К. Хамахер, З. Вранешич, С. Заки - Организация ЭВМ - 5-е издание (2003) (1114649), страница 57

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

Текст из файла (страница 57)

Исключения Прерывание — это событие, которое приостанавливает выполнение текущей программы и запуск некоторой другой. До сих пор речь шла лишь о прерываниях, которые вызывались запросами, получаемыми в процессе ввода-вывода. Однако механизм прерываний используется и во множестве других ситуаций. Любое событие, которое приводит к прерыванию, обычно называют исключением. Следовательно, примерами исключений могут служить и прерывания ввода-вывода.

Ниже будет рассмотрен ряд других типов исключений. Восстановление после ошибок Правильная работа аппаратных компонентов компьютера обеспечивается множа. ством различных технологий. Например, в основной памяти ряда компьютеров содержится код контроля ошибок, позволяющий выявлять таковые в сохраняе- мых данных.

Если произойдет ошибка, управляющие схемы обнаружат ее и про- информируют об этом с помощью прерывания процессор. Моче С1еаг В(грег В!грег Включение индикатора конца строки Запрет на прерывания от клавиатуры Восстановление регистров КО н К1 Возврат из прерывания 4.2. Прерывания 245 Процессор может прервать выполнение программы и в том случае, если в ходе реализации ее команд обнаружит ошибку или какую-либо нестандартную ситуацию.

Например, заданный в команде код операции может не соответствовать ни одной из существующих команд, а арифметическая команда может попытаться осуществить деление на О. Если обработка исключения инициируется в результате подобной ошибки, процессор действует точно так же, как в случае запроса прерывания. Он приостанавливает выполнение текущей программы и запускает программу обработки исключения. Эта программа выполняет действия, необходимые для восстановления после ошибки (если это возможно), или информирует о ней пользователя. Как вы помните, в случае прерывания ввода-вывода процессор завершает выполнение текущей команды программы и лишь после этого начинает обработку прерывания.

Однако если прерывание происходит из-за ошибки, выполнение текущей команды, как правило, завершить невозможно, поэтому процессор немедленно приступает к обработке исключения. Отладка Еще один важный тип исключений используется при отладке программ. Обычно в состав системного программного обеспечения входит программа под названием оилидчик, помогающая программисту находить ошибки в коде. С помощью исключений отладчик реализует две важные функции: пошаговое выполнение программы (трассировку) и определение точек останова. Когда процессор функционирует в режиме траса~ровзи, после выполнения каждой команды программы происходит исключение, которое обрабатывается отладчиком.

Отладчик дает возможность пользователю проанализировать содержимое регистров, памяти, различных устройств. По завершении работы отладчика выполняется следующая команда программы, после чего отладчик активизируется снова. Пока реализуется программа-отладчик, исключения трассировки запрещены. Похожую возможность предоставляют программисту точки останова, с той лишь разницей, что выполняемая программа останавливается не после каждой команды, а только в определенных, выбранных им точках.

Для этого обычно применяется команда, называемая ловушкой или программным прерыванием. Выполнение этой команды приводит к тем же результатам, что и получение запроса аппаратного прерывания. При отладке программы пользователь может прервать ее выполнение после команды б Отладчик сохранит команду ( + 1 и заменит ее командой программного прерывания. Когда выполняемая программа достигнет этой точки, она будет прервана и активизируется программа-отладчик. Это позволит пользователю проанализировать содержимое памяти и регистров.

Когда пользователь будет готов продолжить выполнение отлаживаемой программы, отладчик восстановит сохраненную команду под номером 1 + 1 и выполнит команду возврата из прерывания. Исключения защиты Для защиты операционной системы компьютера от разрушения пользовательскими программами некоторые команды разрешено выполнять только тогда, когда 246 Глава 4.

Ввод-вывод процессор работаег в режиме супервизора. Такие команды называются привилегированными. Так, когда процессор работает в пользовательском режиме, он не выполняет команд, изменяющих уровень приоритета процессора или позволяющих пользовательской программе обращаться к тем областям памяти компьютера, которые выделены для других пользователей. Попытка выполнить такие команды приводит к исключению защиты, в ответ на которое процессор переходит в режим супервизора и начинает реализацию соответствующей подпрограммы операционной системы. 4.2.6.

Прерывания в операционных системах Операционная система (ОС) отвечает за координацию всех действий компьютера. Она выполняет операции ввода-вывода, взаимодействует с пользовательскими программами и управляет ими, интенсивно используя прерывания. Механизм прерываний позволяет операционной системе назначать приоритеты, переключаться от одной пользовательской программы к другой, реализовывать функции безопасности и защиты, координировать операции ввода-вывода. В данном разделе мы вкратце обсудим некоторые их этих аспектов. В состав операционной системы входят программы обработки прерываний для всех подключенных к компьютеру устройств.

Прикладные программы не выполняют операции ввода-вывода самостоятельно. Когда прикладной программе необходимо произвести одну из указанных операций, она указывает на подлежащие пересььтке данные и просит операционную систему выполнить эту операцию. ОС приостанавливает выполнение программы и осуществляет запрошенную операцию ввода-вывода.

По окончании операции ОС опять передает управление прикладной программе. ~ОС и прикладная программа передают друг другу управление посредством программных прерываний.) Операционная система выполняет для прикладных программ множество сервисных функций. Для их реализации многие процессоры поддерживают по нескольку разных команд программных прерываний, каждая их которых имеет собственный вектор прерывания.

Эти команды могут использоваться для вызова разных частей ОС, в зависимости от выполняемой функции. Если компьютер поддерживает два режима, супервизора и пользовательский, получив запрос прерывания, он всегда переключается в режим супервизора. Для этого он устанавливает соответствующий разряд регистра состояния процессора, предварительно сохранив в стеке старое его, регистра, значение.

Таким образом, если прикладная программа вызывает ОС с помощью команды программного прерывания, процессор автоматически переключается в режим супервизора, предоставляя ОС полный доступ к ресурсам компьютера. Когда ОС выполняет комацду возврата из прерывания, слово состояния процессора, соответствующее выполняемой прикладной программе, восстанавливается из стека. В результате процессор переключается обратно в пользовательский режим. Чтобы проиллюстрировать взаимодействие между прикладными программами и операционной системой, давайте рассмотрим пример работы в мвогозадаю лом режиме, то есть когда процессор выполняет несколько пользовательских 4.2.

Прерывания 247 программ одновременно. Применяемая при этом стандартная технология называется квантованием времеви. Суть ее заключается в том, что каждая прикладная программа выполняется в течение короткого промежутка времени т, называемого квантом времени, после чего другая программа выполняется в течение своего кванта времени и т. д. Величина т определяется непрерывно работающими аппаратными часами (таймером), генерирующими прерывание каждые т секунд. На рис. 4.10 приведены программы, необходимые для реализации важнейших функций многозадачного окружения, Во время запуска операционной системы выполняется инициализационная подпрограмма, обозначенная на рисунке как 031М1Т. Кроме всего прочего эта подпрограмма загружает векторы прерываний, расположенные по отведенным для них фиксированным адресам. В них она записывает начальные адреса программ обработки прерываний.

В частности, ОЯ1Х1Т загружает начальный адрес программы-планировщика ЯНЕ1НЛ.ЕВ по адресу, оютветствующему вектору прерывания таймера. Таким образом, в конце каждого кванта времени прерывание таймера приводит к выполнению этой программы. Программа вместе с информацией, описывающей ее текущее состояние, определяется ОС как процесс. Процесс может находиться в одном из трех состояний: выполнение, ожидание и блокировка, или останов. Под выполняющимся процессом подразумевается выполняемая в данный момент программа. Готовый к выполнению процесс — это программа, ожидающая выбора планировщиком, реализация которой в любой момент может быть начата или продолжена. А заблокированный процесс — это программа, выполнение которой по какой-то причине в данный момент не может быть продолжено (скажем, из-за того, что она ожидает завершения запрошенной операции ввода-вывода). Предположим, что в течение заданного кванта времени программа А находится в состоянии выполнения.

В конце этого кванта времени таймер прерывает работу этой программы и запускает планировщик ВНЕ?ЛЛ.ЕВ. Основная задача программы состоит в определении того, какая из пользовательских программ должна выполняться в течение следующего кванта времени. Она начинает свою работу с сохранения всей информации, которая потребуется позднее, при возобновлении работы программы А. Зта информация, называемая состоянием программы, включает содержимое регистров, счетчик команд и слово состояния процессора.

Характеристики

Список файлов книги