Прерывания

Подсистема прерываний — совокупность аппаратных и программных средств, обеспечивающих реакцию программы на события, происходящие вне программы. Такие события возникают, как правило, случайно и асинхронно по отношению к программе и требуют прекращения (чаще временного) выполнения текущей программы и переход на выполнение другой программы (подпрограммы), соответствующей возникшему событию.

Различают внутренние и внешние (по отношению к процессору) события, требующие реакции подсистемы прерываний. К внутренним событиям относятся переполнение разрядной сетки при выполнении арифметических операций, попытка деления на 0, извлечение корня четной степени из отрицательного числа, появление несуществующего кода команды, обращение программы в область памяти, для нее не предназначенную, сбой при выполнении передачи данных или операции в АЛУ и многое другое. Внутренние прерывания должны обеспечиваться развитой системой аппаратного контроля процессора, поэтому они не получили широкого распространения в простых 8 - и 16-разрядных МП.

Внешние прерывания могут возникать во внешней по отношению к процессору среде и отмечать как аварийные ситуации (кончилась бумага на принтере, температура в реакторе превысила допустимый уровень, исполнительный орган робота дошел до предельного положения и т. п.), так и нормальные рабочие события, которые происходят в случайные моменты времени (нажата клавиша, исчерпан буфер принтера или ВЗУ и т. п.). Во всех этих случаях требуется прервать выполнение текущей программы и перейти на выполнение другой программы (подпрограммы), обслуживающей данное событие.

(Страница168)

С точки зрения реализации внутренние и внешние прерывания функционируют одинаковым образом, хотя при работе подсистемы с внешними прерываниями возникают дополнительные проблемы идентификации источника прерывания. Поэтому ниже остановимся на рассмотрении внешних прерываний.

Анализ состояния внешней среды можно осуществлять путем программного сканирования — считывания через определенные промежутки времени слов состояния всех возможных источников прерываний, выделения признаков отслеживаемых событий и переход (при необходимости) на прерывающую подпрограмму (часто ее называют обработчиком прерывания).

Однако такой способ не обеспечивает для большинства применений приемлемого времени реакции системы на события, особенно при необходимости отслеживания большого числа событий. К тому же при коротком цикле сканирования большой процент процессорного времени тратится на проверку (чаще безрезультатную) состояния внешней среды.

Гораздо эффективней организовать взаимодействие с внешней средой таким образом, чтобы всякое изменение состояния среды, требующее реакции МПС, вызывало появление на специальном входе МП сигнала прерывания текущей программы. Организация прерываний должна быть обеспечена определенными аппаратными и программными средствами, которые мы и называем подсистемой прерываний.

Подсистема прерываний должна обеспечивать выполнение следующих функций:

□ обнаружение изменения состояния внешней среды (запрос на прерывание);

□ идентификация источника прерывания;

□ разрешение конфликтной ситуации в случае одновременного возникновения нескольких запросов (приоритет запросов);

□ определение возможности прерывания текущей программы (приоритет программ);

□ фиксация состояния прерываемой (текущей) программы;

□ переход к программе, соответствующей обслуживаемому прерыванию;

□ возврат к прерванной программе после окончания работы прерывающей программы.

Рассмотрим варианты реализации в МПС перечисленных выше функций.