24515

Мультипрограммирование на основе прерываний. Механизм прерываний

Доклад

Информатика, кибернетика и программирование

Мультипрограммирование на основе прерываний. Механизм прерываний.Мультипрограммирование на основе прерываний. Назначение и типы прерываний.

Русский

2013-08-09

25.58 KB

33 чел.

Вопрос 20. Мультипрограммирование на основе прерываний. Механизм прерываний.

§4.3.1.Мультипрограммирование на основе прерываний.

Назначение и типы прерываний.

Прерывания представляют собой механизм, позволяющий координировать параллельное функционирование отдельных устройств вычислительной системы и реагировать на особые состояния, возникающие при работе процессора. Прерывание – это принудительная передача управления от выполняемой программы к системе (а через нее – к соответствующей программе обработки прерывания), происходящая при возникновении определенного события.

Переключение по прерыванию отличается от переключения, которое происходит по команде безусловного или условного перехода, предусмотренной программистом в потоке команд приложения. Переход по команде происходит в заранее определенных программистом точках программы. Прерывание же происходит в произвольной точке потока команд программы, которую программист не может прогнозировать. Сходство прерываний с процедурами состоит в том, что в обоих случаях выполняется некоторая подпрограмма, обрабатывающая специальную ситуацию, а затем продолжается выполнение основной ветви программы.

В зависимости от источника прерывания делятся на три больших класса: внешние, внутренние и программные.

Внешние (аппаратные) прерывания могут формироваться в результате действий пользователя или аппаратных устройств, например, контроллеров внешних устройств ввода-вывода, датчиков. Данный класс прерываний является асинхронным по отношению к потоку инструкций прерываемой программы. Аппаратура процессора работает так, что асинхронные прерывания возникают между выполнением двух соседних инструкций, при этом система после обработки прерывания продолжает выполнение процесса, уже начиная со следующей инструкции.

Внутренние прерывания, называемые также исключениями (exeption), происходят синхронно выполнению программы при появлении аварийной ситуации в ходе исполнения некоторой инструкции программы. Примерами исключений являются деление на ноль, ошибки защиты памяти, обращения по несуществующему адресу и т. п. Исключения возникают непосредственно в ходе выполнения тактов команды («внутри» выполнения).

Программные прерывания отличаются от предыдущих двух классов тем, что они по своей сути не являются «истинными» прерываниями. Программное прерывание возникает при выполнении особой команды процессора, выполнение которой имитирует прерывание, то есть переход на новую последовательность инструкций.

Прерываниям приписывается приоритет, с помощью которого они ранжируются по степени важности и срочности (рис. 4.7).

Прерывания обычно обрабатываются модулями операционной системы, так как действия, выполняемые по прерыванию, относятся к управлению разделяемыми ресурсами ВС. Процедуры, вызываемые по прерываниям, обычно называют обработчиками прерываний или процедурами обслуживания прерываний (Interrupt Service Routine, ISK). Аппаратные прерывания обрабатываются драйверами соответствующих внешних устройств, исключения – специальными модулями ядра, а программные прерывания – процедурами ОС, обслуживающими системные вызовы. Кроме этих модулей в операционной системе может находиться так называемый диспетчер прерываний, который координирует работу отдельных обработчиков прерываний.

Рис. 4.7. Распределение прерываний по уровням приоритета

§4.3.2.Механизм прерываний.

Механизм прерываний реализуется аппаратно-программными средствами. Структуры систем прерывания (в зависимости от аппаратной архитектуры) могут быть самыми разными, но все они имеют одну общую особенность – прерывание непременно влечет за собой изменение порядка выполнения команд процессором.

Механизм обработки прерываний независимо от архитектуры вычислительной системы включает следующие элементы:

1. Установление факта прерывания (прием сигнала на прерывание) и идентификация прерывания (в операционных системах иногда осуществляется повторно, на шаге 4).

2. Запоминание состояния прерванного процесса. Состояние процесса определяется значением счетчика команд (адресом следующей команды), содержимым регистров процессора и другой информацией.

3. Управление аппаратно передастся подпрограмме обработки прерывания. В простейшем случае в счетчик команд заносится начальный адрес подпрограммы обработки прерываний, а в соответствующие регистры – информация из слова состояния.

4. Сохранение информации о прерванной программе, которую с помощью действий аппаратуры не удалось спасти на шаге 2.

5. Обработка прерывания. Эта работа может быть выполнена той же подпрограммой, которой было передано управление на шаге 3, но в ОС чаще всего она реализуется путем последующего вызова соответствующей подпрограммы.

6. Восстановление информации, относящейся к прерванному процессу (этап, обратный шагу 4).

7. Возврат в прерванную программу.

Шаги 1-3 реализуются аппаратно, а шаги 4-7 – программно. Аппаратная поддержка прерываний зависит от типа процессора и аппаратных компонентов, передающих сигнал запроса прерывания от внешнего устройства к процессору (контроллер внешнего устройства, шины подключения внешних устройств, контроллер прерываний, являющийся посредником между сигналами шины и сигналами процессора). Особенности аппаратной реализации прерываний оказывают влияние на средства программной поддержки прерываний, работающие в составе ОС.

Существуют два основных способа, с помощью которых шины выполняют прерывания: векторный и опрашиваемый. В обоих способах процессору предоставляется информация об уровне приоритета прерывания на шине подключения внешних устройств. В случае векторных прерываний в процессор передастся также информация о начальном адресе программы обработки возникшего прерывания – обработчика прерываний.

Устройствам, которые используют векторные прерывания, назначается вектор прерываний. Он представляет собой электрический сигнал, выставляемый на соответствующие шины процессора и несущий информацию о закрепленном за данным устройством номере, который идентифицирует соответствующий обработчик прерываний. Этот вектор может быть фиксированным, конфигурируемым (например, с использованием переключателей) или программируемым.


 

А также другие работы, которые могут Вас заинтересовать

7819. Проблема бытия. Онтология 57 KB
  Проблема бытия. Онтология. Основные проблемы современной философии. Четыре проблемы: проблема бытия, (Онтология). проблема познания, (Гносеология) проблема человека и (Философская антропология) проблема истории. (Философия истории) Онтология...
7820. Италийская философия. Философия Пифагорейцев. Филолай 56.5 KB
  Италийская философия. В конце 6-го века до н.э. центр зарождающейся европейской философии перемещается с Дальнего Востока Эгейского мира на его Дальний Запад - из Ионии в Великую Грецию или Великую Элладу. Это совоку...
7821. Философия Платона. Платон (427-347) 80 лет 49.5 KB
  Философия Платона. Платон (427-347) 80 лет. IV век - расцвет греческой философии. Его тексты дошли до нас почти полностью, правда есть сомнения в подлинности некоторых. Все свои сочинения Платон написал в форме диалогов. Форма диалогов избрана ...
7822. Позитивизм как направление философии 74.5 KB
  Позитивизм Позитивизм - направление философии, зародившееся в 30-е - 40-е годы XIX в. и выступающее за то, чтобы философия была освобождена от научных черт и опиралась только на достоверное научное знание. По мнению позитивистов, философия...
7823. Философия и ее предмет 68.5 KB
  Философия и ее предмет. Философия зародилась на заре человеческой цивилизации (где-то на рубеже 8-6-го века до новой эры) в Индии, Китае и Египте, но своей классической формы достигла в Древней Греции. Термин философия впервые объяснил греческий фил...
7824. Смысл человеческого существования 36 KB
  Смысл человеческого существования. Смысл в том, чтобы стать личностью. Человек - особое существо, явление природы, обладающее, с одной стороны, биологическим началом (приближающим его к высшим млекопитающим), с другой стороны, духовным...
7825. Возникновение христианства 66.5 KB
  Возникновение христианства Период по 14 век включительно. Со 2-3 века по 14 век. Христианство возникает на окраине Римской Империи. Возникает как еретическое движение в иудаизме. Иуда (перевод прославленный) - четвертый сын библейского Иакова...
7826. Философия Фейербаха 58.5 KB
  Философия Фейербаха Одним из последователей Гегеля был Людвиг Фейербах и Карл Маркс. Людвиг Фейербах (1804-1872) Ученик Гегеля, слушал его лекции, посвятил ему докторскую диссертацию (1828). Мысли о смерти и бессмертии. Основные выводы...
7827. Философия Древней Индии (8-6 в. до н.э.) 43 KB
  Философия Древней Индии (8-6 в. до н.э.). Первоисточники. Философские воззрения представлены в Ведах (санскритское веда - буквально знание) и Упанишадах (сидение подле), примыкающим к Ведам текстам. Махабхарата - древнеиндийский эп...