Подключение регистров к системной шине

Прерывания - это переключения МП с одной программы на другую в ответ на действия некоторого внешнего сигнала. Как правило, переключение обеспечивает возможность возврата к прерванной программе. Набор средств, обеспечивающих такое переключение и возврат, называется системой прерываний. Реакция – интервал времени между запросом и выполнением.

Обобщенная структура системы прерываний.

-на каждый запрос прерываний должна быть своя подпрограмма

-для каждого сигнала своя точка входа

-запомнить состояние задачи на момент выхода

-фиксатор ЗП – для захвата и сохранения внешних запросов прерываний (ЗП) есть фиксатор ЗП (набор триггеров), т.е. регистр.

-средства выбора ЗП – выбирается запрос и программа обработки

-средство запуска – устройство управления подсистемами

Эта модель Фон Неймана, т.е. мы можем обслуживать лишь 1 запрос; поэтому нужно средство выбора запроса прерывания.

Все эти средства могут быть реализованы тремя способами:

1.аппаратно

2.программно.

3.аппаратно - программно

Стратегии выбора запроса прерывания:

1) С круговой диспетчеризацией

2) С относительными приоритетами

3) С абсолютными приоритетами

Регистр запросов прерываний

1.Система с круговой диспетчеризацией

Запросы имеют одинаковые приоритеты.В такой структуре каждый запрос будет обязательно обслужен. При малой интенсивности запросов, такая дисциплина фактически обеспечивает обслуживание по очереди или в порядке поступления.

Недостатки: такая система не позволяет выделить и построить ранжированную систему запросов.

2.Система с относительными приоритетами

Запрещены прерывания прерываний.Перебор источников прерываний всегда осуществляется в одном и том же порядке. При такой дисциплине четко просматривается приоритетность. Приоритет сказывается только во время выбора приоритета прерывания. Т.е. если обслуживание началось, то оно будет доведено до конца.

3.Система с абсолютными приоритетами

В такой системе всегда обслуживается событие с высшим приоритетом. В таких системах, разрешается прерывание прерываний (вложенные прерывания). Вводится понятие реентерабильности программы; регистр ЗП.

В простых системах управления приоритетами используется идея маскирования. Каждому разряду регистра запроса прерывания ставится в соответствие триггер разрешения прерывания.

Маскирование используется практически во всех системах.

Первый прием маскирования.

Разряд разрешения прерывания делается доступным программно.

РП - программно доступен.

РРП – регистр разрешения прерывания

РМ - регистр маски.

РЗП - регистр запроса прерывания.

в систему вводится приоритетный уровень выполняемой программы.

Под уровнем приоритета выводится один разряд, который либо разрешает, либо запрещает прерывание.

Есть проблема переключения на программу обработки. Попробуем ее решить.

Допустим, у нас есть система и отдельные запросы прерываний, т.е. есть отдельно входы для запроса прерываний. И можно организовать внутреннюю структуру привязки.

Простой вариант: за каждым входом ЗП мы выделяем место в оперативной памяти. Т.е. все возлагается на аппаратную часть системы.

Есть проблема: как отводить место в оперативной памяти? Сколько места отводить под каждую программную обработку? Нужно сделать, чтобы в ОП умещалась команда перехода, например goto (без возврата).

Это есть не что иное, как косвенная адресация, и чтобы не забывать месть под команду перехода, нужно, заменить косвенную адресацию, т.е. каждому входу мы ставим соответственный фиксированный адрес. Кроме адреса входа эелательно знать содержимое регистра состояния. Поэтому очень часто, кроме адреса входа записывают служебную информацию, которая задаст состояние процессора на момент входа программной оболочки.

Проблемы по выбору программы возникают, когда у процессора всего 1 уровень прерывания или на 1 вход подвешивается несколько источников прерываний. Тогда как найти того, кто запросил прерывание?

Нужно, чтобы система не могла среагировать на другие прерывания и нужно их прицепить на один вход. За входом закреплена программа обработчик.

Попробуем сделать

Т.е. мы объединяем ЗП по «или», тогда, нужно перебирать по очереди, чтобы понять какой именно ЗП. Программа будет такая.

В этой схеме есть НО:

Время реакции – время от момента запроса до момента выхода на 1- ую команду обработки запроса. Время реакции для одних систем критично, а для других нет. Для времени реакции наш способ длинный. Поэтому часто проблемы лучше решать аппаратными способами. Например. Заменить «или» проводками. Это будет монтажное «или».

Если вспомнить из схемотехники, то это

Простой вариант порта Вв/Выв (ПВВ)

Теперь не надо перебирать всех кто просил, а схема.

Эта программа короче, т.к. требует только одно обращение к внешнему миру.

Поиск “1” – приоритетный вывод одного из запросов.

В фиксатор ставится буфер. В этом случае программа будет простой в чтении ПВВ – кода.

Сохранение состояния - построение прерывания с набором регистров и они переключаются.

Как организовать синхронизацию процесса с внешним миром:

- синхронно – программа не узнает о действительном моменте готовности к обмену.

Используется стартстопный механизм, если граница цвета, то это сделать просто. Пример: буферная память в печатающем устройстве.

Стартстопный механизм – пуск, затем прием данных, затем отсылка на цифровой преобразователь. Ожидание действия можно организовать программно (через РС). Можно формирование временных литералов возложить на схему. Но при этом подходе не возможен обмен со всеми устройствами, запрашиваемыми с клавиатуры. При синхронной аппаратной части, должна знать о готовности внешнего мира. Мы вводим регистр состояния, по которому узнаем: готов внешний мир или нет. Тогда разряд готовности = 1, когда есть данные =0, если данные взяты.

В нашей структуре:

ПЛЮС: Позволяет все быстро делать.

Он висит в состоянии ожидания. Этот цикл ничем не отличается от цикла готовности.

Для того, чтобы долее эффективно использовать процессорное время, не было цикла ожидания, для обмена данных используют систему прерываний.

Структура аппаратной части.

В структуре программы должны быть 3 фрагмента, чтобы она работала.

1) Инициализация системы прерывания.

Надо обеспечить работу аппарата сохранения (можно стек), т.е. установка стека, инициализация таблиц переходов, управление глобальным разрешением работы программы.

2) Разрешение прерывания от данного внешнего устройства.

3) Программа обработки запроса внешнего устройства.

t1, t2 – моменты возникновения сигналов ВУ.

Если программа является системно независимой, то все это она делает сама.

Программно управляемый обмен имеет недостатки: при передаче данных участвует ЦП и программа. Программный объем обеспечивает передачу данных за 2 цикла:

В 1 – ЦП заберет данные на себя

В 2 – выкинет данные на улицу (на порт вв/выв)

Другой недостаток:

Имеем системную шину, которая имеет определенные временные характеристики. Допустим 4 такта цикла, или 2 такта. И есть предельная скорость передачи данных.

На нашей схеме мы вдвое снижаем скорость передачи данных. Используется механизм межпроцессорного(внепроцессорного) обмена.