адреса 1000h». Командный процессор сохраняет адрес 1000h в пару регистров HL, затем выполняет команду PCHL, которая загружает в счетчик команд содержимое регистров HL, при этом осуществляется переход к соответствующему адресу.
Создание работоспособного обработчика клавиатуры и командного процессора — шаг вперед. После этого вам больше не придется мучиться с пультом управления. Ввод данных с клавиатуры проще, быстрее и аккуратнее.
Конечно, все еще остается нерешенной проблема исчезновения написанного кода при отключении питания. По этой причине вы, вероятно, решите хранить весь этот новый код в постоянной памяти, или ПЗУ. В предыдущей главе мы обсуждали микросхему ПЗУ, содержащую все комбинации точек, необходимые для отображения на экране символов ASCII, и предположили, что эти данные были «зашиты» в нашу микросхему при ее производстве. Вы также можете программировать микросхемы ПЗУ дома. Программируемые постоянные запоминающие устройства (ППЗУ) можно запрограммировать только один раз. Стираемые программируемые постоянные запоминающие устройства (СППЗУ) можно программировать и перепрограммировать после полного удаления данных ультрафиолетовым излучением.
Как вы помните, мы оснастили платы RAM DIP-переключателем, который позволяет указать ее начальный адрес. Если вы работаете с системой 8080, то для одной из плат RAM начальным адресом будет 0000h. После подключения микросхемы ПЗУ она займет адрес 0000h, а плату RAM можно будет переключить.
