Прерывания

Прерывания – это механизм, позволяющий координировать параллельное функционирование отдельных устройств вычислительной системы и реагировать на особые состояния, возникающие при работе процессора. Прерывание обеспечивает принудительную передачу управления от выполняемой программы к соответствующей программе обработки прерывания (ISR – Interrupt Service Routine) при возникновении определенного события. Основная цель введения прерываний – реализация асинхронного режима работы и распараллеливания работы отдельных устройств вычислительной системы.

Механизм прерываний реализуется аппаратно-программными средствами и включает следующие элементы:

1. Прием сигнала на прерывание и его идентификация.

2. Запоминание состояния прерванного процесса.

3. Управление аппаратно передается подпрограмме обработки прерывания.

4. Обработка прерывания с помощью ISR.

5. Восстановление информации, относящейся к прерванному процессу.

6. Возврат в прерванную программу.

Рис.3. иллюстрирует, что происходит при возникновении запроса на прерывание.

Рис.3. Обработка прерывания

Прерывания, возникающие при работе вычислительной системы, можно разделить на два основных класса: внешние и внутренние.

Внешние прерывания вызываются асинхронными событиями, которые происходят вне прерываемого процесса, например:

• прерывания от таймера;

• прерывания по вводу/выводу;

• прерывания по нарушению питания.

Внутренние прерывания вызываются событиями, которые связаны с работой процессора и являются синхронными с его операциями, например:

• при нарушении адресации;

• при делении на нуль;

• при наличии в поле кода операции незадействованной двоичной комбинации.

Существуют, наконец, собственно программные прерывания, происходящие по соответствующей команде прерывания: INT(«номер прерывания»).

Сигналы, вызывающие прерывания, формируются вне процессора или в самом процессоре; они могут возникать одновременно. Выбор одного из них для обработки осуществляется на основе приоритетов (рис.4).

Рис.4. Распределение прерываний по уровням приоритета

Процессор может обладать средствами защиты от прерываний: отключение системы прерываний, маскирование (запрет) отдельных прерываний. Программное управление специальными регистрами маски (маскируемые прерывания) позволяет реализовать различные дисциплины обслуживания.

Для полного понимания принципов создания и механизмов реализации современных ОС необходимо знать архитектуру 32-разрядных микропроцессоров i80×86, применяемых в персональных компьютерах.

Классификация операционных систем

Для ОС давно сформировалось небольшое количество классификаций:

• по назначению;

• по режиму обработки задач;

• по способу взаимодействия с системой;

• по способам построения.

Различают ОС общего и специального назначения. Последние подразделяются: для переносных микрокомпьютеров и различных встроенных систем, организации и веления баз данных, решения задач реального времени.

По режиму обработки задач различают ОС, обеспечивающие однопрограммный и мультипрограммный режимы (создают видимость одновременного выполнения нескольких программ).

При организации работы с вычислительной системой в диалоговом режиме можно говорить об однопользовательских (однотерминальных) и мультитерминальных ОС. Например, мультитерминальной ОС для ПК является Linux. Очевидно, что для организации мультитерминального доступа необходимо обеспечить мультипрограммный режим работы. Однопрограммной и однопользовательской является OS MS-DOS.

Основной особенностью операционных систем реального времени (ОСРВ) является обеспечение обработки поступающих заданий в течении заданных интервалов времени, которые нельзя превышать. Одной из наиболее известных ОСРВ для ПК является OS QNX.

Для организации совместного использования информационного пространства и общих ресурсов используются сетевые ОС. В качестве примера можно назвать UNIX, Windows NT.

По основному архитектурному принципу ОС разделяются на микроядерные и монолитные. Микроядерной является OS QNX, а монолитной – Windows 95/98. Ядро OS Windows мы не можем изменить, исходные коды нам не доступны и нет программы для сборки ядра. В OS Linux мы можем сами собрать ядро, включив в него необходимые нам программные модули и драйверы.