80.Архитектура компьютерной системы. Подключение устройств к магистрали. Иерархия магистралей.

Структурная организация компьютерных систем Дж. фон Неймана:

• Устройство оперативной памяти для хранения данных и программ

• Центральное процессорное управление (ЦПУ)

  • Арифметическое и логическое устройство

  • Устройство управления выполнением программы

• Оборудование ввода-вывода

• Связи между компонентами – магистраль (шина)

Магистраль:

• Средство соединения двух и более устройств в компьютерной системе

• Обычно имеется общая магистраль для всех устройств в компьютере

• Структура магистрали

  • Линии адреса

  • Линии данных

  • Линии управления

Подключение устройств к магистрали (шине):

Линии адреса:

• Определяют адреса источника и приёмника данных

• Ширина адресной магистрали определяет максимальный объём адресуемой памяти.

  • Типичные разрядности (битов): 16 (Intel 8080), 20 (Intel 8086), 32 (Intel 80386), 36 (Intel Pentium), 64 (Intel Itanium /Itanium 2)

Линии данных:

• Передаёт данные (на уровни магистрали не делается различий между «данными» и «инструкциями»)

• Ширина магистрали данных определяет производительность системы

  • Типичные разрядности (битов): 8 (Intel 8080), 16 (Intel 8086), 32 (Intel 80386), 64 (Intel Pentium)

Линии управления:

• Передаёт управляющие и синхронизирующие сигналы

  • Сигналы на чтение/запись памяти

  • Запросы на прерывание

  • Тактовые импульсы (синхронизирующие сигналы)

Иерархия магистралей в компьютерных системах:

81.Прерывания в компьютерной системе. Внешние (асинхронные, аппаратные) и внутренние прерывания. IRQ устройств. Векторная обработка прерываний в компьютере. Обработка прерываний в 80386. Обработка прерываний в многопроцессорных системах.

Прерывания – механизм, позволяющий скоординировать параллельное функционирование устройств вычислительной системы и реагировать на особые состояния, возникающие при работе процессора; принудительная передача управления от выполняемой программы к системе, которое происходит при возникновении определенного события

Главные функции механизма прерывания:

1)Распознавание и классификация прерываний;

2)Передача управления обработчику прерывания;

3)Корректное возвращение к прерванной программе.

Схема обработки прерывания в зависимости от его типа может быть разной, но характерно одно для всех:

Обработка прерываний:

Устройство генерирует прерывание по одной из линий контроллера прерываний;

Контроллер прерываний выставляет сигнал прерывания на линию процессора;

Процессор завершает выполнение текущей инструкции (команды) и происходит очистка конвейера;

Процессор проверяет наличие прерывания; обнаруживает его и посылает уведомляющий сигнал об успешном приеме; сигнал прерывания снимается с линии процессора;

Сохранение в стеке слова-состояния и адрес следующей инструкции (слово-состояние – это регистр флагов);

Запрос процессором у контроллера IRQ (запрос на прерывание); контроллер транслирует IRQ в номер прерывания, используемый как индекс в структуре; это структура называется таблицей диспетчеризации прерываний (IDT); Затем процессор передает управление к соответствующей процедуре.

Выполнение операционной системой процедуры начинается с сохранения контекста процесса (потока);

Код обработки прерывания;

Восстановление контекста процесса (потока);

Восстановление слова-состояния программ из стека и содержимого счетчика команд;

1 – 6, 10 - пункты выполняются аппаратно;

все остальные выполняются операционной системой

Аппаратные прерывания – их источником является сигнал на входе процессора.

Программные прерывания – в процессоре Pentium они происходят при выполнении инструкции INT с однобайтовым аргументом, в котором указывается вектор прерывания. Программные прерывания обрабатываются после выполнения соответствующей инструкции INT, а возврат происходит в следующую инструкцию.

Концепция прерывания. Какие дисциплины обслуживания прерываний вам известны?

Дисциплины обслуживания:

- с относительными приоритетами, т.е. обслуживание не прерывается даже при наличии запросов с более высокими приоритетами. После окончания обслуживания данного запроса обслуживается процесс с наивысшим приоритетом. Для организации такой дисциплины необходимо в программе обслуживания данного запроса наложить маски на все остальные сигналы прерывания или просто отключить систему прерываний;

- с абсолютными приоритетами, т.е. всегда обслуживается прерывание с наивысшим приоритетом. Для реализации этого режима необходимо на время обработки прерывания замаскировать все запросы с более низким приоритетом. При этом возможно многоуровневое прерывание, т.е прерывание программ обработки прерываний. Число уровней прерывания в этом режиме изменяется и зависит от приоритета запроса;

- по принципу стека (по дисциплине LCFS, last come – first served), т.е. запросы с более низким приоритетом могут прерывать обработку прерывания с более высоким приоритетом. Для этого необходимо не накладывать маски ни на один сигнал прерывания и не выключать систему прерываний.

82.Менеджер (супервизор) прерываний в операционной системе. Обработка прерываний в операционной системе. Понятие IRQL и DRQL в Windows NT. Назначение DRQL устройствам на однопроцессорной и многопроцессорной конфигурациях.

Супервизор – специальный системный программный модуль, в который объединены первые секции подпрограмм обработки прерываний.

Супервизор прерываний, прежде всего, сохраняет в дескрипторе текущей задачи рабочие регистры процессора, определяющие контекст прерываемого вычислительного процесса. Далее он определяет ту подпрограмму, которая должна выполнить действия, связанные с обслуживанием настоящего (текущего) запроса на прерывание. Наконец, перед тем как передать управление этой подпрограмме, супервизор прерываний устанавливает необходимый режим обработки прерывания. После выполнения подпрограммы обработки прерывания управление вновь передается супервизору, на этот раз уже на тот модуль, который занимается диспетчеризацией задач. И уже диспетчер задач, в свою очередь, в соответствии с принятым режимом распределения процессорного времени (между выполняющимися процессами) восстановит контекст той задачи, которой будет решено выделить процессор. Рассмотренная схема проиллюстрирована на рисунке.

Как видно из рисунка, здесь нет непосредственного возврата в прерванную программу прямо из самой подпрограммы обработки прерывания. Для прямого непосредственного возврата достаточно адрес возврата сохранить в стеке, что и делает аппаратура процессора. При этом стек легко обеспечивает возможность возврата в случае вложенных прерываний, поскольку он всегда реализует дисциплину LCFS (last come – first served).