А.Н. Томилин - Вычислительные системы (2006), страница 24

Например, в машинеБЭСМ-6 прятался только адрес возврата, а вот здесь уже происходили все моменты, такиенебольшие циклы упрятывания. Но это один вариант жизни в машине самой задачи, котораявыполняет действие, связанное с возникшим событием (каким угодно: внешним, внутреннимсобытием). Внешние: окончание обмена, окончание приёма данных по каналу или выдача.Какие внутренние события: неприятные какие-нибудь события, связанные с переполнением,деление на нуль, взятие операнда, который оказался плохой, испорченный. Так что разныепрерывания.

Именно вот в этом случае могут быть разные действия, когда у вас плохой операнд: либо задача должна быть выброшена, либо передано её управление по указанному ейадресу, будет работать программа по обработке нештатной ситуации в задаче. Такое тожевозможно. Но в любом случае, другая последовательность такая. Давайте попроще — безпрерывания в прерывании:73задача 1А1ИП задачи 1регистровый контекстпроцесс 1регистр адреса ИПЗА1⇓ переключение на задачу 2блок переключения задач(save cntx, load cntx)задача 2А2А2ИП задачи 2Помните, какие команды здесь у нас были: была команда save cntx — аппаратныесредства для поддержки переключения (упрятывается всё), затем выбирается задача другая,и тогда уже наоборот — из информационного поля другой задачи load cntx.

А вот вместес выбором меняется внешний регистр адреса ИПЗ. В нём находился адрес ИПЗ до самогопереключения. Потом мы приняли решение переходить на другую задачу (например, пришло прерывание по времени, и квант, который выделялся на эту задачу, закончился, и теперьбудем отдавать квант процессорного времени другой задачи, или просто закроем задачу, если было обращение к области памяти, с которой осуществляется обмен с внешним устройством, и пока он не закончится, работать с ней нельзя, задачу надо приостановить). Так чтоздесь по-разному может быть ситуация, важно, что мы решили выбирать вторую задачу именяем на А2.

Существует, естественно, такое поле А2 — ИП второй задачи. Команды savecntx и load cntx ориентируется на этот регистр адреса ИПЗ. Поскольку там было А1, топо команде save cntx всё упрятывается в ИП первой задачи. А на момент load cntxтам находится А2, и мы попадаем либо на начало задачи 2, либо на продолжение задачи 2,если она была приостановлена. Понятно, что вместо этого может действовать сама операционная система, не используя никаких средств аппаратной поддержки.

Всё зависит отвозможностей аппаратуры.Это всё мы с вами отмечали, и ещё отметим, что переход происходит из-за того, чтопроизошло событие 1, и имеется некий дешифратор переходов на программы обработкиданных, связанные с событиями. И вот здесь, допустим это будет какой-то адрес N1, значитздесь стоит переход безусловный (БП) на N1. Если событие 2, то стоит БП на N2 и т.д.БП N1БП N2...1-е событие2-е событиеКак только обнаруживаем, что произошло событие 1 (это может быть аппаратно илипрограммно), так или иначе, происходит переход сюда, а отсюда уже сюда. Почему нужентакой дешифратор? Вы здесь можете менять: программу реакции на событие 1 можете поместить в другое место. Поэтому очень удобно: аппаратно или программно попадает на первую ячейку (если событие 1), а отсюда переходит сюда.

Вот такая вот история. И т.д. Это всёназывается вектором прерывания или набором векторов прерываний, имея в виду простострелки. Что такое стрелка? Это вектор. Или это всё вместе вектор, а это компоненты. Но этовсё игра слов, используемая в литературе.Вот вопрос: как же мы переходим вот сюда? Что за аппаратура (у нас это есть, вот мы свами посмотрели «Специальные регистры и команды процессора для поддержки обработкипрерываний и переключения процессора» — это мы рассмотрели — 14-й вопрос, а теперьпереходим к 12-му, потому что теперь будет понятно, для чего она нужна эта аппаратура).74Аппаратура прерыванийОбычно они (события) как-то зафиксированы в аппаратуре.

Они могут одновременнопоявиться (физически одновременно появится в пределах каких-то долей микросекунды).Один из вариантов — это регистровая аппаратура фиксации прерываний.Нарисуем некоторый регистр прерываний (РПр):РПр1 0 1событие 1событие 2Всякое событие, если оно возникло (внешнее, внутреннее), отображается появлениемединички в этом регистре. Наше любимое событие 1 возникло, но и одновременно возниклособытие 3.

Далее существует регистр (как видите, этот регистр управляется аппаратурой, неоперационной системой; в принципе, конечно, может управляться операционной системой,но это для отладки — вы можете имитировать события, даже если они не появляются). А вотэто вот регистр маски (РМПр):РМПр1 1 0Что это означает? Он точно такой же, как и регистр прерываний. В нём проставляетсяединичка. Это означает, что мы ожидаем и разрешаем (мы — это значит операционная система) реакцию на событие 1, разрешаем реакцию на событие 2 и не разрешаем реакцию насобытие 3. В нашем случае, появилось событие 1, событие 3, реально произойдёт реакция насобытие 1.Теперь, кроме того, имеется ещё и общее разрешение прерываний:общееразрешениепрерываний1РМПр1 1 0РПр1 0 1Появляются вот эти ситуации, идёт как раз определение того, что это событие 1, идальше переход на ту самую строчку, о которой мы с вами говорили.

Если бы определилосьсобытие 2, соответственно, определился бы номер 2.Когда эта штука может быть в нуле? Она может быть в нуле, только в момент переключения задач. Т.е. это тот самый стержень, который есть программа, процессом не являющаяся. То, что является процессом, может быть переключено на другой процесс. Этапрограмма процессом не является и не может быть переключена ни на что в процессе своейработы.Либо мы пожёстче сделаем и попроще для операционной системы.

Можно, чтобы программы обработки прерываний были бы короткими, и во время них не происходило быпрерывание. Для машины БЭСМ-6 так оно и было: эти программы всегда были короче.Потом, когда будем смотреть работу с внешними устройствами, ещё раз будет понятнопочему. В пределах 100 команд (100 мкс) разрешалось без прерываний, а потом либо надобыло переходить обратно, либо нужно было переходить на другую задачу пользователя, еслизадача приостанавливалась и не могла продолжаться, или возникла необходимостьвыполнить более приоритетную задачу.В чём хороша и в чём плоха такая аппаратура? Хороша она в том, что можно так расположить здесь фиксацию событий, чтобы события, на которые надо реагировать самым75срочным образом, находились бы в голове. Операционная система что делает? Она считывает вот этот регистр, делает логическое умножение (т.е.

конъюнкцию) вот этих двух величин(из РПр и РМПр), получает результат и выполняет команду выдачи номера старшей единицы.Такие команды вполне существуют в машинах: выдача старшей, младшей, количества единиц в коде — в универсальных машинах всё это есть. И вот, пожалуйста.В чём плохо? В машине БЭСМ-6 существовал такой регистр на 48 разрядов. Хорошо, увас возникает 49-е событие и что? А делается буквально следующее. Выдели здесь разряд, накоторый происходила сборка всех тех событий, которые появлялись и фиксировались в периферийный регистр прерываний (ПРП), тогда этот был главный регистр прерываний.

Здесь,естественно, своя маска. И когда здесь появлялось хотя бы одно, а может несколько, событий, все они приходили на этот регистр.РПр11 0 1ПРПВот такая регистровая система имеющая преимущества и недостатки.Теперь второй способ. Имеется буфер «сообщений — прерываний» в ОП. Как вы самипонимаете, отсюда преимущество — можно иметь сколь угодной длины. Его начало зафиксировано в аппаратуре, или как всегда на любую аппаратную таблицу или структуру данных,которая может исследоваться по своим отдельным строкам, может всегда указывать адрес вкаком-нибудь регистре, который обычно называют регистр-префикс. Сюда поступает информация о событиях. Во-первых, вы сразу видите, если она поступает сюда целой строкой(сколько-то разрядов, довольно много), то конечно, существенно отличается от одного разряда.

Иногда, правда, информации о событии так много, что она ещё куда-то в дополнительный регистр попадает или ещё где-то в памяти объявляется массивом данных, но это второйвопрос. У вас естественно есть счётчик загрузки и счётчик разгрузки, т.е. какие-то регистры.Возникло одновременно допустим 3 события. Они поместились согласно счётчику загрузки.И счётчик загрузки стал указывать на другое место.счётчикзагрузкисчётчикразгрузкиРаз разошлись (счётчики загрузки и разгрузки), значит, возникает прерывание — появились события, на них надо реагировать. А как? Вот их 3 здесь, что делать? Поручаетсяоперационной системе реагировать на события с учётом приоритета.Это некоторые логические решения, которые где-то употреблялись, где-то не употреблялись, по-разному. На самом деле, это было актуально, и есть машины, где было 2 буфера:буфер срочныхсообщений прерыванийбуфер несрочныхсообщений прерыванийСначала исследовалась ситуация расхождения счётчиков в буфере срочных прерываний, а уже потом — в буфере несрочных.

Как видите, имеются всякие преимущества и сочетаются с некоторыми недостатками. Например, наличие сообщения в буфере сообщенийпрерываний можно отобразить единичкой в разряде какого-то регистра и получить некий76симбиоз систем фиксаций событий. Т.е. каким-то образом фиксируется событие, и затем наних аппаратно или программно происходит реакция.Защищённая подсистема. Многоуровневая защитаВот вопросы защищённых подсистем, многоуровневая защита. Время от времени такиемашины появляются. И хотя бы даже 2 уровня, когда у вас, помните, вариант жизни операционной системы, когда в виртуальной памяти задачи находится операционная система (ОС):виртуальныеадреса ОСuserВиртуальные адреса ОС как продолжение виртуальных адресов задачи. Т.е.

задача может, задав виртуальный адрес, взять и попытаться записать что-то сюда и испортить. Этогоне будет. Эта система защищена. Посмотрим, как такая защита осуществляется. Т.е. должныбыть защищённые подсистемы.Ну и проще всего это представляется как кольцевая защита, где этих уровней, вообщеговоря, очень много.

И действительно, существовали системы, в которых имелось 8 уровней(причём 4 уровня для пользовательской задачи и 4 уровня для ОС) или 16 уровней защиты.Скажем, ваше ядро работает (центральная часть) и ваше работает. А вы только начинаетеновую вещь. Вы ставитесь на тот уровень, что если вы чего-то попытаетесь испортить, этоне удастся, можете только у себя. Таким образом, нарушить функционирование вы не сможете до поры до времени.