Прерывания и программы обработки прерываний. Классификация прерываний. Зарезервированные вектора прерываний режима реального адреса микропроцессоров Intel x86. Последовательность прерывания.

1) Прерывание — сигнал, сообщающий процессору о наступлении какого-либо события. При этом выполнение текущей последовательности команд приостанавливается и управление передаётся обработчику прерывания, который реагирует на событие и обслуживает его, после чего возвращает управление в прерванный код.

 

В зависимости от источника возникновения сигнала прерывания делятся на:

• асинхронные или внешние (аппаратные) — события, которые исходят от внешних источников (например, периферийных устройств) и могут произойти в любой произвольный момент: сигнал от таймера, сетевой карты или дискового накопителя, нажатие клавиш клавиатуры, движение мыши. Факт возникновения в системе такого прерывания трактуется как запрос на прерывание (англ. Interrupt request, IRQ);
• синхронные или внутренние — события в самом процессоре как результат нарушения каких-то условий при исполнении машинного кода: деление на ноль или переполнение, обращение к недопустимым адресам или недопустимый код операции;
• программные (частный случай внутреннего прерывания) — инициируются исполнением специальной инструкции в коде программы. Программные прерывания как правило используются для обращения к функциям встроенного программного обеспечения (firmware), драйверов и операционной системы.

Термин «ловушка» иногда используется как синоним термина «прерывание» или «внутреннее прерывание». Как правило, словоупотребление устанавливается в документации производителя конкретной архитектуры процессора.

 

2) Маскирование

 

В зависимости от возможности запрета внешние прерывания делятся на:

• маскируемые — прерывания, которые можно запрещать установкой соответствующих битов в регистре маскирования прерываний (в x86-процессорах — сбросом флага IF в регистре флагов);
• немаскируемые (Non maskable interrupt, NMI) — обрабатываются всегда, независимо от запретов на другие прерывания. К примеру, такое прерывание может быть вызвано сбоем в микросхеме памяти.

Обработчики прерываний обычно пишутся таким образом, чтобы время их обработки было как можно меньшим, поскольку во время их работы могут не обрабатываться другие прерывания, а если их будет много (особенно от одного источника), то они могут теряться.

3) Приоритезация

 

До окончания обработки прерывания обычно устанавливается запрет на обработку этого типа прерывания, чтобы процессор не входил в цикл обработки одного прерывания. Приоритезация означает, что все источники прерываний делятся на классы и каждому классу назначается свой уровень приоритета запроса на прерывание. Приоритеты могут обслуживаться как относительные и абсолютные

• Относительное обслуживание прерываний означает, что если во время обработки прерывания поступает более приоритетное прерывание, то это прерывание будет обработано только после завершения текущей процедуры обработки прерывания.
• Абсолютное обслуживание прерываний означает, что если во время обработки прерывания поступает более приоритетное прерывание, то текущая процедура обработки прерывания вытесняется, и процессор начинает выполнять обработку вновь поступившего более приоритетного прерывания. После завершения этой процедуры процессор возвращается к выполнению вытесненной процедуры обработки прерывания.

 

4) Программное прерывание

 

Программное прерывание — синхронное прерывание, которое может осуществить программа с помощью специальной инструкции.

В процессорах архитектуры x86 для явного вызова синхронного прерывания имеется инструкция Int, аргументом которой является номер прерывания (от 0 до 255).

 

5) Вектор прерывания — закреплённый за устройством номер, который идентифицирует соответствующий обработчик прерываний. Векторы прерываний объединяются в таблицу векторов прерываний, содержащую адреса обработчиков прерываний. Местоположение таблицы зависит от типа и режима работы процессора.

 

Функцией Программируемого Контроллера Прерываний (ПКП / PIC) является общее управление всем оборудованием систем с прерываниями. Он принимает запросы от периферии, различает какое из входных требований более важное (приоритетное), устанавливает выше ли приоритет входного запроса значения текущего обслуживаемого уровня и выдает прерывание в ЦПУ основываясь на этом определении.

Каждое периферийное устройство или структура обычно имеет специальную программу или "рутину", которая ассоциируется с их специфичными функциональными или операционными требованиями; это обычно называется "программой обслуживания". ПКП после выдачи прерывания в ЦПУ, должно как-то ввести информацию в ЦПУ, которая разместит счетчик команд на сервисную программу связанную с запрашивающим устройством. Этот указатель является адресом в таблице векторов, и в этом документе часто будет называться векторными данными.

 

Зарезервированные вектора:

 

 

	Ошибка деления. Вызывается автоматически после выполнения команд DIV или IDIV, если в результате деления происходит переполнение (например, при делении на 0). DOS обычно при обработке этого прерывания выводит сообщение об ошибке и останавливает выполнение программы. Для процессора 8086 при этом адрес возврата указывает на следующую после команды деления команду, а в процессоре 80286 - на первый байт команды, вызвавшей прерывание.
	Прерывание пошагового режима. Вырабатывается после выполнения каждой машинной команды, если в слове флагов установлен бит пошаговой трассировки TF. Используется для отладки программ. Это прерывание не вырабатывается после выполнения команды MOV в сегментные регистры или после загрузки сегментных регистров командой POP.
	Аппаратное немаскируемое прерывание. Это прерывание может использоваться по-разному в разных машинах. Обычно вырабатывается при ошибке четности в оперативной памяти и при запросе прерывания от сопроцессора.
	Прерывание для трассировки. Это прерывание генерируется при выполнении однобайтовой машинной команды с кодом CCh и обычно используется отладчиками для установки точки прерывания.
	Переполнение. Генерируется машинной командой INTO, если установлен флаг OF. Если флаг не установлен, то команда INTO выполняется как NOP. Это прерывание используется для обработки ошибок при выполнении арифметических операций.
	Печать копии экрана. Генерируется при нажатии на клавиатуре клавиши PrtScr. Обычно используется для печати образа экрана. Для процессора 80286 генерируется при выполнении машинной команды BOUND, если проверяемое значение вышло за пределы заданного диапазона.
	Неопределенный код операции или длина команды больше 10 байт (для процессора 80286).
	Особый случай отсутствия математического сопроцессора (процессор 80286).
	IRQ0 - прерывание интервального таймера, возникает 18,2 раза в секунду.
	IRQ1 - прерывание от клавиатуры. Генерируется при нажатии и при отжатии клавиши. Используется для чтения данных от клавиатуры.
A	IRQ2 - используется для каскадирования аппаратных прерываний в машинах класса AT.
B	IRQ3 - прерывание асинхронного порта COM2.
C	IRQ4 - прерывание асинхронного порта COM1.
D	IRQ5 - прерывание от контроллера жесткого диска для XT.
E	IRQ6 - прерывание генерируется контроллером флоппи-диска после завершения операции.
F	IRQ7 - прерывание принтера. Генерируется принтером, когда он готов к выполнению очередной операции. Многие адаптеры принтера не используют это прерывание.
	Обслуживание видеоадаптера.
	Определение конфигурации устройств в системе.
	Определение размера оперативной памяти в системе.
	Обслуживание дисковой системы.
	Последовательный ввод/вывод.
	Расширенный сервис для AT-компьютеров.
	Обслуживание клавиатуры.
	Обслуживание принтера.
	Запуск BASIC в ПЗУ, если он есть.
	Загрузка операционной системы.
1A	Обслуживание часов.
1B	Обработчик прерывания Ctrl-Break.
1C	Прерывание возникает 18.2 раза в секунду, вызывается программно обработчиком прерывания таймера.
1D	Адрес видеотаблицы для контроллера видеоадаптера 6845.