При выполнении каждой команды ЭВМ проделывает определенные стандартные действия:
1) согласно содержимому счетчика адреса команд, считывается очередная команда программы (ее код обычно заносится на хранение в специальный регистр УУ, который носит название регистра команд);
2) счетчик команд автоматически изменяется так, чтобы в нем содержался адрес следующей команды (в простейшем случае для этой цели достаточно к текущему значению счетчика прибавить некоторую константу, определяющуюся длиной команды);
3) считанная в регистр команд операция расшифровывается, извлекаются необходимые данные и над ними выполняются требуемые действия.
Затем во всех случаях, за исключением команды останова или наступления прерывания, все описанные действия циклически повторяются.
После выборки команды останова ЭВМ прекращает обработку программы. Для выхода из этого состояния требуется либо запрос от внешних устройств, либо перезапуск машины.
Цикл шины — 4 такта процессора. То есть, например, при частоте 5 МГц цикл шины длится 800 наносекунд.
Почему нейросети стали пугать / Редакция
При работе с медленными устройствами вводятся такты ожидания, поэтому реально цикл шины может длиться и более 4 тактов процессора. В процессоре есть 2 (относительно) независимых устройства, обращающихся к шине — устройство выборки команд и исполнительное устройство, занимающееся чтением и записью данных.
Прерывание означает временное прекращение основного процесса вычислений для выполнения некоторых запланированных или незапланированных действий, вызываемых работой аппаратуры или программы.
Т.е. это процесс, временно переключающий микропроцессор на выполнение другой программы с последующим возвратом к прерванной программе.
Нажимая клавишу на клавиатуре, мы инициируем немедленный вызов программы, которая распознает клавишу, заносит ее код в буфер клавиатуры, из которого он считывается другой программой. Т.е. на некоторое время микропроцессор прерывает выполнение текущей программы и переключается на программу обработки прерывания, так наз. обработчик прерывания. После того, как обработчик прерывания завершит свою работу, прерванная программа продолжит выполнение с точки, где было приостановлено ее выполнение.
Адрес программы-обработчика прерывания вычисляется по таблице векторов прерываний.
Механизм прерываний поддерживается на аппаратном уровне.
В зависимости от источника, прерывания делятся на
аппаратные — возникают как реакция микропроцессора на физический сигнал от некоторого устройства (клавиатура, системные часы, клавиатура, жесткий диск и т.д.), по времени возникновения эти прерывания асинхронны, т.е. происходят в случайные моменты времени;
программные — вызываются искусственно с помощью соответствующей команды из программы (int), предназначены для выполнения некоторых действий операционной системы, являются синхронными;
исключения — являются реакцией микропроцессора на нестандартную ситуацию, возникшую внутри микропроцессора во время выполнения некоторой команды программы (деление на ноль, прерывание по флагу TF (трассировка)).
ЭТО ИМПОРТОЗАМЕЩЕНИЕ WINDOWS! Наш Ответ НАТО
Общая классификация прерываний
внешние — вызываются внешними по отношению к микропроцессору событиями (по существу — это группа аппаратных прерываний) Вложенных прерываний нет.
внутренние — возникают внутри микропроцессора во время вычислительного процесса (по существу — это исключительные ситуации и программные прерывания).
Система прерываний ЭВМ. Назначение, роль и место в общей организации управления и взаимодействия в ЭВМ. Типы прерываний.
Прерывание означает временное прекращение основного процесса вычислений для выполнения некоторых запланированных или незапланированных действий, вызываемых работой аппаратуры или программы.
Т.е. это процесс, временно переключающий микропроцессор на выполнение другой программы с последующим возвратом к прерванной программе.
Нажимая клавишу на клавиатуре, мы инициируем немедленный вызов программы, которая распознает клавишу, заносит ее код в буфер клавиатуры, из которого он считывается другой программой. Т.е. на некоторое время микропроцессор прерывает выполнение текущей программы и переключается на программу обработки прерывания, так наз. обработчик прерывания. После того, как обработчик прерывания завершит свою работу, прерванная программа продолжит выполнение с точки, где было приостановлено ее выполнение. Адрес программы-обработчика прерывания вычисляется по таблице векторов прерываний. Механизм прерываний поддерживается на аппаратном уровне.
В зависимости от источника, прерывания делятся на
• аппаратные — возникают как реакция микропроцессора на физический сигнал от некоторого устройства (клавиатура, системные часы, клавиатура, жесткий диск и т.д.), по времени возникновения эти прерывания асинхронны, т.е. происходят в случайные моменты времени;
• программные — вызываются искусственно с помощью соответствующей команды из программы (int), предназначены для выполнения некоторых действий операционной системы, являются синхронными;
• исключения — являются реакцией микропроцессора на нестандартную ситуацию, возникшую внутри микропроцессора во время выполнения некоторой команды программы (деление на ноль, прерывание по флагу TF (трассировка)).
Общая классификация прерываний
• внешние — вызываются внешними по отношению к микропроцессору событиями
(по существу — это группа аппаратных прерываний) Вложенных прерываний нет!
• внутренние — возникают внутри микропроцессора во время вычислительного процесса (по существу — это исключительные ситуации и программные прерывания).
Внешние прерывания возникают по сигналу какого-нибудь внешнего устройства.
Внешние прерывания подразделяются на немаскируемые и маскируемые.
В связи с тем, что 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 (no mask interrupt, немаскируемое прерывание) и INTR (interrupt request, запрос на прерывание).
Маскируемые прерывания генерируются контроллером прерываний по заявке определенных периферийных устройств. Контроллер прерываний поддерживает восемь уровней (линий) приоритета; к каждому уровню “привязано” одно периферийное устройство. Именно маскируемые прерывания часто называют аппаратными прерываниями.
В ПК, начиная с IBM PC AT, построенных на базе микропроцессора i80286, используются два контроллера прерываний i8259A; они соединяются последовательно каскадным образом, что увеличивает количество внешних источников прерываний до 15 (каждая по 8).
Немаскируемые прерывания (говорят, что оно одно, т.к. подается на вывод микропроцессора NMI) инициируют источники, требующие безотлагательного вмешательства со стороны микропроцессора.
Обработка прерывания в реальном режиме
производится в три этапа:
1) прекращение выполнения текущей программы;
Должно произойти так, чтобы потом вернуться и продолжить работу. Для этого необходимо сохранить содержимое регистров, так как они являются ресурсами, разделяемыми между программами.
Обязательными для сохранения являются регистры cs, ip, flags (пара CS:IP содержит адрес команды, с которой необходимо начать выполнение после возврата, flags — состояние флагов после выполнения последней команды прерванной программы).
. Эти регистры сохраняются микропроцессором автоматически. Сохранение остальных регистров — должно обеспечиваться программистом . Наиболее удобным местом хранения регистров является стек.
После сохранения регистров в стеке микропроцессор сбрасывает бит флага IF (т.е.=0)
2) переход к выполнению и выполнение программы обработки прерывания;
Здесь определяется источник прерывания и вызывается соответствующий обработчик прерывания.
В реальном режиме микропроцессора допускается 256 источников — по кол-ву элементов таблицы векторов прерываний.
• 2 байта — значение смещения начала программы-обработчика прерывания от начала кодового сегмента
• 2 байта — значение базового адреса сегмента, в котором находится программа-обработчик.
Как определить адрес, по которому находится вектор прерывания с номером N ?
смещение эл-та таблицы векторов прерываний = N * 4 Полный размер таблицы ? 4*256=1024 Итак на втором этапе микропроцессор
1. По номеру источника прерывания определяет смещение в таблице векторов прерываний
2. Помещает первые два байта в регистр IP
3. Помещает вторые два байта в регистр CS
4. Передыет управление по адресу CS:IP
Далее выполняется сама программа обработки прерывания. (Она тоже может быть прервана поступлением запроса от более приоритетного источника. Все источники прерывания имеют приоритеты.)
3) возврат управления прерванной программе.
Необходимо привести стек в состояние, в котором он был сразу после передачи управления данной процедуре. Для этого программист должен указать необходимые действия по восстановлению регистров и очистке стека.
Дата добавления: 2020-01-07 ; просмотров: 274 ; Мы поможем в написании вашей работы!
Источник: studopedia.net
Временная приостановка основной программы для обработки запроса от внешнего устройства это
Прерывания (Лекция)
ПЛАН ЛЕКЦИИ
1. Понятие прерывания
2. Классификация прерываний
3. Внешние прерывания
4. Система прерываний. Аппаратные и программные средства системы прерываний
5. Обработка прерываний в реальном режиме
1. Понятие прерывания
Прерывание означает временное прекращение основного процесса вычислений для выполнения некоторых запланированных или незапланированных действий, вызываемых работой аппаратуры или программы.
Т.е. это процесс, временно переключающий микропроцессор на выполнение другой программы с последующим возвратом к прерванной программе.
Нажимая клавишу на клавиатуре, мы инициируем немедленный вызов программы, которая распознает клавишу, заносит ее код в буфер клавиатуры, из которого он считывается другой программой. Т.е. на некоторое время микропроцессор прерывает выполнение текущей программы и переключается на программу обработки прерывания, так наз. обработчик прерывания. После того, как обработчик прерывания завершит свою работу, прерванная программа продолжит выполнение с точки, где было приостановлено ее выполнение.
Адрес программы-обработчика прерывания вычисляется по таблице векторов прерываний.
Механизм прерываний поддерживается на аппаратном уровне.
2. Классификация прерываний
В зависимости от источника, прерывания делятся на :
· аппаратные — возникают как реакция микропроцессора на физический сигнал от некоторого устройства (клавиатура, системные часы, клавиатура, жесткий диск и т.д.), по времени возникновения эти прерывания асинхронны, т.е. происходят в случайные моменты времени;
· программные — вызываются искусственно с помощью соответствующей команды из программы ( int ), предназначены для выполнения некоторых действий операционной системы, являются синхронными;
· исключения — являются реакцией микропроцессора на нестандартную ситуацию, возникшую внутри микропроцессора во время выполнения некоторой команды программы (деление на ноль, прерывание по флагу TF (трассировка)).
Общая классификация прерываний
· внешние — вызываются внешними по отношению к микропроцессору событиями
(по существу — это группа аппаратных прерываний) Вложенных прерываний нет!
· внутренние — возникают внутри микропроцессора во время вычислительного процесса (по существу — это исключительные ситуации и программные прерывания).
3. Внешние прерывания
Внешние прерывания возникают по сигналу какого-нибудь внешнего устройства.
Внешние прерывания подразделяются на немаскируемые и маскируемые.
В связи с тем, что 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 ( no mask interrupt , немаскируемое прерывание) и INTR ( interrupt request , запрос на прерывание).
Маскируемые прерывания генерируются контроллером прерываний по заявке определенных периферийных устройств. Контроллер прерываний (выполнен в виде специальной микросхемы i 8259 A ) поддерживает восемь уровней (линий) приоритета; к каждому уровню “привязано” одно периферийное устройство. Именно маскируемые прерывания часто называют аппаратными прерываниями.
Немаскируемые прерывания (говорят, что оно одно, т.к. подается на вывод микропроцессора NMI ) инициируют источники, требующие безотлагательного вмешательства со стороны микропроцессора.
В реальном и защищенном режиме работы микропроцессора обработка прерываний осуществляется принципиально разными методами.
4. Система прерываний. Аппаратные и программные средства системы прерываний
Система прерываний — это совокупность программных и аппаратных средств, реализующих механизм прерываний.
К аппаратным средствам системы прерываний относятся:
· выводы микропроцессора — на них формируются сигналы, извещающие микропроцессор либо о том, что некоторое внешнее устройство «просит уделить ему внимание» ( INTR ), либо о том, что требуется безотлагательная обработка некоторого события или катастрофическая ошибка ( NMI )
· INTR — вывод для входного сигнала запроса на прерывание,
· NMI — вывод для входного сигнала немаскируемого прерывания
· INTA — вывод для выходного сигнала подтверждения получения сигнала прерывания микропроцессором (этот сигнал поступает на одноименный вход микросхемы конроллера 8259А;
· программируемый контроллер прерываний 8259А (предназначен для фиксирования сигналов прерываний от восьми различных внешних устройств; он выполнен в виде микросхемы; обычно используют две последовательно соединенные микросхемы, поэтому кол-во возможных источников внешних прерываний до 15 плюс одно немаскируемое прер .; именно он формирует номер вектора прерывания и выдает его шину данных);
· внешние устройства (таймер, клавиатура, магнитные диски и т.п.)
К программным средствам системы прерываний Реального режима относятся:
· таблица векторов прерываний.
Занимает первый килобайт ОП (адреса 00000 h -003 FFh ).
Она содержит адреса (векторы — «векторы», т.к. два значения для указания адреса) обработчиков прерываний и состоит из 256 (0..255) элементов по 4 байта каждый:
— 2 байта — новое значение для регистра IP
— 2 байта — новое значение для регистра CS .
Расположение таблицы векторов прерываний в процессорах i 80286 и старше определяется значением регистра IDTR .
Таблица векторов прерываний инициализируется при запуске системы, но в принципе может быть изменена и перемещена.
Каждый вектор имеет свой номер и называется номером прерывания.
· два флага в регистре флагов flags / eflags :
· IF (Interrupt Flag) — флаг прерывания . Предназначен для маскирования (запрещения) аппаратных прерываний. Если IF =1, микропроцессор обрабатывает внешние прерывания, если = 0, то игнорирует;
· TF ( Trace Flag ) — флаг трассировки. Если он=1, то микропроцессор переходит в режим покомандной работы. В этом режиме в микропроцессоре генерируется внутреннее прерывание с номером 1;
· машинные команды микропроцессора: int , into (прерывание по переполнению), iret , cli , sti
5. Обработка прерывания в реальном режиме
Обработка прерывания в реальном режиме производится в три этапа:
1) прекращение выполнения текущей программы;
Должно произойти так, чтобы потом вернуться и продолжить работу. Для этого необходимо сохранить содержимое регистров, так как они являются ресурсами, разделяемыми между программами.
Обязательными для сохранения являются регистры cs , ip , flags (пара CS : IP содержит адрес команды, с которой необходимо начать выполнение после возврата, flags — состояние флагов после выполнения последней команды прерванной программы).
Наиболее удобным местом хранения регистров является стек.
После сохранения регистров в стеке микропроцессор сбрасывает бит флага IF (т.е.=0) (. В стеке при этом записан регистр flags с еще установленным IF . ) Этим предотвращается возможность возникновения вложенных внешних прерываний и порча регистров исходной программы вследствие неконтролируемых действий со стороны программы — обработчика вложенного прерывания. После того как необходимые действия по сохранению контекста завершены, обработчик аппаратного прерывания может разрешить вложенные прерывания командой sti .
2) переход к выполнению и выполнение программы обработки прерывания;
Здесь определяется источник прерывания и вызывается соответствующий обработчик прерывания.
В реальном режиме микропроцессора допускается 256 источников — по кол-ву элементов таблицы векторов прерываний.
· 2 байта — значение смещения начала программы-обработчика прерывания от начала кодового сегмента
· 2 байта — значение базового адреса сегмента, в котором находится программа-обработчик.
Итак, на втором этапе микропроцессор
1. По номеру источника прерывания определяет смещение в таблице векторов прерываний
2. Помещает первые два байта в регистр IP
3. Помещает вторые два байта в регистр CS
4. Передает управление по адресу CS : IP
Далее выполняется сама программа обработки прерывания.
(Она тоже может быть прервана поступлением запроса от более приоритетного источника. Все источники прерывания имеют приоритеты.)
3) возврат управления прерванной программе.
Необходимо привести стек в состояние, в котором он был сразу после передачи управления данной процедуре. Для этого программист должен указать необходимые действия по восстановлению регистров и очистке стека. Последние команды в в обработчике прерывания — sti , iret
sti — разрешить аппаратные прерывания (устанавливает флаг IF =1, не имеет операндов).
iret — извлечь последовательно три слова из стека и поместить их соответственно в регистры ip , cs , flags .
Источник: mc-plc.ru
Система прерываний
Аннотация: Рассматриваются основные вопросы, связанные с организацией работы ЭВМ при обработке прерываний, а также особенности системы прерываний в персональной ЭВМ.
Организация обработки прерываний в ЭВМ
Прерывание — это прекращение выполнения текущей команды или текущей последовательности команд для обработки некоторого события специальной программой — обработчиком прерывания , с последующим возвратом к выполнению прерванной программы. Событие может быть вызвано особой ситуацией, сложившейся при выполнении программы, или сигналом от внешнего устройства. Прерывание используется для быстрой реакции процессора на особые ситуации, возникающие при выполнении программы и взаимодействии с внешними устройствами.
Механизм прерывания обеспечивается соответствующими аппаратно-программными средствами компьютера.
Любая особая ситуация, вызывающая прерывание , сопровождается сигналом, называемым запросом прерывания (ЗП). Запросы прерываний от внешних устройств поступают в процессор по специальным линиям, а запросы , возникающие в процессе выполнения программы, поступают непосредственно изнутри микропроцессора. Механизмы обработки прерываний обоих типов схожи. Рассмотрим функционирование компьютера при появлении сигнала запроса прерывания , опираясь в основном на обработку аппаратных прерываний (рис. 14.1).
Рис. 14.1. Выполнение прерывания в компьютере: tр — время реакции процессора на запрос прерывания; tс — время сохранения состояния прерываемой программы и вызова обработчика прерывания; tв — время восстановления прерванной программы
После появления сигнала запроса прерывания ЭВМ переходит к выполнению программы — обработчика прерывания . Обработчик выполняет те действия, которые необходимы в связи с возникшей особой ситуацией. Например, такой ситуацией может быть нажатие клавиши на клавиатуре компьютера. Тогда обработчик должен передать код нажатой клавиши из контроллера клавиатуры в процессор и, возможно, проанализировать этот код. По окончании работы обработчика управление передается прерванной программе.
Время реакции — это время между появлением сигнала запроса прерывания и началом выполнения прерывающей программы (обработчика прерывания ) в том случае, если данное прерывание разрешено к обслуживанию.
Время реакции зависит от момента, когда процессор определяет факт наличия запроса прерывания . Опрос запросов прерываний может проводиться либо по окончании выполнения очередного этапа команды (например, считывание команды, считывание первого операнда и т.д.), либо после завершения каждой команды программы.
Первый подход обеспечивает более быструю реакцию, но при этом необходимо при переходе к обработчику прерывания сохранять большой объем информации о прерываемой программе, включающей состояние буферных регистров процессора, номера завершившегося этапа и т.д. При возврате из обработчика также необходимо выполнить большой объем работы по восстановлению состояния процессора.
Во втором случае время реакции может быть достаточно большим. Однако при переходе к обработчику прерывания требуется запоминание минимального контекста прерываемой программы (обычно это счетчик команд и регистр флагов). В настоящее время в компьютерах чаще используется распознавание запроса прерывания после завершения очередной команды.
Время реакции определяется для запроса с наивысшим приоритетом .
Глубина прерывания — максимальное число программ, которые могут прерывать друг друга. Глубина прерывания обычно совпадает с числом уровней приоритетов , распознаваемых системой прерываний . Работа системы прерываний при различной глубине прерываний ( n ) представлена на рис. 14.2. Здесь предполагается, что с увеличением номера запроса прерывания увеличивается его приоритет .
Рис. 14.2. Работа системы прерываний при различной глубине прерываний
Без учета времени реакции , а также времени запоминания и времени восстановления:
t11+t12=t1, t21+t22=t2.
Источник: intuit.ru