T Организация прерываний в ЭВМ

Во время выполнения процесса вычислений, внутри ЭВМ и в связанной с ней внешней среде (внешние устройства) могут возникать события, требующие немедленной реакции на них со стороны ЭВМ. Подобные события, требующее реакции сопровождается сигналом, называемым запросом прерывания. Реакция состоит в том, что ЭВМ прерывает обработку текущей программы и переходит к выполнению некоторой подпрограмме - подпрограмма обработки прерывания, специально предназначенной для данного события. По завершении указанной подпрограммы ЭВМ возвращается к выполнению прерванной программы. Возможность прерывания программ важное архитектурное свойство ЭВМ, позволяющее эффективно использовать производительность процессора при наличии нескольких протекающих параллельно во времени процессов, требующих в произвольные моменты времени управления и обслуживания со стороны процессора.

Формирование сигналов прерываний - запросов внешними устройствами на обслуживание происходит в контроллерах соответствующих внешних устройств. Прерывание программы по требованию внешнего устройства не должно оказывать на прерванную программу никакого влияния кроме увеличения времени ее выполнения за счет приостановки на время выполнения подпрограммы обработки прерывания. Особенность обмена с прерыванием программы позволяет организовать обмен данными с внешними устройствами в произвольные моменты времени, не зависящие от программы, выполняемой в ЭВМ.

t Ввод/вывод по прерываниям

Основным недостатком программно управляемого ввода/вывода являются простои процессора в ожидании, пока модуль ввода/вывода выполнит очередную операцию. Альтернативой может быть вариант, когда центральный процессор выдает команду ввода/вывода, а затем продолжает делать другую полезную работу. Когда внешнее устройство готово к обмену данными, оно через модуль ввода/вывода извещает об этом процессор с помощью запроса на прерывание.

При реализации ввода/вывода по прерываниям необходимо сначала определить, какой из модулей ввода/вывода и какое из подключенных к этому модулю внешних устройств выставили запрос. Вопрос идентификации устройства включает три основных метода:

множественные линии прерывания. Наиболее простой подход к решению проблемы определения источника запроса, хотя выделение слишком большого количества управляющих линий между центральным процессор и модулями ввода/вывода нерационально.

программная идентификация. Обнаружив запрос прерывания, центральный процессор переходит к общей программе обработки прерывания, задачей которой является опрос всех модулей ввода/вывода с целью определения источника запроса. Недостаток метода программной идентификации заключается в больших временных потерях.

векторное прерывание. Наиболее эффективную процедуру идентификации источника прерывания обеспечивают аппаратурные методы. В этом случае, получив подтверждение прерывания от процессора, выставившее запрос устройство выдает на шину данных специальное слово, называемое вектором прерывания. Слово содержит либо адрес модуля ввода/вывода, либо какой-нибудь другой уникальный идентификатор, который центральный процессор интерпретирует как указатель на соответствующую программу обработки прерывания. Такой подход устраняет необходимость в предварительных действиях с целью определения источника запроса прерывания. Реализуется он с помощью хранящейся в оперативной памяти таблицы векторов прерываний, где содержатся адреса программ обработки прерываний. Входом в таблицу служит вектор прерывания. Начальный адрес таблицы (база) обычно задается неявно, то есть под таблицу отводится вполне определенная область памяти.

Наиболее распространены два варианта векторной идентификации источника запроса прерывания:

цепочечный опрос. Для передачи запроса прерывания модули ввода/вывода совместно используют одну общую линию. Линия подтверждения прерывания последовательно проходит через все модули ввода/вывода. Когда центральный процессор обнаруживает запрос прерывания, он посылает сигнал по линии подтверждения прерывания. Этот сигнал движется через цепочку модулей, пока не достигнет того, который выставил запрос. Запросивший модуль реагирует путем выдачи на шину данных своего вектора прерывания.

арбитраж шины модули ввода/вывода, прежде чем выставить запрос на линии запроса прерывания, должен получить право на управление шиной. Таким образом, в каждый момент времени активизировать линию запроса прерывания может только один из модулей. Когда центральный процессор обнаруживает прерывание, он отвечает по линии подтверждения. После этого запросивший модуль помещает на шину данных свой вектор прерывания.

Перечисленные методы служат не только для идентификации запросившего модуля ввода/вывода, но и для назначения приоритетов, когда прерывание запрашивают несколько устройств. При множественных линиях запроса центральный процессор начинает с линии, имеющей наивысший приоритет. В варианте программной идентификации приоритет модулей определяется очередностью их проверки. Для цепочечного метода приоритет модулей определяется порядком их следования в цепочке.