13. Переривання. Типи переривання. Системні та програмні переривання. Процес обробки переривання центральним процесором. Організація введення-виведення за перериванням.

Для повідомлення процесору про те, що необхідно опрацювати певний запит, використовуються канали запитів переривання IRQ (апаратні переривання). Вони являють собою провідники на системній платі і відповідні їм контакти в роз'емах. Завдяки перериванням комп'ютер може своєчасно реагувати на події, котрі є зовнішніми відносно процесора. До системних ресурсів відносяться комунікаційні канали, адреси і сигнали, котрі використовуються вузлами комп'ютера для обміну даними за допомогою шин. Під системними ресурсами розуміють: адреси пам'яті; канали запитів переривань (TRQ); канали прямого доступу до пам'яті (DMA); адреси портів вводу/виводу.

Канали переривань являють собою провідники на системній платі з відповідними контактами в роз`ємах. Після отримання запиту на переривання процесор виконує спеціальну процедуру обробки переривань, в якій міститься список адрес пам`яті, що відповідають каналам переривань. Відповідно до номера переривання запускається спеціальна програма його обробки, тобто для кожного переривання є своя програма обробки.

Адреси пам`яті, за якими знаходяться програми обробки визначають вказівними в таблиці векторів. Після виконання необхідних дій по обслуговуванню пристрою, який подав запит на переривання, програма обробки повертає із стеку вміст внутрішніх регістрів процесора та передає керування програмі, яка виконувалась раніше. Таким чином, система переривань дозволяє процесору своєчасно реагувати на події в системі, які є зовнішніми відносно процесора.

Апаратні переривання мають свої пріоритети (ієрархію пріоритетів). В ієрархії пріоритетів чим менший номер переривання, тим вищий пріоритет.

В комп`ютері з цієї причини виникають вкладені переривання. Це приводить до того, що стек переповнюється і ПК зависає.

Для того, щоб уникнути таких ситуацій намагаються збільшити розмір стеку.

На шині ISA можуть виникати ситуації, коли декілька плат (адаптерів) використовують один канал переривання. В такому випадку необхідно додатково (або вручну) налагодити цей пристрій на окремий канал переривання. В шинах розширення PCI дозволяється використання одного каналу переривання для кількох пристроїв на відміну від ISA.

Шина PCI підтримує апаратні переривання, які використовують встановлені пристрої. Ці переривання називаються : INTA # ; INTB # ; INTC # ; INTD # .

Починаючи з операційної системи Windows 95 підтримуються функції керування перериваннями. Для того, щоб операційна система могла використовувати ці функції, BIOS повинна підтримувати специфікацію Plug and Play. В загальному випадку системні BIOS автоматично встановлюють номери переривань встановленим пристроям. У випадку, коли закінчується переривання, можливий автоматичний перерозподіл на шині PCI.

Керування перериваннями здійснюється за допомогою кількох таблиць, наприклад ОС Windows для того, щоб знайти необхідні параметри розглядає таблиці переривань.

Шина PCI дозволяє використовувати 2 типи пристроїв: Master (ініціатор), Slave (одержувач). Шиною PCI керує арбітр, який є частиною контролера шини PCI. Він керує доступом до всіх пристроїв шини PCI. Для того, щоб ініціатор міг отримати шину, йому необхідний дозвіл від арбітра, який є в свою чергу частиною контролера PCI.

Програмований ввід/вивід, коли операція виконується під контролем програмного забезпечення; При реалізації методики програмного вв/вив існує досить тісний зв’язок між інструкціями вв/вив, які процесор вилучає із виконуваної програми, і команди, які він передає модулю вв/вив в процесорі обробки інструкцій. Можна сказати, що набір інструкцій вв/вив відображається на наборі команд і між ними існує практично однакове співвідношення. Формат інструкцій залежить від способу адресації зовнішніх пристроїв.

В обчислювальних системах, в яких процесор , оперативна пам’ять і модулі вв/вив використовують для обміну інформації єдину системну магістраль, можливо два режими адресації: зміщений і ізольований.

Зміщений режим передбачає, що для адресації комірок пам’яті і зовнішніх пристроїв використовують єдине адресний простір. Ізольований режим адресації вв/вив адресний простір пам’яті і регістрів зовнішніх пристроїв розділені.

Введення/введення по перериванню, при якому програма користувача запускає процес обміну, а потім переключається на виконання інших задач, поки її не перерве апаратура підсистеми введення/введення і не повідомить про завершення процесу обміну;