1.5.2. Обмен по прерываниям.

Простота программно-управляемого ввода-вывода оборачивается "бездельем" МП, который почти все время находится в ожидании вво­да или вывода. Например, если на принтер выводится информация с быстродействием 1000 символов в секунду, то полезное время работы МП составит всего 0,1% и менее.

При недопустимости такой ситуации требуется обеспечить такой режим работы МП, когда он выполняет две независимые программы, одна из которых - программа управления обменом с ВУ (программно-управляемый обмен) - вызывается только тогда, когда ВУ необходимо выполнить какие-то действия (аварийные, допусковые ситуации и др.). Указанный режим реализуется с помощью механизма прерываний. Данный способ представляет собой расширение "демократии" взаимодействия между элементами в системе и, как следствие, требует дополнительных организационных затрат: аппаратных и программных.

Для организации обмена по прерываниям необходимо дополнительно ввести две шины управления: "Запрос прерывания" (ЗПР) – ВУ запрашивает обслуживания у МП, "Разрешение прерывания" (РПР) – МП подтверждает начало обслуживания (рис.21).

На МП возлагаются следующие функции:

• принять сигнал ЗПР;

• завершить выполнение текущей команды основной программы;

• запомнить в стеке (ОЗУ) адрес следующей для исполнения команды;

• передать управление подпрограмме обработки прерывания (обслуживания запроса ВУ);

• выдать сигнал РПР.

Так как МП не "знает", где в запоминающем устройстве расположена подпрограмма обработки прерывания, он передает управление не ей, а команде ЗУ, расположенной чаще всего по адресу 0 (или любой другой, обусловленной схемотехникой МП). На программиста возлагается задача расположить по этому адресу команду передачи управления подпрограмме обработки запроса ВУ (см. рис.22).

Для корректного использования такого способа ввода-вывода между фоновой программой и программой обмена существуют некоторые соглашения. Так как основная программа будет продолжена, подпрограмма обработки прерывания ВУ должна:

1. Запомнить в стеке состояние всех используемых регистров основной программы.

2. Выполнить обмен информацией между МП и ВУ, устранив причину запроса.

3. Восстановить из стека состояние используемых регистров основной программы.

4. Передать управление в основную программу (адрес возврата находится в стеке).

МП может иметь несколько входов "Запрос прерывания", часть из которых обычно программно "маскируется" (запрещается или разрешается), а часть – нет (для случаев аварийной ситуации на технологическом объекте, требующей безотлагательного вмешательства).

Случай нескольких ВУ.

Если предполагается, что несколько ВУ может работать в режиме прерывания, то возникают дополнительные проблемы:

• у МП не хватает входов "ЗПР";

• требуется несколько подпрограмм обслуживания прерывания с организацией механизма передачи им управления;

• необходимо определить, какое ВУ выдает сигнал "ЗПР";

• при одновременном запросе прерывания от нескольких ВУ нужно выяснить, какое ВУ обслужить в первую очередь.

Обычно эти проблемы решаются двумя путями.

1. На аппаратном уровне выделяется отдельный блок сопряжения, называемый блоком приоритетных прерываний (БПП), на который возлагаются следующие функции (см. рис.23):

• объединение всех выходов "Запрос прерывания" от ВУ в один для соединения с входом "Запрос прерывания" МП;

• маскирование несущественных в текущий момент "Запросов прерывания" от ВУ;

• ранжирование ВУ по приоритетам (при их одновременных запросах);

• передача МП информации о том, какой подпрограмме обслуживания передать управление для обработки запроса прерывания.