Контроллер прерываний

Контроллер прерываний — микросхема или встроенный блок процессора, отвечающий за возможность последовательной обработки запросов на прерывание от разных устройств. Английское название — Programmable Interrupt Controller (PIC).

Как правило представляет собой электронное устройство, иногда выполненное как часть самого процессора или же сложных микросхем его обрамления, входы которого присоединены электрически к соответствующим выходам различных устройств. Номер входа контроллера прерываний обозначается «IRQ». Следует отличать этот номер от приоритета прерывания, а также от номера входа в таблицу векторов прерываний (INT). Так, например, в IBM PC в реальном режиме работы (в этом режиме работает MS-DOS) процессора прерывание от стандартной клавиатуры использует IRQ 1 и INT 9.

В первоначальной платформе IBM PC используется очень простая схема прерываний. Контроллер прерываний представляет из себя простой счётчик, который либо последовательно перебирает сигналы разных устройств, либо сбрасывается на начало при нахождении нового прерывания. В первом случае устройства имеют равный приоритет, во втором устройства с меньшим (или большим при обратном счёте) обладают большим приоритетом.

В процессоре Pentium был добавлен расширенный контроллер прерываний (APIC). Он состоит из модуля, встроенного в сам процессор (в случае многоядерной системы — в каждое ядро), называемого локальный контроллер прерываний (local APIC), и центрального модуля, выполненного в одном экземпляре даже на многоядерном оборудовании, обычно как часть микросхем обрамления процессора (IO APIC).

Проводники IRQ от устройств подсоединены к IO APIC. Для общения local APIС и IO APIC, а также local APIC различных ядер друг с другом, используется передняя (frontside) шина многопроцессорной системы, также используемая для соединения процессоров и контроллера памяти. Варианты использования передней шины для общения APIC между собой — отдельные проводники, или же специальные типы транзакций — менялись от поколения к поколению процессоров Pentium и Core.

APIC использовался в многоядерных/многопроцессорных системах, начиная с Intel Pentium (ядро P54). Начиная с этого процессора, каждый следующий снабжался интегрированным Local APIC-ом.

Преимущества расширенного контроллера прерываний:

• возможность реализации межпроцессорных прерываний — сигналов от одного процессора другому

поддержка до 256 входов IRQ, в отличие от 16 на классической IBM PC

• крайне быстрый доступ к регистрам текущего приоритета прерывания и подтверждения прерывания. Контроллер прерываний, совместимый с IBM PC, исполнялся как устройство шины ISA с очень медленным доступам к его регистрам (порт 0x20).

• APIC поддерживался в ОС Windows, начиная с Windows NT 4.0.

В настоящий момент наблюдается тенденция к отказу от IO APIC, как и проводников IRQ, и переходу на Message Signaled Interrupts.

Математический сопроцессор

Математический сопроцессор - это специальный модуль для выполнения операций с плавающей запятой, который работает в содружестве с центральным процессором. Математический сопроцессор не является обязательным элементом персонального компьютера. От него, в принципе, можно отказаться.

Математический сопроцессор предназначен для расширения вычислительных возможностей центрального процессора — выполнения арифметических, тригонометрических, экспоненциальных и логарифмических операций. Сопроцессор поддерживает семь типов данных: 16-, 32-, 64-битные целые числа; 32-, 64-, 80-битные числа с плавающей точкой и 18-разрядные числа в двоично-десятичном формате. Формат чисел с плавающей точкой соответствует стандарту IEEE 754. Применение сопроцессора повышает производительность вычислений в сотни раз. С программной точки зрения сопроцессор и процессор выглядят как единое целое. Физически сопроцессор может быть отдельной микросхемой (387-й), подключаемой к локальной шине основного процессора, или располагаться прямо на кристалле центрального процессора (486+). В любом случае сопроцессор исполняет только свои специфические команды, а всю работу по декодированию инструкций и доставке данных осуществляет CPU. Сопроцессор может выполнять вычисления параллельно с работой центрального процессора, не обращая внимание и на переключение задач в защищенном режиме. Синхронизация автоматически обеспечивает ожидание окончания выполнения предыдущей инструкции сопроцессора перед началом выполнения новой (кроме инструкции инициализации, немедленно прерывающей работу сопроцессора) — применения отдельной инструкции WAIT перед каждой командой не требуется (как и в 80287).

Сопроцессор может работать в реальном и защищенном режиме и переключать режим разрядности 16/32. Эти режимы влияют только на формат отображения регистров сопроцессора в оперативной памяти, форматы используемых внутренних регистров не изменяются. После аппаратного сброса сопроцессор устанавливается в реальный режим, в котором он программно совместим (обратно) с 8087 и 80287. В защищенный режим сопроцессор переключается по инструкции FSETPM, из которого может вернуться в реальный по инструкции FRSTPM. Перевод в защищенный режим изменяет форматы административных инструкций FLDENV, FSTENV, FRSTOR и FSAVE. Эти инструкции обычно используются только обработчиками исключений, так что на прикладном уровне сопроцессор 32-разрядного процессора (для краткости будем обозначать его как 387+) в любых режимах обратно совместим с 8087 и 80287.