Как реализовать порты ввода-вывода в симуляторе процессора?

@Regrin1 · Регистрация: 10.08.2021

Студворк — интернет-сервис помощи студентам

Здравствуйте!
Я пишу учебное приложение для изучения Ассемблера и мне нужно реализовать порты ввода вывода так, чтобы к ним можно было подключать виртуальную периферию. Как же реализовать такую функциональность? Если делать порты просто массивом, то как мне оповещать периферию о том, что в порт поступило следующее значение, особенно, если оно не отличается от предыдущего?

@qbfan · 01.01.2024, 17:40

1. Эмулировать систему команд и реагировать на каждую команду in, out
При этом вызывается управляющая программа каждого устройства, которая должна реагировать
(каждая) на свои адреса и данные.
2. Если внешнее устройство простое, например 7-сегментный дисплей, то можно использовать
обработку по таймеру.

@Ethereal · 07.01.2024, 00:49

Сообщение от qbfan

При этом вызывается управляющая программа каждого устройства

Скорее не так. У каждой команды in или out будет адрес порта ввода-вывода. Каждое виртуальное устройство будет иметь свой, не пересекающийся с другими, диапазон адресов портов. Эмулируя in или out определять к какому устройству относится адрес порта ввода-вывода и вызывать управляющую программу ТОЛЬКО от этого устройства, определяющую что оно должно сделать по поводу чтения порта или записи в порт.

@R71MT · 24.01.2024, 06:06

Сообщение от Regrin1

Как же реализовать такую функциональность?

Процессоры х86 имеют восемь регистров отладки DR0-DR7, два из которых DR4.5 отправлены в резерв и не используются. В савокупности, отслеживая обращения к памяти они позволяют устанавливать аппаратные точки-останова на её чтение, запись, или исполнение. Более того, если в регистре управления процессором CR4 сброшен бит[3] "Debug Extensions", то под надзор силовых структур попадают и обращения к портам ввода-вывода I/O. Взяв за основу фишку с отслеживанием физических портов, можно написать к примеру эмулятор какого-нибудь внешнего девайса, типа флопика или LPT/COM устройства.

По сути, регистры отладки DRx доступны только в реальном режиме процессора, однако имеется забытый инженерами люк, через который можно оперировать ими и в защищённом режиме, прямо под юзером. Суть в том, что при переключении процесса планировщиком, он сохраняет весь контекст активного треда в структуре "Context", куда сбрасываются в т.ч. и регистры отладки.

Функциями Get/SetThreadContext() мы можем сохранять и восстанавливать контекст своего (или чужого) потока в любой момент - это позволяет модифицировать отладочные регистры в сохранённом контексте. Именно так эмулирует обращения к портам I/O весь нормальный софт, а не указанными выше способами. В Win7 х64 контекст процесса выглядит как в дампе ниже, а на системах х32 немного иначе:

Context

Code
1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
11
12
13
14
15
16
17
18
19
20
21
22
23
24
25
26
27
28
29
30
31
32
33
34
35
36
37
38
39
40
41
42
43
44
45
46
47
48
49
50
51
52
53
54
55
56
57
58
59
60
61
62
63
64
65
66
67
68
69
70
71
72
73
0: kd> dt _context
nt!_CONTEXT
   +0x000 P1Home           : Uint8B
   +0x008 P2Home           : Uint8B
   +0x010 P3Home           : Uint8B
   +0x018 P4Home           : Uint8B
   +0x020 P5Home           : Uint8B
   +0x028 P6Home           : Uint8B
   +0x030 ContextFlags     : Uint4B
   +0x034 MxCsr            : Uint4B
 
   +0x038 SegCs            : Uint2B
   +0x03a SegDs            : Uint2B
   +0x03c SegEs            : Uint2B
   +0x03e SegFs            : Uint2B
   +0x040 SegGs            : Uint2B
   +0x042 SegSs            : Uint2B
   +0x044 EFlags           : Uint4B
 
   +0x048 Dr0              : Uint8B  ;<---- Регистры отладки!
   +0x050 Dr1              : Uint8B
   +0x058 Dr2              : Uint8B
   +0x060 Dr3              : Uint8B
   +0x068 Dr6              : Uint8B
   +0x070 Dr7              : Uint8B
 
   +0x078 Rax              : Uint8B
   +0x080 Rcx              : Uint8B
   +0x088 Rdx              : Uint8B
   +0x090 Rbx              : Uint8B
   +0x098 Rsp              : Uint8B
   +0x0a0 Rbp              : Uint8B
   +0x0a8 Rsi              : Uint8B
   +0x0b0 Rdi              : Uint8B
   +0x0b8 R8               : Uint8B
   +0x0c0 R9               : Uint8B
   +0x0c8 R10              : Uint8B
   +0x0d0 R11              : Uint8B
   +0x0d8 R12              : Uint8B
   +0x0e0 R13              : Uint8B
   +0x0e8 R14              : Uint8B
   +0x0f0 R15              : Uint8B
   +0x0f8 Rip              : Uint8B
 
   +0x100 FltSave          : _XSAVE_FORMAT
   +0x100 Header           : [2] _M128A
   +0x120 Legacy           : [8] _M128A
 
   +0x1a0 Xmm0             : _M128A
   +0x1b0 Xmm1             : _M128A
   +0x1c0 Xmm2             : _M128A
   +0x1d0 Xmm3             : _M128A
   +0x1e0 Xmm4             : _M128A
   +0x1f0 Xmm5             : _M128A
   +0x200 Xmm6             : _M128A
   +0x210 Xmm7             : _M128A
   +0x220 Xmm8             : _M128A
   +0x230 Xmm9             : _M128A
   +0x240 Xmm10            : _M128A
   +0x250 Xmm11            : _M128A
   +0x260 Xmm12            : _M128A
   +0x270 Xmm13            : _M128A
   +0x280 Xmm14            : _M128A
   +0x290 Xmm15            : _M128A
 
   +0x300 VectorRegister       : [26] _M128A
   +0x4a0 VectorControl        : Uint8B
   +0x4a8 DebugControl         : Uint8B
   
   +0x4b0 LastBranchToRip      : Uint8B
   +0x4b8 LastBranchFromRip    : Uint8B
   +0x4c0 LastExceptionToRip   : Uint8B
   +0x4c8 LastExceptionFromRip : Uint8B

Регистры DR0:7 позволяют устанавливать всего 4 аппаратных точек-останова за 1-раз. При этом в DR0:3 мы должны указать адрес бряка, DR6 является информационным, а DR7 играет роль конфигуратора. Рисунок ниже описывает назначения бит каждого из регистров. Чтобы перехватить обращения к портам, нужно "тип точки" выставить в 10b.

@Regrin1 · 25.01.2024, 15:44 **[ТС]**

Господа, спасибо!
Скажите, что можно почитать по архитектуре простейших компьютеров, вроде Спектрума? Знаю "Код" Чарльза Петцольда.

Новые блоги и статьи Все статьи Все блоги /
Музыка, написанная Искусственным Интеллектом volvo 04.12.2025 Всем привет. Некоторое время назад меня заинтересовало, что уже умеет ИИ в плане написания музыки для песен, и, собственно, исполнения этих самых песен. Стихов у нас много, уже вышли 4 книги, еще 3. . .	От async/await к виртуальным потокам в Python IndentationError 23.11.2025 Армин Ронахер поставил под сомнение async/ await. Создатель Flask заявляет: цветные функции - провал, виртуальные потоки - решение. Не threading-динозавры, а новое поколение лёгких потоков. Откат?. . .	Поиск "дружественных имён" СОМ портов Argus19 22.11.2025 Поиск "дружественных имён" СОМ портов На странице: https:/ / norseev. ru/ 2018/ 01/ 04/ comportlist_windows/ нашёл схожую тему. Там приведён код на С++, который показывает только имена СОМ портов, типа,. . .	Сколько Государство потратило денег на меня, обеспечивая инсулином. Programma_Boinc 20.11.2025 Сколько Государство потратило денег на меня, обеспечивая инсулином. Вот решила сделать интересный приблизительный подсчет, сколько государство потратило на меня денег на покупку инсулинов. . . .	Ломающие изменения в C#.NStar Alpha Etyuhibosecyu 20.11.2025 Уже можно не только тестировать, но и пользоваться C#. NStar - писать оконные приложения, содержащие надписи, кнопки, текстовые поля и даже изображения, например, моя игра "Три в ряд" написана на этом. . .
Мысли в слух kumehtar 18.11.2025 Кстати, совсем недавно имел разговор на тему медитаций с людьми. И обнаружил, что они вообще не понимают что такое медитация и зачем она нужна. Самые базовые вещи. Для них это - когда просто люди. . .	Создание Single Page Application на фреймах krapotkin 16.11.2025 Статья исключительно для начинающих. Подходы оригинальностью не блещут. В век Веб все очень привыкли к дизайну Single-Page-Application . Быстренько разберем подход "на фреймах". Мы делаем одну. . .	Фото: Daniel Greenwood kumehtar 13.11.2025	Расскажи мне о Мире, бродяга kumehtar 12.11.2025 — Расскажи мне о Мире, бродяга, Ты же видел моря и метели. Как сменялись короны и стяги, Как эпохи стрелою летели. - Этот мир — это крылья и горы, Снег и пламя, любовь и тревоги, И бескрайние. . .	PowerShell Snippets iNNOKENTIY21 11.11.2025 Модуль PowerShell 5. 1+ : Snippets. psm1 У меня модуль расположен в пользовательской папке модулей, по умолчанию: \Documents\WindowsPowerShell\Modules\Snippets\ А в самом низу файла-профиля. . .

Как реализовать порты ввода-вывода в симуляторе процессора?

Решение

Решение

@Regrin1 Автор канал по Лиспу 25 / 23 / 2 Регистрация: 10.08.2021 Сообщений: 357

	Как реализовать порты ввода-вывода в симуляторе процессора? 01.01.2024, 16:58. Показов 3587. Ответов 4 Метки нет (Все метки) Здравствуйте! Я пишу учебное приложение для изучения Ассемблера и мне нужно реализовать порты ввода вывода так, чтобы к ним можно было подключать виртуальную периферию. Как же реализовать такую функциональность? Если делать порты просто массивом, то как мне оповещать периферию о том, что в порт поступило следующее значение, особенно, если оно не отличается от предыдущего? 0

@qbfan Модератор 1245 / 676 / 292 Регистрация: 10.11.2019 Сообщений: 1,406
	01.01.2024, 17:40
	1. Эмулировать систему команд и реагировать на каждую команду in, out При этом вызывается управляющая программа каждого устройства, которая должна реагировать (каждая) на свои адреса и данные. 2. Если внешнее устройство простое, например 7-сегментный дисплей, то можно использовать обработку по таймеру. 0

@Regrin1 Автор канал по Лиспу 25 / 23 / 2 Регистрация: 10.08.2021 Сообщений: 357
	25.01.2024, 15:44 [ТС]
	Господа, спасибо! Скажите, что можно почитать по архитектуре простейших компьютеров, вроде Спектрума? Знаю "Код" Чарльза Петцольда. 0