30. Использование иерархической модели регистров прерывания.

• Вторая модель — использование регистра слова состояния процессора. В этом случае в данном регистре резервируется часть разрядов, в которых отображается номер возникшего прерывания. Управление также передается на фиксированный адрес входа в программу обработки прерываний.

• Третья модель — использование вектора прерываний. Предполагается, что по количеству возможных прерываний в ОЗУ выделена группа машинных слов — вектор прерываний. Каждое слово вектора прерываний содержит адрес программы, обрабатывающей данное прерывание (31). При возникновении прерывания после сохранения регистров осуществляется передача прерывания по адресу, соответствующему номеру прерывания.

31. Использование вектора прерываний.

Теперь рассмотрим этап программной обработки прерывания. Управление передано на адрес программы ОС, занимающейся обработкой прерывания. При входе в эту точку часть ресурсов ЦП, используемых программами, освобождена (результат аппаратного сохранения регистров). Поэтому будет запущена программа ОС, которая может использовать только освобожденные ресурсы ЦП (перечень доступных в этот момент регистров — характеристика аппаратуры). Выполняется следующая последовательность действий (Рис. 32.).

32. Этап программной обработки прерываний.

1. Анализ и предварительная обработка прерывания. Происходит идентификация типа прерывания, определяются причины.

• Если прерывание «короткое», т.е. обработка не требует дополнительных ресурсов ЦП и времени, то прерывание обрабатывается, выключается режим блокировки прерываний, восстанавливается состояние процессора, соответствующее точке прерывания исходной программы, и передается управление на прерванную точку. Примером подобного «короткого» прерывания может служить прерывание от таймера для коррекции времени в системе. Если прерывание требует использования всех ресурсов ЦП, то переходим к следующему шагу (п.2).

• Если прерывание является «фатальным» для программы, т.е. после этого прерывания продолжить выполнение программы невозможно (например, в программе произошло обращение к несуществующему в ОЗУ адресу), то выключается режим блокировки прерываний, и управление передается в ту часть ОС, которая прекратит выполнение прерванной программы.

«Полное сохранение»: осуществляется полное сохранение всех регистров ЦП, использовавшихся прерванной программой, в специальную программную таблицу. В данную таблицу копируется содержимое регистровой или КЭШ-памяти, содержащей сохраненные значения ресурсов ЦП, а также копируются все оставшиеся регистры ЦП, используемые программно, но не сохраненные аппаратно. После данного шага программе обработки прерываний становятся доступны все ресурсы ЦП, а прерванная программа получает статус ожидания завершения обработки прерывания. В общем случае, программ, ожидающих завершения обработки прерывания, может быть произвольное количество.

До данного момента времени все действия происходили в режиме блокировки прерываний. Почему? Потому что режим блокировки прерываний — единственная гарантия того, что не придет новое прерывание, и при его обработке не потеряются данные, необходимые для продолжения прерванной программы (регистры, режимы, таблицы ЦП). После полного сохранения регистров происходит снятие режима блокировки прерываний, то есть включается стандартный режим работы процессора, при котором возможно появление прерываний.

Операционная система завершает обработку прерывания.

Мы рассмотрели модельную, упрощенную схему обработки прерывания: в реальных системах она может иметь отличия и быть существенно сложнее. Но основные идеи обычно остаются неизменными. Аппарат прерываний позволяет системе фиксировать и корректно обрабатывать различные события, возникающие как внутри компьютера, так и вне него.