13.5 Метод виртуальной памяти.

Применяя методы непосредственного расширения памяти МПС, следует помнить, что быстродействующая память (ОЗУ, ПЗУ) не может наращиваться "безгранично" в основном из-за увеличения ее стоимости и потребляемой мощности.

Использование внешних накопителей на дисках, магнитных лентах, ЗУ на цилиндрических магнитных доменах и других устройствах подобного класса позволяет увеличивать память МПС до нескольких десятков или сотен миллиардов бит при вполне приемлемой стоимости и потребляемой мощности. Конечно, время обмена информацией с такими накопителями на несколько порядков выше, чем время обмена с ячейками памяти внутреннего ОЗУ или ПЗУ.

Метод виртуальной памяти обеспечивает иллюзию "безграничной" оперативной памяти при вполне ограниченной ее физической емкости (например 256 Кбайт). Идея метода проста: в случае отсутствия в ОЗУ нужной информации в него "подкачивается" необходимая страница из внешнего накопителя, вытесняя одну из "старых" (давно не использованных) страниц. Механизм "подкачки" страниц поддерживается специальными аппаратными и программными средствами, скрытыми от пользователя, поэтому пользователь считает, что в его распоряжении имеется оперативная память весьма значительной емкости, которая определяется разрядностью адресной шины.

Лекция №14 система прерываний.

План лекции

1. Понятие системы прерываний.

2. Классификация систем прерываний.

3. Организация радиальной системы прерываний.

4. Радиальная, расширенная методом поллинга, система прерываний.

5. Векторная система прерываний.

14.1 Понятие системы прерываний, классификация систем прерываний.

Внутри МПС или в связанной с ней внешней среде могут возникать разнообразные события, которые требуют ее немедленной реакции на свое появление, т.е. временной приостановки процесса обработки основной программы и выполнения другой, предназначенной для обслуживания возникшего события. Реакция МПС на внешнее событие должна завершаться возвратом к основной программе (рис.14.1).

Рассмотрим вначале чем могут быть вызваны требования прерываний, т.е. классификацию прерываний в зависимости от источника прерываний:

- аппаратные (внешние) прерывания имеют место при воздействии сигналов, которые вырабатываются периферийными устройствами, требующими обслуживания, например, контрольно-измерительными системами, исполнительными устройствами и т.д.;

- специальные (внутренние) прерывания возникают в МПС в ходе выполнения основной программы под воздействием сигналов, вырабатываемых внутренними аппаратными средствами. Причины их появления следующие:

a) программные сбои или ошибки, являющиеся следствием попыток выполнить неразрешенную (неверную) команду или обратиться к запрещенной области памяти (ошибки адресации);

b) аппаратные сбои, являющиеся следствием внезапного отключения питания, неисправностей отдельных узлов аппаратуры, вызывающих ее неправильное функционирование и др.;

c) переполнение разрядной сетки, т.е. получение в результате вычислений чисел, выходящих за пределы диапазона допустимых значений;

d) трассировка программы - выполнение программы в пошаговом режиме при ее отладке.

- программные прерывания - происходят под воздействием команд прерывания, включенных в основную программу. Т.о. инициатива программного прерывания исходит от самой программы. Используется для обслуживания устройств ввода - вывода по опросу.

Рис.14.1.

Так как состав и моменты возникновения аппаратных и специальных прерываний заранее не известны, то процессы их обслуживания не могут быть учтены при написании основной программы и должны выполняться независимо от нее.

Для организации обслуживания периферийных устройств по прерываниям МПС должна располагать необходимыми аппаратными и программными средствами.

Аппаратные средства обеспечивают восприятие запроса на прерывание, его идентификацию, запуск последовательности команд для его обслуживания, а также возврат в прерванную программу.

Для того, чтобы прерванная программа могла быть продолжена после обслуживания очередного запроса на прерывание, с того момента на котором она была приостановлена, состояние МП должно быть сохранено и впоследствии полностью восстановлено. Сохранность состояния сигналов управления в аппаратуре обеспечивается тем, что переход к обработке прерывания и возврат к прерванной программе осуществляется в строго определенные моменты времени, когда состояние этих сигналов однозначны и известны, т.е. после завершения выполнения команды. Состояние программно-доступных регистров при этом сохраняется в памяти МПС (стеке), а затем восстанавливается непосредственно перед возвратом в прерванную программу.

Совокупность аппаратных и программных средств, предназначенных для организации и обслуживания прерываний, образует систему прерываний МПС.

Существующие системы прерывания МПС различаются по скорости обслуживания прерываний и количеству связей, с помощью которых внешние устройства сообщают МП о требовании обслуживания:

1) Оптимальной с точки зрения быстродействия является радиальная система прерываний, когда каждое устройство подключено к своему входу запроса прерываний. Однако, вследствие естественного ограничения количества входов в БИС МП, такая система прерываний не может быть использована для организации обслуживания большого количества ВУ.

2) Существенного увеличения числа обслуживаемых ВУ можно добиться, если в радиальной системе прерываний к одному входу подключить несколько внешних устройств (расширение радиальной системы методом поллинга). Однако, при этом требуется организация специального программного опроса с целью выявления ВУ, выставившего запрос.

3) Наиболее совершенной является третья - векторная система прерываний , которая аналогично второй позволяет подключить к одному входу несколько ВУ, однако при этом специальная БИС сообщает МП адрес процедуры обслуживания прерываний(вектор).