4. Понятие прерывания в ос

Обычно считают, что если ОС может решать несколько задач одновременно, то она является многозадачной, в противном случае – однозадачной. Так ли это? Попробуем разобраться. Мы уже знаем, что ПК состоит из различных подсистем и устройств, причем как внутренних, так и внешних, и всеми ими необходимо управлять, чем, собственно, и занимается операционная система.

В однопроцессорных ПК в соответствии с принципом программного управления в данную единицу времени может выполняться только одна команда. Получается, что ОС в принципе не может выполнять несколько задач одновременно, то есть не может быть многозадачной! Но, работая на компьютере, мы одновременно можем пользоваться клавиатурой, мышью, монитором, принтером и т. д.

Все дело в том, что современные ПК выполняют сотни миллионов операций в секунду, и, хотя ОС обращается к каждому из вышеперечисленных устройств последовательно, в силу быстротечности этих операций мы их не замечаем, и кажется, что все происходит одновременно. Хотя в действительности можно говорить только о квазиод­новременном выполнении действий, т. е. реализации режима временно;´го разделения выполнения различных операций.

Операционная система начинает работать с каким-либо устройством (программой), в какой-то момент времени работа с ним приостанавливается (прерывается), и ОС обращается к следующему устройству (программе) и т. д., затем ОС возвращается к работе с первым устройством, причем работа с ним возобновляется именно с того места, в котором была приостановлена, и весь цикл повторяется.

Фактически работа любой ОС представляет собой последовательность прерываний. Но в одних ОС пользователь не может вмешиваться в процесс прерываний (MS-DOS), а в других (Windows) – ему специально предоставляется возможность управлять прерываниями отдельных (прикладных) программ.

Для выполнения одновременно нескольких программ в памяти используется так называемый механизм прерываний. Процесс прерывания состоит в том, что текущая работа процессора может быть приостановлена на короткое время одним из сигналов (прерыванием), который указывает на возникновение ситуации, требующей немедленной обработки.

Прерывание – это реакция системы на событие, происходящее на аппаратном или программном уровне, требующее использования специальной программы.

Если прерывание вызвано событием, произошедшим в самой программе (например, обращение к программам DOS, обслуживающим периферийные устройства), то такое прерывание называется программным.

Если обслуживания требует какое-либо устройство (аппаратная часть, например, таймер), то такое прерывание называется аппаратным.

Представим работу механизма прерываний графически (рис. 4.1). Предположим, что в момент времени t₁ процессор получает сигнал прерывания. Он приостанавливает выполнение одной программы (Программа I), запоминает адрес ее последней команды и активизирует находящуюся в памяти программу обработки прерываний. После того как эта программа выполнит свою задачу, в момент времени t₂ управление возвращается Программе I, и ее выполнение продолжается с того адреса, на котором выполнение было прервано в момент времени t₁.

В единицу времени выполняется небольшая последовательность команд каждой программы, передача управления осуществляется автоматически, и пользователь не замечает, когда останавливается одна программа и начинает работать другая, поскольку время его реакции значительно больше того времени, которое затрачивается на выполнение группы команд каж­дой программы.

Таким образом, даже в так называемой однозадачной системе могут работать несколько программ, но все эти программы, кроме одной, – системные и обычный пользователь напрямую с ними не работает.

Чем же отличается работа такой системы от прерываний многозадачной ОС? Принципиально ничем. С системными программами многозадачная ОС работает точно так же, как и одноз

Рис. 4.2. Работа системы по прерываниям

адачная, не предоставляя пользователю права вмешиваться в процесс прерываний.

Однако одно обстоятельство существенно отличает работу многозадачной системы от однозадачной: при работе с несколькими пользовательскими программами система позволяет вводить информацию попеременно то в одну, то в другую программу и отслеживать сообщения, поступающие от различных программ. При этом операционная система подразделяет программы (задачи) на активные и пассивные.

Активные – задачи, которые в данный момент запрашивают ввод с клавиатуры или производят вывод информации пользователю.

Пассивные – задачи, работа которых с устройствами ввода-вывода информации в данный момент блокирована полностью или частично.

Пользователь с использованием механизма (особых действий с устройствами ввода-вывода) осуществляет указание активной программы, и ОС передает ей управление устройствами ввода-вывода почти полностью. «Почти» означает, что некоторые ресурсы ОС оставляет за собой для слежения за действиями пользователя по переключению от одной программы к другой.

Таким образом, правильнее будет называть многозадачными операционные системы, в которых может функционировать несколько пользовательских программ, а, соответственно, однозадачными – системы, в которых может функционировать только одна пользовательская программа.