Общие принципы работы системы прерываний

 

(слайд 9) Система прерывания (СП) присуща всем ЦВМ (рисунок 14.2). Во время выполнения ЦВМ текущей программы внутри машины и в связанной с ней внешней среде (например, в бортовом РЭО, управляемом вычислительной машиной) могут возникать события, требующие немедленных реакций на них со стороны машины. Такая реакция обеспечивается прерыванием программы и переходом к обслуживанию источников запросов (сигналов) на прерывание.

(слайд 10)

 

Рисунок 14.2 – Прерывание вычислений

 

Эти реакции состоят в том, что при возникновении подобных событий машина должна прервать обработку текущей программы и перейти к выполнению некоторой другой подпрограммы (или отдельных команд, закрепленных за этими сигналами), специально предназначенной для ситуации, связанной с появлением данного события. Указанные подпрограммы называются подпрограммами обработки прерывания (ПОП) или прерывающими программами, в отличие от прерываемых программ, выполнявшихся машиной до появления запросов. По завершения этой подпрограммы машина должна вернуться к выполнению прерванной программы.

Сигнал оповещающий ЦВМ о событии, требующим прерывания, называется запросом (сигналом) прерывания.

Прерывания вычислений в ЦВМ организуются, например, для сигналов, поступающих от счетчика времени (таймера).

Если управление запоминанием состояния и возвратом возложено на саму управляющую программу, то она будет состоять из трех частей: подготовительной и заключительной, обеспечивающих переключение программ, и собственно прерывающей программы, выполняющей затребованную запросом работу. На рисунке 14.3 приведена упрощенная временная диаграмма процесса прерывания.

(слайд 11) Сумма времени, затрачиваемого на запоминание состояния прерванной программы, и времени на возврат к ней называется временем обслуживания:

.

Запросы на прерывание могут появиться по ряду причин:

– при возникновении сбоев;

– обнаружении ошибки в вычислениях (например, возникновении переполнения разрядной сетки);

– затребовании операции ввода-вывода;

– попытке деления на нуль;

– необходимости обмена информацией с другой ЦВМ.

(слайд 12)

 

Рисунок 14.3 – Упрощенная временная диаграмма процесса прерывания:

t _р – время реакции;

t _з – время запоминания состояния прерванной программы;

t_n – время выполнения прерывающей программы;

t _в – время восстановления состояния прерванной программы

 

(слайд 13) Внутри процессора запросы возникают при сбоях в работе, переполнении разрядной сетки, попытке деления на нуль и т. д. Ситуации подобного типа, связанные с ошибками в работе процессора, называются исключениями.

Приоритетное обслуживание программ. Понятие приоритета в прерывании программ имеет два значения:

- приоритет между запросами прерывания;

- приоритет между прерывающими программами.

Первый устанавливает лишь очередность восприятия запросов, поступивших одновременно от различных уровней, а второй, более важный – старшинство (степень срочности) в выполнении прерывающих программ разных уровней. Иначе говоря, во втором случае определяется, имеет ли право данная прерывающая программа прервать обрабатываемую в данный момент программу.

Каждый сигнал прерывания имеет свой приоритет (больший приоритет имеют уровни с меньшими номерами). Если во время выполнения одной прерывающей программы поступил сигнал прерывания с более высоким приоритетом, то происходит переход на выполнение второй (более приоритетной) прерывающей подпрограммы. После ее окончания выполнение прерванной ПОП восстанавливается.

Последние системы прерывания называются приоритетными.

Таким образом, в случаях наличия нескольких источников прерывания, вырабатывающих свои запросы независимо, должен быть установлен определенный порядок обслуживания запросов. (слайд 14) Существуют два основных способа идентификации ВУ, запросивших обслуживания:

- программный последовательный опрос (сканированием) регистров состояния (разряд "Готовность ВУ") контроллеров всех ВУ и с обслуживанием запросов в порядке присвоенного им приоритета;

- использование векторов прерывания.