Описание

Ошибка деления. Вызывается автоматически после выполнения команд DIV или IDIV, если в результате деления происходит переполнение (например, при делении на 0). DOS обычно при обработке этого прерывания выводит сообщение об ошибке и останавливает выполнение программы. Для процессора 8086 при этом адрес возврата указывает на следующую после команды деления команду, а в процессоре 80286 - на первый байт команды, вызвавшей прерывание.

Прерывание пошагового режима. Вырабатывается после выполнения каждой машинной команды, если в слове флагов установлен бит пошаговой трассировки TF. Используется для отладки программ. Это прерывание не вырабатывается после выполнения команды MOV в сегментные регистры или после загрузки сегментных регистров командой POP.

Аппаратное немаскируемое прерывание. Это прерывание может использоваться по-разному в разных машинах. Обычно вырабатывается при ошибке четности в оперативной памяти и при запросе прерывания от сопроцессора.

Прерывание для трассировки. Это прерывание генерируется при выполнении однобайтовой машинной команды с кодом CCh и обычно используется отладчиками для установки точки прерывания.

Переполнение. Генерируется машинной командой INTO, если установлен флаг OF. Если флаг не установлен, то команда INTO выполняется как NOP. Это прерывание используется для обработки ошибок при выполнении арифметических операций.

Печать копии экрана. Генерируется при нажатии на клавиатуре клавиши PrtScr. Обычно используется для печати образа экрана. Для процессора 80286 генерируется при выполнении машинной команды BOUND, если проверяемое значение вышло за пределы заданного диапазона.

Неопределенный код операции или длина команды больше 10 байт (для процессора 80286).

Особый случай отсутствия математического сопроцессора (процессор 80286).

IRQ0 - прерывание интервального таймера, возникает 18,2 раза в секунду.

IRQ1 - прерывание от клавиатуры. Генерируется при нажатии и при отжатии клавиши. Используется для чтения данных от клавиатуры.

IRQ2 - используется для каскадирования аппаратных прерываний в машинах класса AT.

IRQ3 - прерывание асинхронного порта COM2.

IRQ4 - прерывание асинхронного порта COM1.

IRQ5 - прерывание от контроллера жесткого диска для XT.

IRQ6 - прерывание генерируется контроллером флоппи-диска после завершения операции.

IRQ7 - прерывание принтера. Генерируется принтером, когда он готов к выполнению очередной операции. Многие адаптеры принтера не используют это прерывание.

Обслуживание видеоадаптера.

Определение конфигурации устройств в системе.

Определение размера оперативной памяти в системе.

Обслуживание дисковой системы.

Последовательный ввод/вывод.

Расширенный сервис для AT-компьютеров.

Обслуживание клавиатуры.

Обслуживание принтера.

Запуск BASIC в ПЗУ, если он есть.

Обслуживание часов.

Обработчик прерывания Ctrl-Break.

Прерывание возникает 18.2 раза в секунду, вызывается программно обработчиком прерывания таймера.

Адрес видеотаблицы для контроллера видеоадаптера 6845.

Указатель на таблицу параметров дискеты.

Указатель на графическую таблицу для символов с кодами ASCII 128-255.

Используется DOS или зарезервировано для DOS.

Прерывания, зарезервированные для пользователя.

Не используются.

IRQ8 - прерывание от часов реального времени.

IRQ9 - прерывание от контроллера EGA.

IRQ10 - зарезервировано.

IRQ11 - зарезервировано.

IRQ12 - зарезервировано.

IRQ13 - прерывание от математического сопроцессора.

IRQ14 - прерывание от контроллера жесткого диска.

IRQ15 - зарезервировано.

Не используются.

Зарезервированы для BASIC.

Используются интерпретатором BASIC.

Операционная система в значительной степени управляется с помощью системы прерываний. В реальном режиме имеются 2 типа прерываний: аппаратные и программные. Программные прерывания инициализируются командой int. Аппаратные – внешними событиями, асинхронными по отношению к выполняемой программе. Обычно аппаратные прерывания инициализируются аппаратурой ввода/вывода после завершения выполнения текущей операции.

Для обработки прерываний в реальном режиме процессор использует таблицу векторов прерываний. Сегментные адреса, используемые для определения местоположения программ обработки прерываний, называются векторами прерываний.

Таблица векторов прерываний располагается в самом начале ОП, т.е. её физический адрес = 0. Таблица векторов прерываний состоит из 256 элементов по 4 байта. Вектора состоят из 16 битового сегментного адреса и 16 битового смещения (сначала идет смещение, а потом сегмент). Каждый вектор прерываний имеет свой номер, называемый номером прерывания, который указывает на его место в таблице. Этот номер, умноженный на 4, дает абсолютный адрес вектора памяти.

Вектора прерываний получают свои значения при запуске системы. Сначала BIOS выполняя процедуры инициализации, задает значения определенных векторов прерываний. При загрузке DOS задаются значения векторам прерываний DOS.

DOS может переназначить некоторые из векторов BIOS к своим подпрограммам. Пользователь также может изменить значения векторов прерываний. Когда происходит программное или аппаратное прерывание, текущее состояние регистров CS:IP, а также значения регистра флагов записываются в стек программы. Далее из таблицы векторов прерываний выбираются новые значения CS:IP. При этом управление передается на процедуру обработки прерываний.

Перед входом в процедуру обработки прерываний принудительно сьрасывется флаг трассировки TF и флаг разрешения прерываний IF. Завершив обработку прерывания, процедура должна выдать команду IRET, по которой из стека будут извлечены значения регистров CS:IP и регистра флагов. Далее продолжается выполнение прерванной программы.

Процедура обработки прерывания обязательно должна закончится процедурой IRET, после которой считываются значения flags, CS, IP.

30. Векторная система прерываний.

Повышение эффективности системы прерываний связано с передачей функции идентификации ПУ, запросившего обслуживания, внешним по отношению к процессору средствам. В векторной системе прерываний ПУ, запросившее обслуживание, само идентифицирует себя с помощью вектора прерывания , который принимается МП. В общем случаедля передачи вектора прерывания необходима специальная шина. Однако она,как правило, физически совмещается с шиной данных системной магистрали, при этом ввод вектора прерывания осуществляется в специальном цикле магистрали, который называется циклом подтверждения прерывания . Такое совмещение требует включения в шину управления линии подтверждения прерывания INTA, по которой передается сигнал от процессора, разрешающий выдачу вектора прерывания в ответна запрос прерывания от ПУ. МП, получив вектор прерывания, сразу переключается на выполнение требуемой подпрограммы обработки прерывания. Так же как и радиальная система, векторная система прерываний предполагает наличие для каждого ПУ собственной подпрограммы обработки прерывания. При этом вектор прерывания определяет, какой подпрограмме обработки прерывания процессор должен передать управление.

Вектор прерывания может представлять собой:

полную команду вызова подпрограммы вместе с адресом подпрограммы обработки прерывания;

адрес подпрограммы обработки прерывания;

указательна адрес подпрограммы обработки прерывания. В качествеуказатель может использоваться либо адрес, по которому в памяти хранится адрес подпрограммы обработки прерывания (иногда такой указатель называют адресом вектора прерывания), либо тип прерывания.

Существует два подхода к построению векторной системы прерываний, которые различаются используемым методом формирования вектора прерывания. Первый подход использует метод децентрализованного управления – определение запроса с наибольшим приоритетом и формирование вектора прерывания осуществляется непосредственно ПУ. Второй подход использует метод централизованногоуправления и состоит в передаче функции формирования вектора прерывания специальному устройству – контроллеру прерывания.

При формировании вектора прерывания средствами ПУ логика работы программного поллингапереносится на аппаратные средства – определениенаиболее приоритетного запроса осуществляется с помощью аппаратного опроса готовности ПУ. Такой подход называется аппаратным поллингом . Линии запросов от всех ПУ объединяются по схеме «монтажное ИЛИ» и подключаются к общей линии запроса прерывания IRQ процессора (рис. 40).

Рисунок 40 – Формирование вектора прерывания средствами ПУ

Процессор при поступлении в него по линии IRQ запроса прерывания формирует управляющий сигнал подтверждения прерывания INTA, который поступает сначала в контроллер ближайшего к процессору ПУ. Если это ПУ нетребовало обслуживания, то его контроллер пропускает сигнал подтверждения прерывания на следующий контроллер, иначе дальнейшее распространение сигналапрекращается и контроллер выдает в шину данных вектор прерывания. Такая схема носит ярко выраженный шлейфовый характер. Одна линия подтверждения прерывания проходит последовательно через контроллеры ПУ и образует последовательную приоритетную структуру, называемую дейзи-цепочкой . Приоритет определяется физическим положением каждого ПУ. Ближайшее к процессору ПУ имеет наибольший приоритет.

Дейзи-цепочка имеет двапреимущества. Во-первых, в системной магистрали нужнатолько одна линия запроса прерывания (одна линия запроса используетсяи в системе с программным опросом готовности ПУ, однако аппаратный опрос готовности ПУ производится гораздо быстрее). Во-вторых, в систему можно ввести новое ПУ с любым требуемым приоритетом, просто подключая его в нужную физическую позицию. Количество ПУ в системе ограничивается только числом векторов прерываний. Однако дейзи-цепочка медленнее параллельного способа, реализуемого в контроллере прерываний, так как сигнал подтверждения прерывания последовательно распространяется через каждое ПУ. Еще один недостаток шлейфовой структуры – трудность управления приоритетами. ПУ, стоящие в дейзи-цепочке ближе к процессору, обладают более высоким приоритетом, поэтому изменениеприоритетов требует изменения последовательности включения ПУ, что во многих случаях затруднительно. Наиболее эффективно векторная система прерываний реализуется с помощью контроллера прерываний (рис. 41)

Рисунок 41 – Векторная система прерываний на основе контроллера прерываний

Контроллер прерываний (КПР) может рассматриваться как расширение процессора, по этой причине его иногданазывают сопроцессором обработки прерываний. На основе КПР формируется многоуровневая приоритетная система векторных прерываний. КПР обеспечивает прием и обработку N запросов на прерывание. Приоритетная логика КПР выбирает из числа поступивших запросов на прерывание запрос с наивысшим приоритетом и сравнивает его с текущим приоритетом запроса, находящегося на обслуживании. При превышении текущего приоритета КПР генерирует сигнал запроса прерывания INT, который поступает в процессор. МП подтверждает прием запроса INTгенерацией сигнала подтверждение прерывания INTA, в ответ накоторый КПР выдает на шину данных системной магистрали соответствующий вектор прерывания. До тех пор, пока некоторый запрос находится в обслуживании, все запросы с равным или меньшим приоритетом игнорируются. В то же время запросы с более высоким приоритетом приводят к генерации сигнала INT, инициируя вложенные прерывания. Для оперативного управления работой контроллера предусматривается возможность его программирования, что позволяет динамически изменять приоритеты запросов, формируемые вектора прерываний и т.п.

Здесь мы разберем такие важные темы, как: обработка прерываний, векторы прерываний, программные прерывания, IRQ , в общем поговорим на темы прерывания.

Идея прерывания была предложена в середине 50-х годов и основная цель введения прерываний – реализация синхронного режима работы и реализация параллельной работы отдельных устройств ЭВМ.

Прерывания и обработка прерываний зависят от типа ЭВМ, поэтому их реализацию относят к машинно-зависимым свойствам операционных систем.

Прерывание (interrupt) – это сигнал, заставляющий ЭВМ менять обычный порядок выполнения команд процессором.

Возникновение подобных сигналов обусловлено такими событиями , как:

• завершение операций ввода-вывода.
• истечение заранее заданного интервала времени.
• попытка деления на нуль.
• сбой в работе аппаратного устройства и др.

Обработка прерывания

С каждым прерыванием связывают число, называемое номером типа прерывания или просто номером прерывания . Система умеет распознавать, какое прерывание, с каким номером оно произошло, и запускает соответствующую этому номеру программу обработки прерывания. Таким образом, при поступлении сигнала на прерывание происходит принудительная передача управления от выполняемой программы к системе, а через нее — к обработчику прерываний.

Например прерывание с номером 9 — прерывание от клавиатуры, которое генерируется при нажатии и при отжатии клавиши. Используется для чтения данных с клавиатуры. Обозначается в ОС как IRQ 1, где IRQ – обозначение прерывания, а 1 – приоритет прерывания. Данные о запросах на прерывание можно проанализировать в диспетчере устройств:

Обработчик прерываний – программа обработки прерывания, являющаяся частью ОС, предназначенная для выполнения ответных действий на условие, вызвавшее прерывание.

Предположим, что в момент поступления сигнала прерывания от некоторого источника программа А находится в решении. В результате управление автоматически передается обработчику прерываний. После завершения обработки управление может быть снова передано в ту точку программы А, где ее выполнение было прервано:

Векторы прерываний

Адреса программ, соответствующих различным прерываниям, собраны в таблицу, которая называется таблицей векторов прерываний .

Для микропроцессора требуется простой способ определения местоположения программы обработки прерывания и это осуществляется путем использования таблицы векторов прерываний .

Таблица векторов прерываний занимает первый килобайт оперативной памяти — адреса от 0000:0000 до 0000:03FF. Таблица состоит из 256 элементов — FAR-адресов обработчиков прерываний. Эти элементы называются векторами прерываний . В первом слове элемента таблицы записано смещение, а во втором — адрес сегмента обработчика прерывания. Векторами являются просто полные адреса памяти программы (в сегментированной форме), которая должна быть активизирована в случае возникновения прерывания.

Прерыванию с номером 0 соответствует адрес 0000:0000, прерыванию с номером 1 — 0000:0004 и т.д. Адрес такой состоит из пары 2-байтовых слов, поэтому каждый из векторов занимает четыре байта.

Можно просмотреть таблицу векторов прерываний в компьютере, если воспользоваться программой DEBUG. Используйте команду D для вывода содержимого начала памяти: D 0:0. Программа DEBUG покажет вам первые 128 байтов или 32 вектора, которые могут иметь вид наподобие следующего:

0000:0000 E8 4E 9A 01 00 00 00 00-C3 E2 00 F0 00 00 00 00
0000:0010 F0 01 70 00 54 FF 00 F0-05 18 00 F0 05 18 00 F0
0000:0020 2C 08 51 17 D0 0A 51 17-AD 08 54 08 E8 05 01 2F
0000:0030 FA 05 01 2F 05 18 00 F0-57 EF 00 F0 F0 01 70 00
0000:0040 90 13 C7 13 4D F8 00 F0-41 F8 00 F0 3E 0A 51 17
0000:0050 5C 00 B7 25 59 F8 00 F0-E2 0A 51 17 9C 00 B7 25
0000:0060 00 00 00 F6 8E 00 DE 09-6E FE 00 F0 F2 00 7B 09
0000:0070 27 08 51 17 A4 F0 00 F0-22 05 00 00 00 00 00 F0

Векторы хранятся как «слова наоборот»: сначала смещение, а потом сегмент. Например, первые четыре байта, которые программа DEBUG показала выше (E8 4E 9A 01) можно преобразовать в сегментированный адрес 019A:4EE8.

Можно встретить три вида адресов в таблице векторов . Это могут быть адреса, указывающие на ROM-BIOS, которые можно идентифицировать шестнадцатеричной цифрой F, которая предшествует номеру сегмента. Это могут быть адреса, которые указывают на главную память (как в примере: 019A:4EE8). Эти адреса могут указывать на подпрограммы ДОС или на резидентную программу (например, SideKick или Prokey), либо они могут указывать на саму программу DEBUG (поскольку DEBUG должна временно управлять прерыванием). Также векторы могут состоять из одних нулей, когда прерывание с данным номером не обрабатывается в текущий момент.

Инициализация таблицы происходит частично BIOS после тестирования аппаратуры и перед началом загрузки операционной системой, частично при загрузке операционной системы.

Ниже приведено назначение некоторых векторов:

IRQ0 — IRQ15 — это аппаратные прерывания.

Механизм обработки прерываний

При обработке каждого прерывания должна выполняться следующая последовательность действий:

• Восприятие запроса на прерывание: прием сигнала и идентификация прерывания.
• Запоминание состояния прерванного процесса: определяется значением счетчика команд (адресом следующей команды) и содержимым регистров процессора.
• Передача управления прерывающей программе (в счетчик команд заносится начальный адрес подпрограммы обработки прерываний, а в соответствующие регистры – информация из слова состояния процессора).
• Обработка прерывания.
• Восстановление прерванного процесса и возврат в прерванную программу.

Главные функции механизма прерывания:

1. распознавание или классификация прерываний.
2. передача управления соответственно обработчику прерываний.
3. корректное возвращение к прерванной программе (перед передачей управления обработчику прерываний содержимое регистров процессора запоминается либо в памяти с прямым доступом либо в системном стеке).

Типы прерываний

Прерывания, возникающие при работе вычислительной системы, можно разделить на 4 группы:

Аппаратные прерывания вызываются физическими устройствами и возникают по отношению к программе асинхронно, т.е. в общем случае невозможно предсказать, когда и по какой причине программа будет прервана.

Аппаратные прерывания не координируются c работой программного обеспечения. Когда вызывается прерывание, то процессор оставляет свою работу, выполняет прерывание, a затем возвращается на прежнее место.

Внешние прерывания возникают по сигналу какого-либо внешнего устройства например:

• Прерывание, которое информирует систему о том, что требуемый сектор диска уже прочитан, его содержимое доступно программе.
• Прерывание, которое информирует систему о том, что завершилась печать символа на принтере и необходимо выдать следующий символ.
• Прерывания по нарушению питания.
• Нормальное завершение некоторой операции ввода-вывода (нажатие клавиши на клавиатуре).
• Прерывание по таймеру.

Прерывание по таймеру вызывается интервальным таймером. Этот таймер содержит регистр, которому может быть присвоено определенное начальное значение посредством специальной привилегированной команды. Значение этого регистра автоматически уменьшается на 1 по истечении каждой миллисекунды времени. Когда это значение становятся равным нулю, происходит прерывание по таймеру. Подобный интервальный таймер используется операционной системой для определения времени, в течение которого программа пользователя может оставаться под управлением машины.

Маскируемые и немаскируемые внешние прерывания

Существуют два специальных внешних сигнала среди входных сигналов процессора, при помощи которых можно прервать выполнение текущей программы и тем самым переключить работу центрального процессора. Это сигналы NMI (Non Mascable Interrupt, немаскируемое прерывани ) INTR (interrupt request, запрос на прерывание ).

Соответственно внешние прерывания подразделяются на два вида: немаскируемые и маскируемые.

Часто при выполнении критических участков программ, для того чтобы гарантировать выполнение определенной последовательности команд целиком, приходится запрещать прерывания (т.е. сделать систему нечувствительной ко всем или отдельным прерываниям). Это можно сделать командой CLI. Ее нужно поместить в начало критической последовательности команд, а в конце расположить команду STI, разрешающую процессору воспринимать прерывания. Команда CLI запрещает только маскируемые прерывания, немаскируемые всегда обрабатываются процессором.

Таким образом, наличие сигнала прерывания не обязательно должно вызывать прерывание исполняющейся программы. Процессор может обладать средствами защиты от прерываний: отключение системы прерываний, маскирование (запрет) отдельных сигналов прерываний. Прерывания, которые замаскировать нельзя — это немаскируемые прерывания.

Внутренние прерывания вызываются событиями, которые связаны с работой процессора и являются синхронными с его операциями, а именно прерывание происходит, когда:

• при нарушении адресации (в адресной части выполняемой команды указан запрещенный или несуществующий адрес, обращение к отсутствующему сегменту или странице при организации механизмов виртуальной памяти);
• при наличии в поле кода не задействованной двоичной комбинации.
• при делении на нуль.
• при переполнении или исчезновении порядка.
• при обнаружении ошибок четности, ошибок в работе различных устройств аппаратуры средствами контроля.

Программные прерывания

Программы могут сами вызывать прерывания с заданным номером. Для этого они используют команду INT. По этой команде процессор осуществляет практически те же действия, что и при обычных прерываниях, но только это происходит в предсказуемой точке программы – там, где программист поместил данную команду. Поэтому программные прерывания не являются асинхронными (программа «знает», когда она вызывает прерывание).

Программные прерывания в прямом смысле прерываниями не являются, поскольку представляют собой лишь специфический способ вызова процедур — не по адресу, а по номеру в таблице.

Механизм программных прерываний был специально введен для того, чтобы:

1. переключение на системные программные модули происходило не просто как переход в подпрограмму, а точно таким же образом, как и обычные прерывания. Этим обеспечивается автоматическое переключение процессора в привилегированный режим с возможностью исполнения любых команд.
2. использование программных прерываний приводит к более компактному коду программ по сравнению с использованием стандартных команд выполнения процедур.

Пример (программные прерывания):

• привилегированная команда в режиме пользователя.
• адрес вне диапазона.
• нарушение защиты памяти.
• арифметическое переполнение, отсутствует страница.
• нарушение защиты сегмента.
• выход за границу сегмента.

В упрощенном виде схему обработки различных видов прерываний можно представить следующим образом:

КП – контроллер прерываний, имеет несколько уровней (линий) для подключения контроллеров устройств (на схеме обозначены КУ). Возможно каскадное подключение контролеров, когда на один из его входов подключается еще одни контроллер прерываний. ЦП – центральный процессор.

Аппаратные прерывания вырабатываются устройствами компьютера, когда возникает необходимость их обслуживания. В отличие от программных прерываний, вызываемых запланировано самой прикладной программой, аппаратные прерывания всегда происходят асинхронно по отношению к выполняющимся программам. Кроме того, может возникнуть одновременно несколько прерываний. Выбор одного из них для обработки осуществляется на основе приоритетов, приписанных каждому типу прерывания.

Каждому прерыванию назначается свой уникальный приоритет. Если происходит одновременно несколько прерываний, то система отдает предпочтение самому высокоприоритетному, откладывая на время обработку остальных прерываний.

В случае о прерывании самой программы обработки прерывания говорят о вложенном прерывании . Уровни приоритетов обозначаются сокращенно IRQ0 — IRQ15 или IRQ0 – IRQ23 (в зависимости от микросхемой реализации).

Пpepывaнию вpeмeни cутoк дан мaкcимaльный пpиopитeт, пocкoльку ecли oнo будет пocтoяннo тepятьcя, то будут нeвepными пoкaзaния cиcтeмныx чacoв. Пpepывaниe от клaвиaтуpы вызывaeтcя при нaжaтии или oтпуcкaнии клавиши; oнo вызывaeт цепь coбытий, кoтopaя oбычнo зaкaнчивaeтcя тем, что код клавиши пoмeщaeтcя в буфep клaвиaтуpы (oткудa он зaтeм мoжeт быть пoлучeн пpoгpaммными пpepывaниями).

Ну и наконец реализация механизма обработки прерываний

В машине для каждого класса прерываний имеется соответствующая ему рабочая область прерываний . Например, имеется область, соответствующая прерыванию по таймеру. Когда происходит прерывание по таймеру, содержимое всех регистров сохраняется в этой области (например, пропустив первые несколько слов). Затем из этих пропущенных слов извлекаются заранее занесенные туда значения, которые перезаписываются в счетчик (указатель) команд машины и в слово состояния (или во флаговый регистр). Загрузка и сохранение регистров осуществляется аппаратными средствами машины автоматически.

Загрузка счетчика команд новым значением адреса автоматически вызывает передачу управления на соответствующую команду. Этот адрес, заранее сохраненный в рабочей области прерывания, представляет собой начальный адрес стандартной программы обработки прерываний по таймеру. Загрузка слова состояния также вызывает определенные изменения в состоянии процессора.

После выполнения в ответ на запрос на прерывание любого требуемого действия стандартная программа обработки прерываний выполняет команду загрузки состояния процессора, в результате чего управление передается прерванной программе. Происходит это следующим образом: команда загрузки состояния процессора вызывает загрузку сохраненного содержимого слова состояния, счетчика команд и других регистров из соответствующих слов области сохранения, начиная с адреса, указанного в команде. Это приводит к восстановлению содержимого регистров и состояния процессора, которые были в момент прерывания. Управление затем передается на команду, перед выполнением которой произошло прерывание.

Сохранение и восстановление состояния процессора и содержимого регистров называют операцией контекстного переключения .

У большинства машин имеется так называемое слово состояния, которое содержит часть информации, используемой при обработке прерываний. Одним из элементов этого слова (например, первый) является признак, определяющий, в каком режиме находится процессор: в пользовательском или супервизора .

Обычные программы находятся в пользовательском режиме (признак равен нулю). Когда происходит прерывание, новое загружаемое содержимое слово состояния имеет признак, равный 1, что автоматически переводит процессор в режим супервизора. В этом режиме становится возможным использование привилегированных команд. Перед тем, как значение слова состояния будет сохранено, в другом его элементе (например, втором) будет установлено значение, указывающее на причину прерывания:

• при программном прерывании отражается тип вызвавшего его условия, например деление на нуль.
• при прерывании по вводу-выводу заносится номер канала, вызвавший прерывание.

В третьем элементе указывается, выполняет ли процессор команды или простаивает. В четвертом элементе содержится указатель, идентифицирующий текущую выполняемую программу. В пятом элементе содержится маска прерываний, которая используется для контроля за разрешением прерываний (поле MASK).

Это поле используется, чтобы не допустить наступления прерываний определенного типа, пока первое из них не будет обработано. В MASK каждый бит соответствует некоторому классу прерываний. Если какой-то бит установлен в 1, то прерывания соответствующего класса разрешены, если в 0, то запрещены. В последнем случае говорят, что они маскированы (их также называют запрещенными или закрытыми ). Однако маскированные прерывания не теряются, потому что сигнал, вызвавший прерывание, сохраняется аппаратурой. Временно задержанное таким способом прерывание называется отложенным . Когда (вследствие того, что значение MASK сброшено) прерывания соответствующего класса вновь разрешаются, сигнал опознается и происходит прерывание.

Маскирование прерываний находится под контролем операционной системы и зависит от значения MASK в слове состояния, которое заранее сохраняется в рабочей области каждого прерывания. Можно запретить все прерывания, установив все биты MASK в нуль. В действительности поступать подобным образом нет необходимости.

Во время выполнения ЭВМ текущей программы внутри машины и в связанной с ней внешней среде (например, в технологическом процессе, управляемом ЭВМ) могут возникать события, требующие немедленной реакции на них со стороны машины.

Реакция состоит в том, что машина прерывает обработку текущей программы и переходит к выполнению некоторой другой программы, специально предназначенной для данного события. По завершении этой программы ЭВМ возвращается к выполнению прерванной программы.

Рассматриваемый процесс, называемый прерыванием программ. Принципиально важным является то, что моменты возникновения событий, требующих прерывания программ, заранее неизвестны и поэтому не могут быть учтены при программировании.

Каждое событие, требующее прерывания, сопровождается сигналом, оповещающим ЭВМ – запросами прерывания. Программу, затребованную запросом прерывания, называют прерывающей программой, противопоставляя ее прерываемой программе, выполнявшейся машиной до появления запроса.

Возможность прерывания программ – важное архитектурное свойство ЭВМ, позволяющее эффективно использовать производительность процессора при наличии нескольких протекающих параллельно во времени процессов, требующих в произвольные моменты времени управления и обслуживания со стороны процессора. В первую очередь это относится к организации параллельной во времени работы процессора и периферийных устройств машины, а также к использованию ЭВМ для управления в реальном времени технологическими процессами.

Чтобы ЭВМ могла, не требуя больших усилий от программиста, реализовывать с высоким быстродействием прерывания программ, машине необходимо придать соответствующие аппаратурные и программные средства, совокупность которых получила название системы прерывания программ.

Основными функциями системы прерывания являются:

запоминание состояния прерываемой программы и осуществление перехода к прерывающей программе

восстановление состояния прерванной программы и возврат к ней.

Вектором прерывания называется вектор «начального состояния прерывающей программы». Вектор прерывания содержит всю необходимую информацию для перехода к прерывающей программе, в том числе ее начальный адрес. Каждому запросу (номеру) прерывания соответствует свой вектор прерывания, способный инициировать выполнение соответствующей прерывающей программы. Векторы прерывания находятся в специально выделенных фиксированных ячейках памяти – таблице векторов прерываний.

Главное место в процедуре перехода к прерывающей программе занимает процедура передачи из соответствующего регистра (регистров) процессора в память (в частности, в стек) на сохранение текущего вектора состояния прерываемой программы (чтобы можно было вернуться к ее исполнению) и загрузка в регистр (регистры) процессора вектора прерывания прерывающей программы, к которой при этом переходит управление процессором.

Классификация прерываний

Запросы на прерывания могут возникать внутри самой ЭВМ и в ее внешней среде. К первым относятся, например, запросы при возникновении в ЭВМ таких событий, как появление ошибки в работе ее аппаратуры, переполнение разрядной сетки, попытка деления на 0, выход из установленной для данной программы области памяти, затребование периферийным устройством операции ввода-вывода, завершение операции ввода-вывода периферийным устройством или возникновение при этой операции особой ситуации и др. Хотя некоторые из указанных событий порождаются самой программой, моменты их появления, как правило, невозможно предусмотреть. Запросы во внешней среде могут возникать от других ЭВМ, от аварийных и некоторых других датчиков технологического процесса и т. п.

Семейство микропроцессоров Intel 80x86 поддерживает 256 уровней приоритетных прерываний, вызываемых событиями трех типов:

внутренние аппаратные прерывания

внешние аппаратные прерывания

программные прерывания

Внутренние аппаратные прерывания , иногда называемые отказами (faults), генерируются определенными событиями, возникающими в процессе выполнения программы, например попыткой деления на 0. Закрепление за такими событиями определенных номеров прерываний зашито в процессоре и не может быть изменено.

Внешние аппаратные прерывания инициируются контроллерами периферийного оборудования или сопроцессорами (например, 8087/80287). Источники сигналов прерываний подключаются либо к выводу немаскируемых прерываний процессора (NMI) либо к выводу маскируемых прерываний (INTR). Линия NMI обычно предназначает для прерываний, вызываемых катастрофическими событиями, такими, как ошибки четности памяти или авария питания.

Программные прерывания . Любая программа может инициировать синхронное программное прерывание путем выполнения команды int . MS-DOS использует для взаимодействия со своими модулями и прикладными программами прерывания от 20Н до 3FH (например, доступ к диспетчеру функций MS-DOS осуществляется выполнением команды i nt 21 h ). Программы BIOS, хранящиеся в ПЗУ, и прикладные программы IBM PC используют другие прерывания, с большими или меньшими номерами. Это распределение номеров прерываний условно и никаким образом не закреплено аппаратно.

Таблица векторов прерываний

Для того чтобы связать адрес обработчика прерывания с номером прерывания, используется таблица векторов прерываний, занимающая первый килобайт оперативной памяти. Эта таблица находится в диапазоне адресов от 0000:0000 до 0000:03FFh и состоит из 256 элементов – дальних адресов обработчиков прерываний.

Элементы таблицы векторов прерываний называются векторами прерываний. В первом слове элемента таблицы записана компонента смещения, а во втором – сегментная компонента адреса обработчика прерывания.

Вектор прерывания с номером 0 находится по адресу 0000:0000, с номером 1 - по адресу 0000:0004 и т. д. В общем случае адрес вектора прерывания находится путем умножения номера прерывания на 4.

Инициализация таблицы выполняется частично системой базового ввода/вывода BIOS после тестирования аппаратуры и перед началом загрузки операционной системой, частично при загрузке MS-DOS. Операционная система MS-DOS может изменить некоторые вектора прерываний, установленные BIOS.

Таблица векторов прерываний

Прерывания, обозначенные как IRQ0 – IRQ15 являются внешними аппаратными.

Статьи по теме:

Куда ехать за исполнением желаний в Курской области Отец Вениамин служит в одном из храмов Коренной пустыни. Несколько раз в неделю священник проводит молебны, на которые съезжается множество людей. Летом службы часто проходят на улице, так как все желающие не умещаются в крохотной церквушке. Прихожане уве	Когда включают-отключают фонтаны в петергофе Включили ли фонтаны на поклонной горе Фонтан Дубая: музыкальный и танцующий фонтан Дубая, часы работы, мелодии, видео. Туры на Новый год в ОАЭ Горящие туры в ОАЭ Предыдущая фотография Следующая фотография Дубайский музыкальный фонтан - поистине феерическая композиция из светы, звука и вод
Уральский федеральный университет им schedule Режим работы:Пн., Вт., Ср., Чт. c 09:00 до 17:00Пт. c 09:00 до 16:00 Последние отзывы УрФУ Анонимный отзыв 11:11 25.04.2019 Учусь на 3 курсе в Высшей школе экономики и менеджмента – все нравится. Преподаватели хорошо объясняют изучаемый матер	Джозайя уиллард гиббс биография ] Перевод с английского под редакцией В.К. Семенченко.(Москва - Ленинград: Гостехиздат, 1950. - Классики естествознания)Скан: AAW, обработка, формат Djv: mor, 2010 СОДЕРЖАНИЕ:Предисловие редактора (5).Джосиа Виллард Гиббс, его жизненный путь и основные