Ввод/вывод по прерываниям
•Основным недостатком программно управляемого В/ВЫВ являются простои процессора в ожидании, пока модуль ввода/вывода выполнит очередную операцию. Альтернативой может быть вариант, когда ЦП выдает команду В/ВЫВ, а затем
продолжает делать другую полезную работу
Прерывания
Определение. Прерывание программы – это свойство ВС при возникновении особых событий временно прекратить выполнение текущей программы и передать управление программе, специально предусмотренной для обработки данного события.
Всистеме с прерыванием каждое программно- независимое событие (источник прерывания) должно, если оно может повлиять на ход обработки, сопровождаться сигналом, говорящим о его возникновении. Назовем эти сигналы запросами прерывания. Программы, затребованные запросами прерывания, назовем прерывающими программами, в отличие от прерванных программ, выполнявшихся компьютером до появления запросов прерывания. Временную диаграмму процесса прерывания можно упрощенно
Перваяпрограма
Запросперываия
Перывающая
програма
Непосредстве
выполеи
Времяреакци |
перывающей |
|
програмы |
||
стемынзапроси |
||
|
t
Так как функции по сохранению и восстановлению состояния прерванной программы возлагаются на саму прерывающую программу, то последняя должна состоять из трех частей: подготовительной и восстановительной, обеспечивающих переход к нужной программе, и собственно прерывающей программы.
По окончании работы прерывающей программы переход может быть осуществлен либо к прерванной программе, либо к другой прерывающей программе.
Так как всевозможные запросы на прерывание вырабатываются независимо и асинхронно, то возможны такие ситуации:
приход запросов последовательный;
одновременный приход нескольких запросов;
приход запроса во время выполнения прерывающей программы.
Следовательно, должен быть организован порядок, в котором поступившие запросы удовлетворяются. Если в ВС имеются средства для обслуживания запросов в порядке присвоенного им приоритета, то такие системы прерывания называются приоритетными.
СПП, как правило, выполняют следующие основные функции:
организуют вход в прерывающую программу;
осуществляют приоритетный выбор между запросами прерывания;
обеспечивают возврат к прерванной программе и программное изменение приоритетов программ.
Процедура ввода блока данных по прерываниям реализуется следующим образом. ЦП выдает команду чтения, а затем продолжает выполнение других заданий, например другой программы. Получив команду, МВВ приступает к вводу элемента данных с ВУ. Когда считанное слово оказывается в регистре данных модуля, MBB формирует на управляющей линии сигнал прерывания ЦП. Выставив запрос, МВВ помещает введенную информацию на шину данных, после чего он готов к следующей операции В/ВЫВ. ЦП в конце каждого цикла команды проверяет наличие запросов прерывания. Когда от МВВ приходит такой сигнал, ЦП сохраняет контекст текущей программы и обрабатывает прерывание. В рассматриваемом случае ЦП читает слово из модуля, записывает его в память и выдает модулю команду на считывание очередного слова. Далее ЦП восстанавливает контекст прерванной программы и возобновляет ее выполнение.
Этот метод эффективнее программно управляемого В/ВЫВ, поскольку устраняет ненужные ожидания, однако обработка прерывания занимает достаточно много времени ЦП. Кроме того, каждое слово, пересылаемое из памяти в модуль В/ВЫВ или в противоположном направлении, как и при программно управляемом В/ВЫВ, проходит через ЦП.
Реализация ввода/вывода по прерываниям
•При реализации ввода/вывода по прерываниям необходимо дать ответы на два вопроса. Во-первых, определить, каким образом ЦП может выяснить, какой из МВВ и какое из подключенных к этому модулю внешних устройств выставили запрос. Во-вторых, при множественных прерываниях требуется решить, какое из них должно быть обслужено в первую очередь.
•Сначала рассмотрим вопрос идентификации устройства. Здесь возможны три основных метода:
–множественные линии прерывания;
–программная идентификация;
–векторное прерывание.
•Наиболее простой подход к решению проблемы определения источника запроса — применение множественных линий прерывания между ЦП и модулями ввода/вывода, хотя выделение слишком большого количества управляющих линий для этих целей нерационально. Более того, даже если присутствует несколько линий прерывания, желательно, чтобы каждая линия использовалась всеми МВВ. при этом для каждой линии действует один из двух остальных методов идентификации устройства.
•При программной идентификации, обнаружив запрос прерывания, ЦП переходит к общей программе обработки прерывания, задачей которой является опрос всех МВВ с целью определения источника запроса. Для этого может быть выделена специальная командная линия опроса. ЦП помещает на адресную шину адрес опрашиваемого МВВ и формирует на этой линии сигнал опроса. Реакция модуля зависит от того, выставлял он запрос или нет. Возможен и иной вариант, когда каждый МВВ включает в себя адресуемый регистр состояния. Тогда ЦП считывает содержимое PC каждого модуля, после чего выясняет источник прерывания. Когда источник прерывания установлен, ЦП переходит к программе обработки прерывания, соответствующей этому источнику. Недостаток метода программной идентификации заключается в больших временных потерях.
•Наиболее эффективную процедуру идентификации источника прерывания обеспечивают аппаратурные методы,
воснове которых лежит идея векторного прерывания. В этом случае, получив подтверждение прерывания от
процессора, выставившее запрос устройство выдает на шину данных специальное слово, называемое вектором прерывания. Слово содержит либо адрес МВВ, либо какой-нибудь другой уникальный
идентификатор, который ЦП интерпретирует как указатель на соответствующую программу обработки
прерывания. Такой подход устраняет необходимость в предварительных действиях с целью определения источника запроса прерывания. Реализуется он с помощью хранящейся в ОП таблицы векторов прерывания,
где содержатся адреса программ обработки прерываний. Входом в таблицу служит вектор прерывания. Начальный адрес таблицы (база) обычно задается неявно, то есть под таблицу отводится вполне определенная область памяти.
•Наиболее распространены два варианта векторной идентификации источника запроса прерывания: цепочечный опрос и арбитраж шины.
Идентификация запроса с помощью вектора прерывания
Обработчики прерываний можно считать разновидностью подпрограмм
1.Главная программа вызывает прерывание
2.Центральный процессор сохраняет указатель команд и регистр признаков, устанавливает новое значение указателя команд
3.Обработчик прерывания сохраняет все регистры, выполняет обработку прерывания, восстанавливает старые значения регистров, вызывает выход из прерывания
4.Центральный процессор восстанавливает старое значение указателя команд и регистра признаков
5.Главная программа продолжает работу