Прерывания: фаза прерывания, поток данных, классы прерываний.
Прерывания – механизм, с помощью которого другие модули могут прервать нормальный процесс выполнения программы пользователя.
Фаза прерывания может следовать после фазы выполнения команды, перед началом следующего цикла. Последовательность действий:
- сохранение текущего состояния процесса;
- переход к процедуре обслуживания прерывания.
Классы прерываний:
= Программные – исключительные ситуации при выполнении команд (арифметическое переполнение, деление на нуль, попытка выполнения команды с несуществующим кодом операции, обращения по адресу, выходящему за пределы физического адресного пространства компьютера, и т.п.).
= Аппаратные – генерируются специальными средствами контроля работоспособности аппаратуры при обнаружении сбоев (пропадание питания, ошибка контроля памяти по четности и т.п.).
= Ввода-вывода – генерируются контроллером ввода-вывода (завершение текущей операции ввода-вывода, возникновение ошибки процедуры ввода-вывода).
= Прерывания по таймеру – генерируются таймером процессора и используются ОС для переходов в многозадачном режиме.
Поток данных при прерывании:
На рисунке: регистр адреса памяти (РгАП, MAR); буферный регистр данных памяти (БРгП, MBR); программный счетчик (ПС, PC). Текущее содержимое ПС сохраняется (в стеке), что позволяет в дальнейшем возобновить выполнение прерванной программы с той же точки. В ПС вместо текущего адреса прерванной программы загружается начальный адрес подпрограммы обработки прерывания.
Арифметический конвейер: назначение, принципы реализации. Понятие суперконвейера.
Арифметический конвейер. Синоним: магистральный конвейер. В устройствах, выполняющих содержательную обработку информации (АЛУ). Суть: выполнение арифметических операций по частям – согласно этапам конвейера. В результате конвейеризируется выполнение арифметических операций.
Назначение арифметического конвейера: ускорение выполнения операций над числами (т.к. операции над числами с плавающей запятой занимают несколько тактов).
Магистральные конвейерные линии могут быть:
- в нескольких экземплярах в одном процессоре;
- ориентированы (каждая) на определенные операции с данными.
На рисунке: конвейер процессора с дополнительным функциональными устройствами. Функциональные устройства включают в себя несколько тактов обработки (арифметический конвейер).
Суперконвейер:
Увеличение количества ступеней конвейера путем:
- добавления новых ступеней;
- дробления имеющихся ступеней на несколько простых подступеней.
Основные требования:
- возможность реализации операции в каждой подступени наиболее простыми техническими средствами (с минимальными затратами времени);
- одинаковость задержки во всех подступенях.
Недостатки суперконвейера:
- усугубление проблем, характерных для любого конвейера:
= возрастает вероятность конфликтов;
= высокий штраф за ошибку предсказания перехода;
- усложнение логики взаимодействия ступеней конвейера.
Пример: MIPS R4000 (1991 г. – 8 ступеней); Pentium III (10 ст.), Pentium IV (20 ст.).