Презентация № 8 Последовательность обработки прерываний

Лекция 8. Последовательность обработки прерываний (на примере выполнения операций ввода/вывода)

090201 Компьютерные сети и комплексы

ОП.07 Операционные системы и среды

Часть 1

Аппаратные средства прерываний

Порядок возникновения прерываний

• Зачем шина устройствам ввода-вывода?
• Зачем нужно устройствам прерывания?

Порядок возникновения прерываний

• Зачем шина устройствам ввода-вывода? (Ответ: Для связи между устройствами и контроллером используются линии прерываний на шине).

• Зачем нужно устройствам прерывание? (Ответ: чтобы процессор знал о состоянии готовности устройства).

ШАГ № 1

• При возникновении сигнала (для аппаратных прерываний) или условия (для внутренних прерываний) прерывания происходит первичное аппаратное распознавание типа прерывания.
• Если прерывание данного типа в настоящий момент запрещены (приоритетной схемой или механизмом маскирования), то процессор продолжает поддерживать естественный ход выполнения команд.
• В противном случае в зависимости от поступившей в процессор информации (уровень прерывания, вектор прерывания или тип условия внутреннего прерывания) происходит автоматический вызов процедуры обработки прерывания, адрес которой находится в специальной таблицы операционной системы, размещаемой либо в регистрах процессора, либо в определенном месте оперативной памяти.

ШАГ № 2

• Автоматически сохраняется некоторая часть контекста прерванного потока, которая позволит ядру возобновить исполнение потока процесса после обработки прерывания.
• В это подмножество обычно включаются значения счетчика команд, слова состояния машины, хранящего признаки основных режимов работы процессора (пример такого слова – регистр FL), а также нескольких регистров общего назначения, которые требуются программе обработки прерывания.
• Может быть сохранен и полный контекста процесса, если ОС обслуживает данное прерывание со сменой процесса. Однако в общем случае это не обязательно, часто обработка прерываний выполняется без вытеснения текущего процесса.

Задание № 1

• Впишите слово:
• Система прерываний позволяет ОС реагировать на внешние события, происходящие асинхронно вычислительному процессу: сигналы ____________ устройства ввода-вывода, аварийные сигналы аппаратуры вычислительной системы и т.п.

Часть 2

Программные средства прерываний

Точное прерывание

• Что такое счетчик команд?
• Что такое программа?

Точное прерывание

• Что такое счетчик команд?

(Ответ: Счетчик команд - это один из наиболее важных регистров микропроцессора).

2. Что такое программа?

(Ответ: Программа – это последовательность команд, которые хранятся в памяти компьютера и должно поступать в микропроцессор в строго определенном порядке).

ШАГ № 3

• Одновременно с загрузкой адреса процедуры обработки прерываний в счетчик команд может автоматически выполняться загрузка нового значения слова состояния машины (или другой системной структуры, например селектора кодового сегмента в процессоре Pentium), которое определяет режимы работы процессора при обработке прерывания, в том числе работу в привилегированном режиме.
• В некоторых моделях процессоров переход в привилегированный режим за счет смены состояния машины при обработке прерывания является единственным способом смены режима. Прерывания практически во всех мультипрограммных ОС обрабатываются в привилегированном режиме модулями ядра, так как при этом обычно нужно выполнять ряд критических операций, от которых зависит жизнеспособность системы, - управлять внешними устройствами, перепланировать потоки и т.п.

ШАГ № 4

• Временно запрещаются прерывания данного типа, чтобы не образовывались очередь вложенных друг в друга потоков одной и той же процедуры. Детали выполнения этой операции зависят от особенностей аппаратной платформы, например может использоваться механизм маскирования прерываний. Многие процессоры автоматически устанавливают признак запрета прерываний в начале цикла обработки прерывания, в противном случае это делает программа обработки прерываний.

ШАГ № 5

• После того как прерывание обработано ядром операционной системы, прерванный контекст восстанавливается и работа потока возобновляется прерванного места. Часть контекста восстанавливается аппаратно по команде возврата из прерываний (например, адрес следующей команды и слово состояние машины), а часть - программным способом, с помощью явных команд извлечения данных из стека. При возврате из прерывания блокировка повторных прерываний данного типа снимается.

Задание № 2

• ____________ – это последовательность команд, которые хранятся в памяти компьютера и должно поступать в микропроцессор в строго определенном порядке.

Спасибо за внимание !!!