При организации режима прерывания в микропроцессорных системахнепроизводительные потери времени микропроцессора в циклах ожидания резкосокращаются. Это позволяет строить гибкие системы прерывания с подключением большогоколичества устройств, работающих с различными скоростями. Рассмотрим принципы организации ввода-вывода в режиме прерывания. Привыполнении текущей программы могут возникать события, как внешние, так и внутренниепо отношению к микропроцессору, которые требуют немедленной реакции с его стороны.Эта реакция состоит в том, что при возникновении подобных событий микропроцессордолжен прервать обработку текущей программы и перейти к выполнению другой программыоднозначно связанной с данным событием. По завершению этой программы микропроцессордолжен вернуться к выполнению прерванной программы. Этот процесс называетсяпрерыванием программ. Каждое событие, требующее прерывание, должно сопровождаться сигналом,оповещающим микропроцессор о его возникновении. Этот сигнал называется запросомпрерывания (INT). Программы, затребованные запросами прерывания, называютсяпрерывающими программами, а программы, выполнявшиеся до появления запросовпрерывания, будем называть прерываемыми программами. Запросы на прерывание могут возникать как внутри микропроцессора, так и от ПУ. Кпервым относятся, например, запросы при возникновении таких событий, как переполнениеразрядной сетки, попытка деления на 0, сигнал от систем автоматического контроля и т.д.Запросы прерывания возникают по мере необходимости в обмене информации. Каждое ПУ может посылать в микропроцессор сигнал запроса прерывания INT, когдаоно готово к операциям ввода-вывода, который требует немедленной реакциимикропроцессора. Сигнал INT появляется в произвольные моменты времени, асинхронно поотношению к действиям микропроцессора, и управлять его появлением программа не может.Поэтому, заранее неизвестно, в какой точке программы, и какие ПУ инициируютпрерывания. Следовательно, непосредственное использование команд ввода-выводапредставляется невозможным, а для этого необходимо микропроцессору придатьдополнительные аппаратные и программные средства, совокупность которых получиланазвание системы прерывания. Основное назначение системы прерывания - это автоматическое прерываниепрограмм с целью увеличения его скоростью переключения. Основные функции системы прерывания: 1) приостановка и сохранение состояния прерываемой программы; 2) идентификация прерывающего устройства и организация перехода кпрерывающей программе. 3) восстановление состояния прерванной программы и возврат к ней; 4) программное изменение приоритетов запросов. Программа обслуживания прерывания (прерывающая программа) непосредственновыполняется в микропроцессоре и разрабатывается системным программистом для каждогоконкретного ПУ. Подпрограмме обслуживания потребуются внутренние регистры микропроцессора:аккумулятор, программный счетчик, некоторые РОН, содержимое которых могут бытьмодифицированы. С другой стороны прерываемая программа должна быть возобновлена сточки прерывания, т.е. должны восстановиться программный счетчик и все внутренниерегистры микропроцессора. Кроме как увеличения времени выполнения, факт обслуживанияпрерывания не должен влиять на прерываемую программу. Для сохранения содержимого внутренних регистров микропроцессора удобноиспользовать в качестве такого временного хранилища стек. Практически в каждом микропроцессоре реализована особая структура системыпрерываний, а программируемые БИС управления прерываниями еще более увеличиваютчисло разновидностей этой структуры. Однако общая последовательность реакции различных микропроцессоров на сигналпрерывания примерно одинакова и содержит следующие действия: - ПУ генерирует сигнал прерывания, который подается на вход прерываниямикропроцессора (INT); на этой линии по схеме ИЛИ объединяются запросы всех ПУ,работающих в режиме прерывания; - микропроцессор завершает текущую команду и, если прерывания разрешены (незамаскированы), формируют сигнал INTA (INT ACK) подтверждения прерывания; дополучения этого сигнала ПУ сохраняет активный уровень сигнала INT; - осуществляется запоминание содержимого программного счетчика и некоторыхРОН в стеке; - микропроцессор идентифицирует прерывающее ПУ для перехода ксоответствующей подпрограмме обслуживания; - выполняется короткая (30-50 байт) подпрограмма обслуживания прерывания, вкоторой запрограммированы действия по передаче данных, модификации указателей,проверке окончания операций ВВ и др.; - восстанавливается состояние прерванной программы, для чего запомненноесодержимое регистров извлекаются из стека; - возобновляется выполнение прерываемой программы; это действие инициируетсякомандой возврата из прерывания RTI, являющейся последней командой подпрограммыобслуживания прерывания. Процессы запоминания содержимого внутренних регистров после восприятия сигналапрерывания называются контекстным переключением микропроцессора. Скорость контекстного переключения оказывает заметное влияние напроизводительность ЭВМ, особенно в условиях интенсивных прерываний. Поэтому вомногих микропроцессорах предусматриваются средства ускорения контекстногопереключения. Например, команды, которые загружают в стек и извлекают из стека содержимое группы регистров. Из общей последовательности событий при прерыванияхвидно, что они похожи на действия при вызове подпрограммы. Однако вызов подпрограммызапрограммирован и полностью предсказуем, а переход к обслуживанию прерыванияинициируется внешним сигналом, момент появления которого предсказать невозможно. Темне менее, реакцию микропроцессора на сигнал прерывания, позволяет считать прерываниеаппаратным вызовом подпрограммы.
