Просмтор этого файла доступен только зарегистрированным пользователям. Но у нас супер быстрая регистрация: достаточно только электронной почты!

Текст из файла (страница 18)

outword ax

На рис. 7.4 показан вид стека, когда произведён первый рекурсивный вызов функции, в стеке при этом два стековых кадра.

В качестве ещё одного примера рассмотрим реализацию с помощью процедуры следующего алгоритма: задана константа N=30000, найти скалярное произведение двух массивов, содержащих по N беззнаковых целых чисел.

На языке Паскаль это можно записать, например, следующим образом: ¹

Const N=30000;

Type Mas = array[1..N] of word;

Var A,B: Mas; S: word;

Procedure SPR(var X,Y: Mas; N: integer; var Scal: word);

Var i: integer;

Begin Scal:=0; for i:=1 to N do Scal:=Scal+X[i]*Y[i] end;

Перед реализацией этой процедуры SPR на Ассемблере (со стандартными соглашениями о связях) необходимо решить следующие вопросы. Во-первых, сделаем нашу процедуру дальней, чтобы она могла располагаться в любом сегменте памяти нашей программы. Во-вторых, массивы A и B оба не поместятся в один сегмент данных, поэтому нам придётся описать два сегмента данных и поместить в один из них массив A, а в другой сегмент – массив B:

N equ 30000

D1 segment

A dw N dup (?)

S dw ?

D1 ends

D2 segment

B dw N dup (?)

D2 ends

При передаче таких массивов по ссылке нам придётся заносить в стек дальний адрес каждого массива в виде двух чисел <сегмент,смещение>. То же самое придётся делать и для передавае­мой по ссылке переменной S, куда будет помещаться вычисленное значение скалярного произ­ведения. Далее надо решить, как информировать обратившуюся к процедуре основную программу о том, что скалярное произведение не может быть получено правильно, так как не помещается в переменную S. Давайте, например, выделим значение 2¹⁶-1 (это знаковое число –1) для случая переполнения результата. Эта проблема является типичной в практике программирования: желательно, чтобы каждая процедура и функция выдавали код возврата, который показывает, правильно ли завершилась работа. Таким образом, значение –1 свидетельствует об ошибке, а все остальные значения переменной S будут означать правильное завершение работы нашей процедуры (т.е. правильное значение скалярного произведение, равное 2¹⁶-1 мы тоже, к сожалению, объявим ошибочным).

Напишем теперь фрагмент программы для вызова процедуры скалярного произведения:

mov ax,D1

push ax

mov ax,offset A

push ax; Полный адрес массива A

mov ax,D2

push ax

mov ax,offset B

push ax; Полный адрес массива B

mov ax,N

push ax; Длина массивов

mov ax,D1

push ax

mov ax,offset S

push ax; Полный адрес S

call SPR

Для такого вызова при входе в процедуру стековый кадр будет иметь вид, показанный на рис. 7.5.

Вершина стека SP  Начало стекового кадра 	IP адреса возврата
	CS адреса возврата
	Адрес S в D1
	Адрес сегмента D1
	Число элементов N
	Адрес массива B в D2
	Адрес сегмента D2
	Адрес массива A в D1
Начало стекового кадра 	Адрес сегмента D1
Рис. 7.5. Стековый кадр при входе в процедуру скалярного произведения.

Теперь опишем нашу дальнюю процедуру:

SPR proc far

push bp; база стекового

mov bp,sp; кадра

; сохранение остальных регистров

push ds

push es

.186

pusha ;в стек ax,cx,dx,bx,sp,bp,si,di

sub bx,bx; локальная сумма

mov cx,[bp+10]; Выбор N

mov ds,[bp+18]; Сегмент D1

mov si,[bp+16]; Адрес A

mov es,[bp+14]; Сегмент D2

mov di,[bp+12]; Адрес B

L: mov ax,[si]; A[i]

mul word ptr es:[di]; A[i]*B[i]

jc Err; при переполнении

add bx,ax

jc Err; при переполнении

add di,2

add si,2

loop L

Vozv: mov ds,[bp+8]; Сегмент D1

mov si,[bp+6]; Адрес S

mov [si],bx; Результат в S

; восстановление регистров

popa ;из стека ax,cx,dx,bx,sp,bp,si,di

pop es

pop ds

pop bp

ret 2*7; Очистка 7 слов из стека

Err: mov bx,-1;Код ошибки

jmp Vozv

SPR endp

В этом примере для экономии текста программы мы использовали команды pusha и popa из языка команд старшей модели нашего семейства ЭВМ, о чём предупредили Ассемблер директивой .186 .

На этом мы закончим изучение процедур в языке Ассемблера.

8. Система прерываний.

Далее мы продолжим изучение переходов. Как мы уже упоминали, некоторые переходы произ­водятся не при выполнении команд, а могут делаться центральным процессором автоматически при возникновении определённых условий. Если компьютер обладает такими способностями, то говорят, что в этом компьютере реализована система прерываний. Все современные компьютеры имеют систему прерываний, и сейчас мы начнём изучать, что это такое.

Сначала введём понятие события (возникшей ситуации). События могут возникать как в центральном процессоре (например, деление на ноль, попытка выполнить машинную команду с несуществующим кодом операции, выполнение некоторых особых команд и т.д.), так и в периферийных устройствах (например, нажата кнопка мыши, на печатающем устройстве кончилась бумага, получен сигнал по линиям связи и др.). Ясно, что при возникновении события продолжать выполнение программы может быть либо бессмысленно (деление на ноль), либо нежелательно, так как нужно срочно предпринять какие-то действия, для выполнения которых текущая программа просто не предназначена (например, надо отреагировать на нажатие кнопки мыши, на сигнал от встроенного таймера и т.д.).

В архитектуре компьютера предусмотрено, что каждое устройство, в котором произошло собы­тие (центральный процессор, память, устройства ввода/вывода) генерирует сигнал прерывания – электрический импульс, который приходит на специальную электронную схему центрального процессора. Сигнал прерывания, связанный с каждым из событий, имеет свой номер, чтобы отличить его от сигналов, связанных с другими событиями. По месту возникновения сигналы прерывания бывают внутренними (в центральном процессоре) и внешними (в периферийных устройствах).

Получив такой сигнал, центральный процессор автоматически предпринимает некоторые действия, которые называются аппаратной реакцией на сигнал прерывания. Надо сказать, что, хотя такая реакция, конечно, сильно зависит от архитектуры компьютера, всё же можно указать какие-то общие черты, присущие всем ЭВМ. Сейчас мы рассмотрим, что обычно входит в аппаратную реакцию центрального процессора на сигнал прерывания.

Сначала надо сказать, что центральный процессор "смотрит", пришел ли сигнал прерывания, только после выполнения очередной команды, таким образом, этот сигнал ждёт завершения текущей команды.¹ Исключением из этого правила являются команды halt и wait. Команда halt останавливает выборку команд центральным процессором, и только сигнал прерывания может вывести компьютер из этого "ничегонеделания". Команда wait в младшей модели нашего семейства ждёт окончания операции с вещественными числами, которые мы не рассматриваем. Кроме того, прерывание не возникает после выполнения команды-префикса программного сегмента, т.к. она существенно влияет на следующую за ней команду.

К описанному выше правилу начала аппаратной реакции на сигнал прерывания необходимо сделать существенное замечание. Дело в том, что большинство современных ЭВМ отступают от принципа фон Неймана последовательного выполнения команд. Напоминаем, что согласно этому принципу очередная команда начинала выполняться только после полного завершения текущей команды.

Современные компьютеры могут одновременно выполнять несколько команд программы (а наиболее "продвинутые" из них – даже несколько команд из разных программ). Компьютеры, обладающие такими возможностями, называются конвейерными, они могут одновременно выполнять до восьми и более команд. Для конвейерных ЭВМ необходимо уточнить, когда начинается аппаратная реакция на сигнал прерывания. Обычно это происходит после полного завершения любой из выполняющихся в данный момент команд. Выполнение остальных команд прерывается и в дальнейшем их необходимо повторить с начала. Понятно, что конвейерные ЭВМ весьма "болезненно" относятся к сигналам прерывания, так как при этом приходится повторять заново несколько последних частично выполненных команд прерванной программы. Несколько более подробно о конвейерных ЭВМ мы поговорим в конце нашей книги.

Итак, после окончания текущей команды центральный процессор анализирует номер сигнала прерывания (для нашего компьютера это целое беззнаковое число формата i8). Для некоторых из этих номеров сигнал прерывания игнорируется, и центральный процессор переходит к выполнению следующей команды программы. Говорят, что прерывания с такими номерами в данный момент запрещены или замаскированы. Для компьютера нашей архитектуры можно замаскировать некоторые прерывания от внешних устройств (кроме прерывания с номером 2), установив в ноль значение специального флага прерывания IF в регистре флагов FLAGS (это можно выполнить командой cli ). Для компьютеров некоторых других архитектур можно замаскировать каждое прерывание по отдельности, установив в ноль соответствующий этому прерыванию бит в специальном регистре маски прерываний. Говорят, что прерывания с определёнными номерами можно закрывать (маскировать) и открывать (разрешать, снимать с них маску).

В том случае, если прерывание игнорируется (замаскировано), сигнал прерывания, тем не менее, продолжает оставаться на входе соответствующей схемы центрального процессора до тех пор, пока маскирование этого сигнала не будет снято, или же на вход центрального процессора придёт следую­щий сигнал прерывания. В последнем случае первый сигнал безвозвратно теряется, что может быть очень опасно, так как мы не прореагировали должным образом на некоторое событие, и оно прошло для нас незамеченным. Отсюда следует, что маскировать сигналы прерываний от внешних устройств можно только на некоторое весьма короткое время, после чего необходимо открыть возможность реакции на такие прерывания.

Разберёмся теперь, зачем вообще может понадобиться замаскировать прерывания. Дело в том, что, если произошедшее прерывание не замаскировано то, как мы вскоре увидим, центральный процессор прерывает выполнение текущей программы и переключается на выполнение некоторой в общем случае другой программы. Это может быть нежелательно и даже опасно, если текущая программа занята срочной работой, которую нельзя прерывать даже на короткое время. Например, эта программа может обрабатывать некоторое важное событие с другим номером прерывания, или же управлять каким-либо быстрым процессом во внешнем устройстве (линия связи с космическим аппа­ратом, химический реактор и т.д.).

С другой стороны, необходимо понять, что должны существовать и специальные немаскируемые сигналы прерывания. В качестве примера такого сигнала можно привести сигнал о неисправности в работе самого центрального процессора, ясно, что маскировать его бессмысленно. Другим примером может служить сигнал о том, что выключилось электрическое питание компьютера. Надо сказать, что в этом случае компьютер останавливается не мгновенно, какую-то долю секунды он ещё может работать за счёт энергии конденсаторов в блоке питания. Этого времени хватит на выполнение нескольких десятков или даже сотен тысяч команд и можно принять важные решения: послать сигнал тревоги, спасти ценные данные в энергонезависимой памяти (такая память называется статической), переключится на резервный блок питания и т.д. Кроме того, бессмысленно маскировать сигналы прерываний, которые выдаются при выполнении некоторых специальных команд, т.к. основным назначением этих команд и является выдача сигнала прерывания. Для нашего компьютера, как уже упоминалось, существует только одно немаскируемое прерывание от внешних устройств с номером 2.

Продолжим теперь рассмотрение аппаратной реакции на незамаскированное прерывание. Сначала центральный процессор автоматически запоминает в некоторой области памяти (обычно в текущем стеке) самую необходимую (минимальную) информацию о прерванной программе. Во многих книгах по архитектуре ЭВМ это называется малым упрятыванием информации о считающейся в данный момент программе, что хорошо отражает смысл такого действия. Для нашего компьютера в стек последовательно записываются значения трёх регистров центрального процессора, это регистр флагов (FLAGS), кодовый сегментный регистр (CS) и счётчик адреса (IP). Как видим, эти действия при минимальном упрятывании похожи на действия при выполнении команды перехода с возвратом call, да и назначение у них одно – обеспечить возможность возврата в прерванное место текущей программы. Из этого следует, что стек должен быть у любой программе, даже если она сама им и не пользуется.¹

После выполнения минимального упрятывания центральный процессор по определённым правилам находит (вычисляет) адрес оперативной памяти, куда надо передать управление для обработки сигнала прерывания с данным номером. Говорят, что на этом месте оперативной памяти находится программа реакции (процедура обработки прерывания, обработчик) сигнала прерывания с данным номером.

Для компьютера нашей архитектуры определение адреса начала процедуры-обработчика прерывания с номером N производится по следующему правилу. В начале оперативной памяти расположен так называемый вектор прерываний – массив из 256 элементов (по числу возможных номеров прерываний от 0 до 255). Каждый элемент этого массива состоит из двух машинных слов (т.е. имеет формат m32) и содержит дальний адрес процедуры-обработчика. Таким образом, адрес процедуры-обработчика прерывания с номером N находится в двух словах, расположенных по физическим адресам 4*N и 4*N+2. Можно сказать, что для перехода на процедуру-обработчика необходимо выполнить безусловный переход

Характеристики

Список файлов книги