Э. Таненбаум - Архитектура компьютера (1127755), страница 113
Текст из файла (страница 113)
Это число называется вектором прерываний'. 4. Центральный процессор считывает вектор прерываний с шины и временно его сохраняет. 5. Центральный процессор помещает в стек счетчик команд и слово состояния программы. б. Центральный процессор определяет местонахождение нового счетчика команд, используя вектор прерывания в качестве индекса в таблице в нижней части памяти. Если, например, размер счетчика команд составляет 4 байта, тогда вектор прерываний п соответствует адресу 4п. Новый счетчик команд указывает на начало программы обработки прерываний для устройства, ставшего источником прерывания.
Часто помимо этого загружается нли изменяется слово состояния программы (например, чтобы блокировать дальнейшие прерывания). Дальнейшие действия выполняются программно: 7. Программа обработки прерываний сохраняет все нужные ей регистры таким образом, чтобы их можно было восстановить позднее. Их можно сохранить в стеке нлн в системной таблице. 8. Каждый вектор прерываний используется всеми устройствами данного типа совместно, поэтому в данный момент еще не известно, какой терминал вызвал прерывание. Номер терминала можно узнать, счнтав значение какого-нибудь регистра. 9. После этого можно считывать любую другую информацию прерывания, например коды состояния.
' Автор не совсем прав: здесь речь должна идти о номере прерывания. Каждому типу прерывания соответствует свой номер. Термин спектор прерываиийь используется в случае, когда по номеру прерывания находится адрес программы обработки прерывания, и зтот адрес представляется не одним значением, а несколькими, то есть приходится инициализировать более одного регистра. Другими словами, адрес представляется не скалярной величиной, а многомерной, векторной. — Лримеч. научи.
ред. 454 Глава 5. Уровень архитектуры набора команд 10. Если происходит ошибка ввода-вывода, на этом этапе ее нужно обработать. 11. Глобальные переменные рог и соцп1 обновляются. Первая увеличивается на 1, чтобы показывать на следующий байт, а вторая уменьшается на 1, чтобы указать, что осталось вывести на 1 байт меньше. Если соип1 все еще больше О, значит, еще не все символы выведены на экран. Тот символ, на который в данный момент указывает р1г, копируется в выходной буферный регистр. 12. В случае необходимости выдается специальный код, который сообщает устройству или контроллеру прерывания, что прерывание обработано.
13. Восстанавливаются все сохраненные регистры. 14. Выполняется команда выхода из прерывания, возвращающая центральный процессор в то состояние, в котором он находился до прерывания. После этого компьютер продолжает работу с того места, в котором ее приостановил. С прерываниями связано важное понятие прозрачности. Когда происходит прерывание, могут производиться разнообразные действия и запускаться разного рода программы, но когда все заканчивается, компьютер должен вернуться точно в то же состояние, в котором он находился до прерывания.
Программа обработки прерываний, обладающая таким свойством, называется прозрачной. Если компьютер имеет только одно устройство ввода-вывода, тогда прерывания работают именно так, как мы только что описали. Однако большой компьютер может содержать много устройств ввода-вывода, причем несколько устройств могут работать одновременно, возможно, у разных пользователей. Существует некоторая вероятность, что во время работы обработчика прерывания другое устройство ввода-вывода тоже попытается вызвать свое прерывание. Здесь существует два подхода.
Первый — для всех программ обработки прерываний сначала (даже до сохранения регистров) предотвратить последующие прерывания — в этом случае прерывания будут происходить строго поочередно. Однако это может привести к проблемам с устройствами, которые не могут долго простаивать. Например, на линию связи, поддерживающую скорость передачи 9600 бит в секунду, символы поступают каждые 1042 микросекунды. Если первый символ окажется необработанным, когда поступит второй, данные будут потеряны. Если компьютер имеет подобные устройства ввода-вывода, то лучше всего приписать каждому устройству определенный приоритет, высокий — для более критичных, низкий — для менее критичных устройств.
Центральный процессор тоже должен иметь приоритеты, которые определяются по одному из полей слова состояния программы. Если устройство с приоритетом и вызывает прерывание, программа обработки прерывания тоже должна работать с приоритетом п. Если программа обработки прерывания выполняется с приоритетом и, любая попытка обработать прерывание от другого устройства с более низким приоритетом будет игнорироваться, пока программа обработки прерывания не завершится и центральный процессор не начнет выполнение программы более низкого приоритета. В то же время прерывания от устройств с более высоким приоритетом должны обрабатываться без задержек. Поскольку сами программы обработки прерываний могут прерываться, единственно возможный способ точно управлять ситуацией — сделать так, чтобы все Поток управления 465 прерывания были прозрачными.
Рассмотрим простой пример с несколькими прерываниями. Пусть компьютер имеет три устройства ввода-вывода; принтер, диск и линию КБ232 с приоритетами 2, 4 и 5 соответственно. Изначально (г = О, где г — время) работает пользовательская программа. При г = 10 принтер неожиданно инициирует прерывание.
Запускается программа обработки прерывания (1ЯК) от принтера, как показано на рис. 5.2К Прерывание от диска приоритет 4 ожидание Завершение работы 1Зй линии йЗ232, получение прерывания от диска Прерывание йвй232, приоритет 5 Завершение работы !Зй диска Прерывание от принтера, приоритет 2 Завершение работы 1Зй принтера 0 10 15 20 25 35 40 Программа , '18й , '1Зй линии ', !Зй диска , '1Зй , 'Программа пользователю принтера , 'йЗ232 1 принтера ,'пользователя %Юг!!бй ~- Принтер Принтер Стек Рис. 5.28.
Пример с несколькими прерываниями. Последовательность действий При г = 15 прерывания требует линия КЯ232. Так как линия КЯ232 имеет более высокий приоритет (5), чем принтер (2), инициируется обработка этого прерывания. Состояние машины, при котором работает 15 К принтера, сохраняется в стеке, и начинается выполнение программы обработки прерывания линии К5232.
Немного позже, при г = 20, диск завершает свою работу и сигнализирует об этом прерыванием. Однако его приоритет (4) ниже, чем приоритет работающей в данный момент программы обработки прерываний (5), поэтому центральный процессор не подтверждает прием сигнала прерывания, и диск вынужден ждать. При г = 25 заканчивает работать 1ЯК линии КЯ232, и машина возвращается в то состояние, в котором она находилась до прерывания от линии КЯ232, то есть в состояние, соответствующее работе 1ЯК принтера с приоритетом 2.
Как только центральный процессор переключается на приоритет 2, еще до выполнения первой команды, диск с приоритетом 4 совершает прерывание, и запускается 18К диска. После ее завершения снова продолжается программа обработки прерываний от принтера. Наконец, при г - 40 все программы обработки прерываний завершаются, и выполнение пользовательской программы начинается с того места, на котором она прервалась. 456 Глава 5. Уровень архитектуры набора команд Со времен процессора 8088 все процессоры 1пте1 имеют два уровня (приоритета) прерываний: маскируемые и немаскируемые прерывания.
Немаскируемые прерывания обычно используются только для сообщения об очень серьезных ситуациях, например об ошибках четности в памяти. Для всех устройств ввода-вывода имеется единственное маскируемое прерывание. Когда устройство ввода-вывода требует прерывания, центральный процессор использует вектор прерывания при индексировании таблицы из 256 элементов, чтобы найти адрес программы обработки прерываний. Элементы таблицы представляют собой 8-байтные дескрипторы сегмента.
Таблица может начинаться в любом месте памяти. Глобальный регистр указывает на ее начало. При наличии только одного уровня прерываний у центрального процессора нет возможности сделать так, чтобы высокоприоритетное устройство прерывало работу среднеприоритетной программы обработки прерываний, пока этому мешает низкоприоритетное устройство. Для решения проблемы центральные процессоры 1пте1 обычно используют внешний контроллер прерываний (например, 8259А). При первом прерывании (например, с приоритетом п) работа процессора приостанавливается. Если после этого происходит еще одно прерывание с более высоким приоритетом, контроллер прерывания инициирует прерывание во второй раз.
Если же второе прерывание обладает более низким приоритетом, оно не инициируется до окончания первого. Чтобы эта система работала, контроллер прерываний должен каким-либо образом узнавать о завершении текущей программы обработки прерываний. Поэтому когда полностью завершается обработка текущего прерывания, центральный процессор должен посылать контроллеру прерываний специальную команду. Ханойская башня Теперь, когда мы изучили уровень архитектуры набора команд трех машин, нам нужно все обобщить. Давайте подробно рассмотрим все тот же пример решения задачи «Ханойская башня»). В листинге 5.6 приведена версия этой программы на языке )ауа.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
