Множественные прерывания…

До сих пор нами рассматривался случай возникновения одного прерывания. Представим себе ситуацию, когда может произойти несколько прерываний. Например, программа получает данные по коммуникационной линии и сразу же распечатывает результат. Принтер будет генерировать прерывание при каждом завершении операции печати, а контроллер коммуникационной линии — при каждом поступлении новой порции данных. Эта порция может состоять из одного символа или из целого блока, в зависимости от установленного порядка обслуживания. В любом случае возможна ситуация, когда коммуникационное прерывание произойдет во время обработки прерывания принтера.

В такой ситуации возможны два подхода.

Первый — это запретить новые прерывания до тех пор, пока обрабатывается предыдущее. Запрет прерываний означает, что процессор может и должен игнорировать любой новый сигнал прерывания. Если в это время происходит прерывание, оно обычно остается в состоянии ожидания, и до него дойдет очередь, когда процессору вновь будет можно обрабатывать прерывания. Таким образом, если во время работы программы пользователя происходит прерывание, на другие прерывания тут же накладывается запрет. После завершения работы программы обработки прерывания запрет снимается, и перед возвратом к исполнению прерванной программы процессор проверяет наличие других прерываний. Это удачный и простой подход, при котором прерывания обрабатываются в строго последовательном порядке.

Недостатки: Однако недостатком такого подхода является то, что он не учитывает приоритет прерываний и те ситуации, в которых время является критическим параметром. Например, когда по коммуникационной линии приходит какая-то информация, может понадобиться быстро ее принять, чтобы освободить место для других входных данных. Если не обработать первый пакет входных данных перед получением второго пакета, данные могут потеряться вследствие загруженности и переполнения буфера устройства ввода-вывода.

При втором подходе учитывается приоритет прерывания, что позволяет приостановить обработку прерывания с более низким приоритетом в пользу прерывания с более высоким приоритетом.

4.Иерархия запоминающих устройств. Кэш памяти.

Запоминающие устройства делятся на: КЕШ, ОЗУ (оперативно запоминающее устройство) и ПЗУ.

1)Чем меньше время доступа, тем дороже каждый бит.

2)Чем выше емкость, тем ниже стоимость бита.

3)Чем выше емкость, тем больше время доступа.

- это иерархическая пирамида…

При спуске к ее основанию происходит следующее:

1)Снижается стоимость бита.

2)Возрастает емкость.

3)Возрастает время доступа.

4)Снижается частота обращений процессора к памяти.

5. Технологии ввода-вывода.

Возможны три метода выполнения операций ввода-вывода:

программируемый ввод-вывод;

ввод-вывод с использованием прерываний;

прямой доступ к памяти (direct memory access — DMA)

Программируемый ввод\вывод…

Когда процессору при выполнении программы встречается команда, связанная с вводом-выводом, он выполняет ее, передавая соответствующие команды контроллеру ввода-вывода. При программируемом вводе-выводе это устройство выполняет требуемое действие, а затем устанавливает соответствующие биты в регистрах состояния ввода-вывода. Контроллер ввода-вывода больше не посылает процессору никаких сигналов, в том числе и сигналов прерываний. Таким образом, ответственность за периодическую поверку состояния модуля ввода-вывода несет процессор; он должен производить проверку до тех пор, пока операция ввода-вывода не завершится. При использовании такого метода процессор отвечает за извлечение из основной памяти данных, предназначенных для вывода, и размещение в ней данных, поступивших с устройств ввода. Программное обеспечение для ввода-вывода разрабатывается таким образом, что процессор непосредственно управляет операциями ввода-вывода, включая опознание состояния устройства, пересылку команд чтения-записи и передачу данных. Таким образом, в набор используемых команд входят команды ввода-вывода, принадлежащие следующим категориям.

1)Управление. Команды этой категории используются для того, чтобы привести внешнее устройство в действие и сообщить ему, что нужно делать. Например, блоку с магнитной лентой можно отдать команду перемотки или перемещения вперед на одну запись.

2)Состояние. Используется для проверки состояния контроллера ввода-вывода и соответствующих периферийных устройств.

3) Передача. Используется для чтения и/или записи данных в регистры процессора и внешние устройства и из регистров процессора и внешних устройств.

Ввод\вывод с использованием прерываний…

Проблема программируемого ввода-вывода состоит в том, что процессор должен долго ждать, пока контроллер ввода-вывода будет готов читать или принимать новые данные. Во время ожидания процессор должен постоянно производить опрос, чтобы узнать состояние модуля ввода-вывода. В результате значительно падает производительность всей системы. При альтернативном подходе процессор может передать контроллеру команду ввода-вывода, а затем перейти к выполнению другой полезной работы. Затем, когда контроллер ввода-вывода снова будет готов обмениваться данными с процессором, он прервет процессор и потребует, чтобы его обслужили. Процессор передает ему новые данные, а затем возобновляет прерванную работу.

При альтернативном подходе процессор может передать контроллеру команду ввода-вывода, а затем перейти к выполнению другой полезной работы. Затем, когда контроллер ввода-вывода снова будет готов обмениваться данными с процессором, он прервет процессор и потребует, чтобы его обслужили. Процессор передает ему новые данные, а затем возобновляет прерванную работу.

Рассмотрим для начала, как все это выглядит с точки зрения контроллера ввода-вывода. Сначала он получает от процессора команду READ и переходит к считыванию данных из связанного с ним периферийного устройства. Как только эти данные поступят в регистры контроллера, он посылает процессору по шине управления сигнал прерывания и ожидает, когда процессор запросит эти данные. При поступлении запроса контроллер передает данные по информационной шине и переходит в состояние готовности для новых операций ввода-вывода.

С точки зрения процессора передача входных данных выглядит следующим образом. Процессор генерирует команду READ, а затем сохраняет содержимое программного счетчика и других регистров, соответствующих выполняемой программе, и переходит к выполнению других операций (например, он в одно и то же время может выполнять несколько различных программ). В конце каждого цикла команды процессор проверяет наличие прерываний (см. рис. 1.7). При поступлении прерывания от контроллера ввода-вывода процессор сохраняет информацию о выполняющейся в данный момент задаче и выполняет программу, обрабатывающую прерывания. При этом он считывает слова из контроллера ввода-вывода и заносит их в память. Затем он восстанавливает контекст программы, от которой поступила команда ввода-вывода и продолжает работу. Использование для чтения блока данных ввода-вывода, управляемого прерываниями, показано на рис. 1.19,6. Ввод-вывод с прерываниями намного эффективнее, чем программируемый ввод-вывод, так как при нем исключается ненужное ожидание. Однако этот процесс все еще потребляет много процессорного времени, потому что каждое слово, которое передается из памяти в модуль ввода-вывода или в обратном направлении, должно пройти через процессор.

Почти в каждой компьютерной системе есть несколько контроллеров ввода-вывода, поэтому нужны механизмы, позволяющие процессору определить, какое из устройств вызвало прерывание, а если прерывание одно, то решить, какое из них будет обрабатываться в первую очередь. В некоторых системах имеется несколько шин прерываний, так что каждый контроллер ввода-вывода посылает сигнал по своей шине, причем у каждой шины — свой приоритет. Есть и другой вариант, когда прерывающая шина всего одна, но тогда используются дополнительные шины, по которым передаются адреса устройств. В этом случае каждому устройству также присваиваются разные приоритеты.