Презентация № 7 Программные и аппаратные прерывания. Механизм прерываний.

Лекция 7. Понятие и классы прерываний. Механизм прерываний. Программные прерывания.

090201 Компьютерные сети и комплексы

ОП.07 Операционные системы и среды

Часть 1

Понятия и классы Прерываний

Пример реализация PIC

• Что такое CPU?
• Какие бывают прерывания?

Понятие темы: «Прерывание»

• PIC (Programmable Interrupt Controller — программируемый контроллер прерываний) — это специальное устройство, которое обеспечивает сигнализацию о прерываниях процессору.
• Прерывание — это сигнал, сообщающий процессору о наступлении какого-либо события.

Асинхронные прерывания

• Все операции ввода-вывода требуют продолжительного времени на свое выполнение, поэтому выполняются в асинхронном режиме.
• Т.е. после выполнения инструкции, вызывающей ввод-вывод, процессор не ждет его завершения, а переключается на выполнение других инструкций.
• Когда ввод-вывод завершается, устройство сигнализирует об этом посредством прерывания. Такое прерывание называется аппаратным (внешние) или же асинхронным.

Синхронные прерывания

• Внутренние прерывания, называемые также исключениями, происходят синхронно выполнению программы при появлении аварийной ситуации в ходе исполнения некоторой инструкции программы (например, деление на ноль, ошибки защиты памяти и т.д.). Исключения (Exceptions):
• Внутренние прерывания, называемые также исключениями, происходят синхронно выполнению программы при появлении аварийной ситуации в ходе исполнения некоторой инструкции программы (например, деление на ноль, ошибки защиты памяти и т.д.).
• Исключения (Exceptions):

• отказы (faults) — предполагают возможность восстановления, ловушки (traps) — сигналы, которые посылаются после выполнения команды и используются для остановки работы процессора (например, при отладке) cбои (aborts) — не предполагают восстановления
• отказы (faults) — предполагают возможность восстановления, ловушки (traps) — сигналы, которые посылаются после выполнения команды и используются для остановки работы процессора (например, при отладке) cбои (aborts) — не предполагают восстановления
• отказы (faults) — предполагают возможность восстановления,
• ловушки (traps) — сигналы, которые посылаются после выполнения команды и используются для остановки работы процессора (например, при отладке)
• cбои (aborts) — не предполагают восстановления

Программные прерывания

• Программные прерывания, происходящие по команде INT, имитируют прерывания, т.е. переход на новую последовательность инструкций.
• Программное прерывание может вызвать любую из 256 процедур обработки прерываний, указанных в таблице прерываний.
• Программные прерывания в процессоре Pentium происходят при выполнении инструкции INT с однобайтовым аргументом, в котором указывается вектор прерывания.
• Общая длина инструкции INT – два байта, исключение составляет инструкция INT 3, которая целиком помещается в один байт – это удобно при отладке программ, когда инструкция INT заменяет первый байт любой команды, вызывая переход на процедуру отладки.
• Программные прерывания подобно ловушкам обрабатываются после выполнения соответствующей инструкции INT, а возврат происходит в следующую инструкцию.

Дайте определение …

• Прерывание – это
• ---------------------------------------------------------------------------------------------------------

Вставьте пропущенные слова

• Когда ввод-вывод завершается, устройство сигнализирует об этом посредством прерывания. Такое прерывание называется ___________ (жестким) или же асинхронным.

Часть 2

Механизм прерываний

Общая схема системы обработки прерываний

• Что такое обработчик прерываний?
• Что такое PIC?

Механизм прерываний

• Механизм прерываний поддерживается аппаратными средствами компьютера и программными средствами операционной системы.
• Существуют два основных способа, с помощью которых шины выполняют прерывания: векторный (vectored) и опрашиваемый (polled).
• В случае векторных прерываний в процессор передается также информация о начальном адресе программы обработки возникшего прерывания – обработчика прерываний.

Механизм прерываний (продолжение)

• Векторные прерывания, им назначается вектор прерываний, представляющий собой электрический сигнал выставленный на нужную шину процессора и несущий в себе информацию об определенном, закрепленном за данным устройством номере, который идентифицирует собой соответствующий обработчик прерываний.
• ОС может предусматривать процедуру регистрации вектора обработки прерываний для определенного устройства, которая связывает некоторую подпрограмму обработки прерываний с определенным вектором.

Механизм прерываний (продолжение 2)

• При использовании опрашиваемых прерываний процессор получает от запросившего прерывания устройства только информацию об уровне приоритета прерывания.
• Механизм прерываний поддерживает приоритезацию ( относительную – выбирается запрос с наивысшим приоритетом и обслуживается до завершения, если приостанавливается процедура обработки прерываний – это приоритезацию с абсолютными приоритетами) и маскирование (обслуживание некоторого запроса все запросы с равным или более низким приоритетом маскируются, то есть не обслуживаются) прерываний.

Регистр процессора - IDT

• В архитектуре х86 предусмотрено 256 синхронных прерываний, из которых первые 32 — это зарезервированные исключения, остальные могут быть произвольно назначены ОС.
• Каждое прерывание имеет уникальный номер, который используется как смещение в таблице обработчиков прерываний.
• Эта таблица хранится в памяти компьютера и на ее начало указывает специальный регистр процессора - IDT (Interrupt Descriptor Table).

Обработчик прерываний

• При поступлении сигнала о прерывании его нужно обработать как можно быстрее, для того, чтобы дать возможность производить ввод-вывод другим устройствам.
• Поэтому процессор сразу переключается в режим обработки прерывания.
• По номеру прерывания процессор находит процедуру - обработчик в таблице IDT и передает ей управление.
• Обработчик прерывания, как правило, разбит на 2 части: верхнюю (top half) и нижнюю (bottom half).

Верхняя часть обработчика прерываний

• Верхняя часть выполняет только тот минимальный набор операций, который необходим, чтобы передать управление дальше. Этот набор включает:

• подтверждение прерывания (которое разрешает приход новых прерываний) точное определение устройства, от которого пришло прерывание инициализация процедуры обработки нижней части и постановка ее в очередь на исполнение
• подтверждение прерывания (которое разрешает приход новых прерываний)
• точное определение устройства, от которого пришло прерывание
• инициализация процедуры обработки нижней части и постановка ее в очередь на исполнение

Нижняя часть обработчика прерываний

• Процедура нижней части обработчика выполняет копирование данных из буфера устройства в память.

Вопросы: …

• Что такое обработчик прерываний?

• Контроллер прерываний Процедура-обработчик. Регистр процессора
• Контроллер прерываний
• Процедура-обработчик.
• Регистр процессора
• Что такое PIC? Контроллер прерываний. Процедура-обработчик Регистр процессора
• Контроллер прерываний.
• Процедура-обработчик
• Регистр процессора

Спасибо за внимание !!!