Подсистема прерываний

В модели учебной ЭВМ предусмотрен механизм векторных внешних прерываний. Внешние устройства формируют запросы на прерывания, которые поступают на входы контроллера прерываний. При подключении ВУ, способного формировать запрос на прерывание, ему ставится в соответствие номер входа контроллера прерываний — вектор прерывания, принимающий значение в диапазоне 0 — 9.

Контроллер передает вектор, соответствующий запросу, процессору, который начинает процедуру обслуживания прерывания.

Каждому из возможных в системе прерываний должен соответствовать т. н. обработчик прерывания — подпрограмма, вызываемая при возникновении события конкретного прерывания.

Механизм прерываний, реализованный в модели учебной ЭВМ, поддерживает таблицу векторов прерываний, которая создается в оперативной памяти моделью операционной системы (если она используется) или непосредственно пользователем.

Номер строки таблицы соответствует вектору прерывания, а элемент таблицы — ячейка памяти, в трех младших разрядах которой размещается начальный адрес подпрограммы, обслуживающей прерывание с этим вектором.

Таблица прерываний в рассматриваемой модели жестко фиксирована — она занимает ячейки памяти с адресами 100 — 109. Таким образом, адрес обработчика с вектором 0 должен располагаться в ячейке 100, с вектором 2 — в ячейке 102. При работе с прерываниями не рекомендуется использовать ячейки 1 00 — 109 для других целей.

(Страница257)

Процессор начинает обработку прерывания (если они разрешены), завершив текущую команду. При этом он:

1. Получает от контроллера вектор прерывания.

2. Формирует и помещает в верхушку стека слово, три младших разряда ([3: 5]) которого — текущее значение PC (адрес возврата из прерывания), а разряды [1: 2] сохраняют десятичный эквивалент шестнадцатеричной цифры, определяющей значение вектора флагов (I, OV, S, Z). Например, если 1=1, OV=0, S=1, Z=1, то в разряды [1: 2] запишется число 11₁₀=1011₂.

3. Сбрасывает в 0 флаг разрешения прерывания I.

4. Извлекает из таблицы векторов прерываний адрес обработчика, соответствующий обслуживаемому вектору, и помещает его в PC, осуществляя тем самым переход на подпрограмму обработчика прерывания.

Таким образом, вызов обработчика прерывания, в отличие от вызова подпрограммы, связан с помещением в стек не только адреса возврата, но и текущего значения вектора флагов. Поэтому последней командой подпрограммы обработчика должна быть команда iret, которая не только возвращает в PC три младшие разряда ячейки — верхушки стека (как ret), но и восстанавливает те значения флагов, которые были в момент перехода на обработчик прерывания.

Не всякое событие, которое может вызвать прерывание, приводит к прерыванию текущей программы. В состав процессора входит программно-доступный флаг I разрешения прерывания. При I=0 процессор не реагирует на запросы прерываний. После сброса процессора флаг I так же сброшен и все прерывания запрещены. Для того чтобы разрешить прерывания, следует в программе выполнить команду ei (от англ. enable interrupt).

Выше отмечалось, что при переходе на обработчик прерывания флаг I автоматически сбрасывается, в этом случае прервать обслуживание одного прерывания другим прерыванием нельзя. По команде iret значение флагов восстанавливается, в т. ч. вновь устанавливается I=1, следовательно, в основной программе прерывания опять разрешены.

Если требуется разрешить другие прерывания в обработчике прерывания, достаточно в нем выполнить команду EI. Контроллер прерываний и процессор на аппаратном уровне блокируют попытки запустить прерывание, если его обработчик начал, но не завершил работу.

Таким образом, флаг I разрешает или запрещает все прерывания системы. Если требуется выборочно разрешить некоторое подмножество прерываний, используются программно-доступные флаги разрешения прерываний непосредственно на внешних устройствах.

Как правило, каждое внешнее устройство, которое может вызвать прерывание, содержит в составе своих регистров разряд флага разрешения прерывания (см. формат регистров CR и CTR на рис. 8.9, 8.13), по умолчанию установленный в 0. Если оставить этот флаг в нуле, то внешнему устройству, запрещается формировать запрос контроллеру прерываний. Иногда бывает удобно (например, в режиме отладки) иметь возможность вызвать обработчик прерывания непосредственно из программы. Если использовать для этих целей команду call, которая помещает в стек только адрес возврата, то команда iret, размещенная последней в обработчике, может исказить значения флагов (все они будут сброшены в 0, т. к. команда call формирует только три младшие разряда ячейки верхушки стека, оставляя остальные разряды в 000).

Поэтому в системах команд многих ЭВМ, в т. ч. и нашей модели, имеются команды вызова прерываний - INT n (в нашей модели n {0, 1,..., 9}), где n-вектор прерывания. Процессор, выполняя команду INT n, производит те же действия, что и при обработке прерывания с вектором n. Характерно, что с помощью команды INT n можно вызвать обработчик прерывания даже в том случае, когда флаг разрешения прерывания I сброшен.