Организация системы прерываний.

Система прерываний предназначена для реакции на определенные события путем прерывания работы процессора по выполнению текущей программы и переключение его на выполнение программы.

В момент возникновения определенной ситуации формируется сигнал прерывания, который поступает в процессор и инициирует специальную операцию прерывания.

Причины прерываний принято разделять зависимо от источника на следующие группы:

1. Внешние
2. Прерывания систем ввода/вывода.
3. Программные
4. Прерывания при обращении к супервизору
5. Прерывания от систем контроля

Каждый сигнал прерывания идентифицирован номером, называемым кодом причины прерывания. Код формируется процессором в момент поступления сигнала прерывания.

Приоритеты прерываний

Прерывания могут возникать в любой момент времени, т.е. асинхронно по отношению к работе процессора. В момент проверки процессором наличия сигналов прерываний их может возникнуть несколько, однако обработке подлежит только одно. Для определения того прерывания, которое будет обработано первым, существует система арбитража, которая выделяет из всех сигналов сигнал с наивысшим приоритетом. Приоритеты распределяются между причинами в зависимости от их важности.

Маскирование прерываний

Если возникают прерывания от схем контроля, то нет необходимости реагировать на другие, пока не будет установлена причина ошибки и подтверждена работа ЭВМ.

Для этого должны существовать средства, позволяющие избирательно относится к сигналам прерываний. Для этого используется маска прерываний, представляющая собой двоичное слово M=m₁,m_2,...,m_k с числом разрядов равным числу маскируемых прерываний.

Сравнение с маской может осуществляется программным или аппаратным способом.

Характеристики системы прерываний:

1.) Общее число запросов прерываний

2.) Время реакции – время между появлениями запросов прерываний и началом выполнением прерывающей программы.

t_з – запоминание состояния прерываемой программы.

t_обр – время обработки прерывания

t_в – время восстановления состояния прерванной программы

Затраты времени на переключение программ или издержки прерывания: t_изд = t_з + t_в

4. Глубина прерывания – максимальное число программ, которые могут прерывать друг друга. Если после перехода к прерыванию программ вплоть до ее окончания прием других запросов запрещен, то система имеет глубину равную 1. Глубина равная r, допускается прерывание n программ. Обычно глубина прерывания совпадает с количеством уровней приоритета.

5. Число классов или уровней прерывания. В ЭВМ число различных запросов может достигать 10 или 100, поэтому их разделяют на классы. Совокупность запросов инициирующих одну и туже обработанную программу образует класс, или уровень прерывания.

Операции прерывания и способы ее реализации.

При возникновении в вычислительной системе запросов прерываний на систему прерываний возлагаются следующие действия:

1. Выработка обобщенного сигнала прерываний с учетом возможного маскирования системы прерываний.

Реализация

1) одна линия вне процессора

2) для каждого источника своя линия

Комбинированный способ.

На этом этапе может осуществляться предварительное маскирование прерываний.

Наличие сигнала в процессах может проверять:

1) после окончания выполнения очередной команды

2) в определенных состояниях процессора

3) в каждом такте выполняемой программы

2. Определение сигналов прерывания с наивысшим приоритетом (среди немаскированных).

Реализация:

1) программный опрос источников прерываний.

Приоритет, определяющий последовательность последовательностью опросов. При этом если используется одна линия прерываний, то опрашиваются их регистра состояний

2) циклический аппаратный опрос источника прерываний

При наличии счетчик останавливается, данная процедура повторяется по сигналу «сброс». Циклический опрос кодов системы прост в аппаратной реализации, но медленно реагирует на сигналы прерываний. Поэтому во многих случаях, особенно при работе в реальном масштабе времени, используют схему, позволяющую определять номер запроса старшего приоритета за один такт.

3) цепочная однотактная схема определения приоритетного запроса.

Процедура опроса инициируется сигналом приоритета. Если запросов нет, то нет обобщенного сигнала прерывания.

Если есть запрос с номером i, то распространение сигналов приоритета правее этого запроса блокируется. На выходе шифратора появляются запросы.

Входы M₁, M₂,..., M_k – соответствующие разряды регистра маски.

- этот блок позволяет запретить прерывания с приоритетом ниже порогового уровня.

4) векторное прерывание. Предыдущие две схемы предполагают наличие отдельного кода для каждого запроса прерывания. Если же все запросы объединены по логическому или вне процессора, то необходимо использовать следующую схему определения источника прерывания.

Получив обобщенный сигнал Int, процессор заканчивает выполнение текущей команды (t₁) и выставляет сигнал разрешения прерывания (INTE), который распространяется через все возможные источники запроса. Через время t₂, достаточное для распространения сигнала INTE по всей цепочке процессор выставляет сигнал чтения RD, в ответ на который источник запроса выставляет на шину адреса данных код адреса памяти своего вектора прерывания (адрес начала программы обработки одного запроса).

Выдачу адреса он сопровождает сигналом RDE.

Достоинство данного способа:

• простота реализации
• скорость работы

Недостатки:

• приоритеты устройств жестко определены их местом на линии опроса
• для устранения возникновения ситуаций ошибочного появления Int не один из источников не запрашивал прерывание.

Надо контролировать сигнал INTE после его прохода через всю цепочку, т.е. необходим еще один вход процессора.

Не нашли, что искали? Воспользуйтесь поиском: