Система прерывания процессора (спп) Принципы организации спп

Для более эффективной работы ЭВМ и использования оборудования предусматривается возможность одновременного выполнения нескольких программ. Для этой цели может использоваться режим разделения времени. В данном режиме для каждой программы выделяется интервал времени для ее выполнения. Однако, возникают сложности для выполнения программ: неизвестно время их включения, т.е. возникает задача разработки системы прерывания ЭВМ или процессора.

Выбор программ для выполнения определяется рядом причин:

1. работой операторов;

2. состоянием внешних устройств

3. состоянием каналов ввода и вывода информации

4. приоритетностью выполняемых программ

5. во время выполнения текущей задачи могут возникнуть условия, при которых она должна быть приостановлена и процессор должен перейти к выполнению других программ. Это происходит по запросам на прерывание. Реакция ЭВМ на запрос о прерывании состоит в том, что процессор останавливается и переходит к выполнению новой прерывающей программы. Этот процесс называется системой прерывания программ.

Режим одновременного выполнения нескольких программ называется также мультипрограммным режимом работы. В этом режиме в отличие от режима разделения времени новая программа может быть включена для выполнения в любой момент времени. При прерывании программы необходимо запомнить состояние процессора для того, чтобы была возможность возврата к прерванной программе.

Причинами, вызывающими прерывание программ, могут быть:

1. группа причин, связанная с внешними устройствами - это сигналы о готовности внешнего устройства выдать информацию в ОЗУ или процессор, с другой стороны - это сигналы на прерывание от внешнего устройства для приема информации в ВУ из ОЗУ или процессора;

2. могут быть обстоятельства, возникающие в ходе выполнения программы. К ним относятся: переполнения регистра, нулевой делитель, отрицательный аргумент при извлечении квадратного корня, а также сигналы системы контроля об обнаружении ошибок, сбоев или отказов систем ЭВМ.

Данные причины приводят к потере смысла выполнения программы. В данном случае при возникновении таких сигналов включают диагностические программы, которые определяют состояние ЭВМ и возможность ее дальнейшего поведения.

Для отработки сигнала запроса на прерывание могут использоваться программные или аппаратурные средства.

При аппаратурном способе использования регистров запросов на прерывание и масок.

Маска представляет собой двоичный код который в ходе выполнения программы записывается в регистр масок. Таким образом программа, изменяя маски, может менять приоритет выполнения прерываний.

Например: если пишется запрос на прерывание для выдачи информации на внешнее устройство, то этот запрос будет выполнен только при наличии подготовленной информации процессора. Это означает, что запрос на прерывание будет выполнен при наличии “1” в соответствующем разряде маски.

Рассмотрим схему прерывания аппаратным способом с использованием регистров прерываний и регистров маски:

РгП - регистр прерывания;

Тг – триггер;

РгМ - регистр маски.

Сигнал на прерывание будет выработан при наличии единицы в соответствующем разряде регистра прерываний, и единицы в соответствующем разряде регистра масок. Для этой цели используются элементы «И». Сигналы с элементом «И» поступают на схему определения старшего приоритета, которая вырабатывает общий сигнал прерывания и код сигнала прерывания. Для определения старшего приоритета прерывания используются схемы на логических элементах «И» и «ИЛИ».

В данной схеме определения приоритета используется то, что запрос о меньшем № имеет высший приоритет. При поступлении сигнала приоритета, запрос с меньшим № блокирует прохождение сигнала приоритета. Выходы элементов «И» поступают на дешифратор, который определяет № запроса.

Для определения источников запроса на прерывание может использоваться специальная программа, которая обеспечивает включение прерывающих программ в работу процессора.

Программный способ позволяет выполнять прерывание программы без увеличения оборудования, однако данный способ требует большего времени чем аппаратурный.

Система прерывания процессора (ССП) характеризуется следующими характеристиками:

1. общим числом запросов на прерывание;

2. временем реакции системы прерывания процессора, которая характеризуется временем от начала поступления запроса на прерывание и началом выполнения прерывающей программы;

3. глубиной прерывания (количеством программ, которые могут прерывать друг друга);

4. количеством групп запросов на прерывание с одинаковым приоритетом.

Программа, вызванная по сигналу прерывания, должна использовать некоторые регистры для своего выполнения, счетчик команд, регистр АЛУ, индексные регистры, базовые регистры – в данных регистрах к моменту прерывания находится информация, которая относится к прерываемой программе. Чтобы эта информация не исчезла и была возможность возврата к прерванной программе, эту информацию необходимо запомнить в памяти ЭВМ. Такую информацию называют словом состояния процессора. Для этого в памяти ЭВМ выделяются специальные ячейки.

Прерывание команды возможно только после выполнения команды, при которой поступил запрос на прерывание.

После передачи ССП (слова состояния процессора) и запоминания дополнительных данных, появляется возможность перехода к выполнению новой программы. В новом ССП указывается номер команды, к которой необходимо перейти, а также в регистре признаков и масок помещается новая информация. Для возврата к прерванной программе восстанавливается старое ССП и, таким образом, осуществляется возврат к прерванной программе.

Если рассмотреть процесс прерывания во времени, то он заключается в следующем:

прерываемая программа

прерывания

прерывающая программа

Пусть в момент времени появляется сигнал на прерывании. За время осуществляется реакция на запрос, длительность которого зависит от способа схемы прерывания. В момент времени является началом процесса прерывания. На интервале времени ( ) происходит запоминание старого ССП. С момента времени осуществляется выполнение прерывающей программы ( ). После окончания прерывающей происходит восстановление прерванной программы. В момент времени происходит возврат прерванной программы. Таким образом, время переключения по сигналу прерывания определяется как

Использование системы прерывания обеспечивает возможность выполнения нескольких программ в режиме разделения времени, что обеспечивает более эффективное использование ЭВМ по загрузке оборудования и повышения производительности.