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

38 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

23001. Синтагма. Енклітики і проклітики 28 KB
  Енклітики і проклітики У сучасних мовах трапляються випадки коли слова зберігаючи смислову самостійність втрачають наголос і примикають до інших слів об'єднуючись із ними спільним наголосом. Такі слова називають клітиками. Слова які втративши наголос приєднуються до наступних слів називають проклітиками а явище проклізою від гр. Ненаголошені слова що стоять після наголошених утворюючи з ними одне фонетичне ціле називають енклітиками а явище енклізою від гр.
23002. Граматична будова мови, морфологія та синтаксис 33 KB
  Граматична будова мови морфологія та синтаксис Граматика від лат. grammatike techne письмове мистецтво 1 будова мови система морфологічних категорій і форм синтаксичних категорій і конструкцій; 2 наука яка вивчає будову мови. Що стосується граматики як науки то розрізняють: 1 формальну яка вивчає граматичні форми та їх структуру і контенсивну семантичну яка вивчає значення цих форм і структур; 2 синхронічну що вивчає будову мови на певному умовно виділеному часовому етапі і діахронічну яка вивчає мовну будову в її...
23003. Граматичне значення і граматична категорія. Граматична форма 34.5 KB
  Граматичне значення і граматична категорія. Смислова структура повнозначного слова являє собою єдність лексичного значення індивідуального і тих абстрактних значень які характеризують видозміни його у зв'язках з іншими словами. Ці абстрактні значення що супроводять лексичне значення повнозначного слова в конкретному випадку його вживання називаються граматичними значеннями. Граматичне значення не є приналежністю одного слова воно об'єднує граматично цілі групи або й класи слів.
23004. ЗАВДАННЯ ЛІНГВІСТИЧНОЇ ТЕОРІЇ ПЕРЕКЛАДУ 28.67 KB
  Однак за останні десятиліття масштаби перекладацької діяльності настільки виросли що є всі підстави говорити про початок нового етапу в історії перекладу. Виникли нові підвиди перекладу синхронний переклад переклад кінофільмів телепередач судовий переклад тощо. Перекладач повинен крім того добре розбиратися в предметі перекладу.
23005. Романські мови 42.5 KB
  Романські мови як державні чи офіційні вживають 66 країн у т. Ще декілька романських мов мають статус парціальної часткової мови у відповідних країнах: галісійська каталанська та окситанська у формі аранської говірки в Іспанії ретороманська у Швейцарії. романські мови зазнали світового поширення Нова Романія або Латинська Америка та численні країни Африки.
23006. Мовознавство – наука про мову. Об’єкт та предмет мовознавства 32 KB
  Мовознавство наука про мову. Обєкт та предмет мовова. Мовознавство або лінгвістика наука про природну людську мову загалом і про всі мови світу як її індивідуальних представників. Обєкт це те що вивчається природна мова основним обєктом мовова є мова.
23007. Мова, її визначення, основні ознаки і властивості 35 KB
  Мова її визначення основні ознаки і властивості. Мова основний обєкт мовова. Мова система знаків яку ми використовуємо для спілкування комунікації передачі та сприйняття інформації. Мова це звукове вираження думки Шлейхер.
23008. Зв’язок мовознавства з іншими науками 43 KB
  Звязок мовова з іншими науками. Такі кардинальні проблеми загального мовознавства як зв'язок мови і мислення взаємовідношення між мовою і суспільством специфіка відображення людиною довкілля в мові знаковість мови мовні універсалії методи і методики лінгвістичного дослідження не можуть бути розв'язані без філософії. Зв'язок мовознавства з історією як і з іншими науками є обопільним. Зв'язок мовознавства з логікою яка вивчає форми вираження одиниць мислення понять суджень умовиводів полягає в тому що проникнути в...
23009. Мовознавство загальне і конкретне (часткове) 34 KB
  Мовознавство або лінгвістика наука про природну людську мову загалом і про всі мови світу як її індивідуальних представників. Конкретне мовознавство вивчає окремі мови україністика полоністика богемістика русистика або групи споріднених мов славістика германістика романістика тощо. Окремі мови різняться ступенем унормованості стилістичною диференціацією мовних засобів багатство словника. Загальне мовознавство вивчає загальні особливості мови як людського засобу спілкування а також структуру й закономірності функціонування...