1.7 קלט ופלט הרצאה

הקדמה: מהו Bus?¶

המעבד מחובר לזכרון, ולרכיבי הקלט פלט באמצעות Bus-ים.
הbus-ים מחברים את כל החלקים במחשב ומאפשרים להעביר מידע בין חלק וחלק.
הbus-ים מחולקים ב3 ערוצים שונים, שלכל ערוץ יש יעוד משלו.

1. Address Bus – ערוץ כתובות¶

• ערוץ זה מעביר כתובות זכרון שהמעבד רוצה לגשת אליו כאשר אנחנו מבצעים הוראה כלשהי שמעבירה כתובות.
• במעבד 8086, זהו ערוץ ברוחב של 20 ביט – מאפשר גישה ל־1MB של זיכרון (2²⁰).
זוהי הסיבה שבמעבדי 8086 הגודל המקסימלי של הRAM לא יעלה על 1MB, כי הaddress bus יכול להכיל עד 1MB של כתובות.

2. Data Bus – ערוץ נתונים¶

• דרכו עוברים הנתונים עצמם – בין אם זה מידע, הוראות, ועוד.
• ברוחב 16 ביט (ב־8086), כלומר בכל מחזור ניתן להעביר עד 2 בתים.

3. Control Bus – ערוץ פיקוד¶

האם מדובר בפעולת קריאה (READ) או כתיבה (WRITE) מהRAM, או מהIO.

הקדמה: מהו קלט/פלט?¶

הI/O – Input/Output – משמעו תקשורת עם התקני חומרה חיצוניים:
מקלדת, מסך, עכבר, כוננים, כרטיסי קול, בקרים טוריים, תקשורת רשת ועוד.

למעבד אין "חיבור ישיר" להתקן – הוא שולח וקולט נתונים דרך ממשקים חשמליים הקרויים פורטי קלט/פלט (I/O Ports).

שתי גישות ל־I/O¶

1. Memory-Mapped I/O¶

גישה שבה ה־I/O משולב בתוך מרחב ה־RAM, כמו כל כתובת רגילה בזיכרון.
לא נשתמש בגישה זו במעבד 8086 (היא רלוונטית יותר למעבדים מתקדמים יותר כמו ARM או x86 מודרני).

2. Port-Mapped I/O (נקרא גם Isolated I/O)¶

גישה בה יש מרחב נפרד של כתובות ייעודיות ל־I/O.
במעבד 8086 יש 64KB של פורטים (כתובות מ־0x0000 עד 0xFFFF), אבל בפועל לרוב משתמשים רק ב־256 פורטים (0x00–0xFF).

כיצד ניגשים לפורטים?¶

המעבד מספק פקודות מיוחדות לעבודה עם פורטים:

IN – קוראת מידע מהתקן I/O (כלומר – קלט)
OUT – שולחת מידע להתקן I/O (כלומר – פלט)

הסינטקס¶

פקודת `IN`¶

in AL, DX    ; קריאה מהפורט שכתוב ב-DX, התוצאה תיכנס ל-AL (8 ביט)
in AX, DX    ; קריאה של 16 ביט

פקודת `OUT`¶

out DX, AL   ; שלח את AL לפורט שכתוב ב-DX (8 ביט)
out DX, AX   ; שלח 16 ביט לפורט

שים לב: הרגיסטר DX משמש תמיד לכתובת הפורט

דוגמה: קריאה מפורט והצגה במסך¶

mov dx, 0x60       ; כתובת של פורט מקלדת (Keyboard Data Port)
in al, dx          ; קרא תו מהמקלדת
mov ah, 0Eh        ; שירות תצוגה של BIOS
int 10h            ; הצג את התו שקראת

דוגמה: כתיבה לפורט תיאורטי של נוריות לד¶

נניח שיש לנו כרטיס שמחובר ל־PORT 0x300, והדלקת נוריות תלויה בערך שנשלח:

mov dx, 0x300
mov al, 0b10101010   ; הדלק רק חלק מהנוריות
out dx, al

תקציר פורטים חשובים¶

פורט	שימוש
`0x60`	קריאה מהמקלדת (Keyboard Data Port)
`0x61`	מקלדת / צלילים (BIOS keyboard control)
`0x64`	פקודות למקלדת
`0x3F8`	COM1 – פורט סידורי
`0x378`	LPT1 – מדפסת
`0x40`–`0x43`	תדר של הטיימר הפנימי
`0x201`	Game port / ג'ויסטיק

מה קורה "מאחורי הקלעים"?¶

כשמבצעים OUT dx, al, המעבד מעביר את הערך שבAL דרך ה־Data Bus, וכתובת הפורט דרך Address Bus.
המעבד גם מפעיל את אות ה־IO Write (בניגוד ל־Memory Write) דרך ה־Control Bus.
ההתקן שאליו מופנה הפורט מקבל את האות ומגיב בהתאם.

קריאה חוזרת – קריאת תו עד שהתקבל קלט¶

wait_key:
  in al, 0x64       ; בודק האם יש תו מוכן
  test al, 1        ; בדיקה של ביט 0 – מוכן?
  jz wait_key       ; אם לא – המתן
  in al, 0x60       ; קרא את התו

כתיבת קוד דרייבר פשוט למקלדת¶

keyboard_loop:
    in al, 0x64         ; לבדוק סטטוס של המקלדת
    test al, 1          ; אם ביט 0 דולק – יש תו מוכן
    jz keyboard_loop    ; אם לא – המשך לחכות
    in al, 0x60         ; קבל את התו
    mov ah, 0Eh
    int 10h             ; הדפס את התו
    jmp keyboard_loop