Способы обмена инфо в ЭВМ. Система прерываний

Подсистема прерываний — совокупность аппаратных и программных средств, обеспечивающих реакцию программы на события, происходящие вне программы. Такие события возникают, как правило, случайно и асинхронно по отношениюк программе и требуют прекращения (чаще временного) выполнения текущей программы и переход на выполнение другой программы (подпрограммы), соответствующей возникшему событию.

Различают внутренние и внешние (по отношению к процессору) события, требующие реакции подсистемы прерываний. К внутренним событиям относятся переполнение разрядной сетки при выполнении арифметических опе­раций, попытка деления на 0, извлечение корня четной степени из отрицательного числа, появление несуществующего кода команды, обращение про­граммы в область памяти, для нее не предназначенную, сбой при выполнении передачи данных или операции в АЛУ и многое другое. Внутренние преры­вания должны обеспечиваться развитой системой аппаратного контроля про­цессора, поэтому они не получили широкого распространения в простых 8- и 16-разрядных МП.

Внешние прерывания могут возникать во внешней по отношению к процессору среде и отмечать как аварийные ситуации (кончилась бумага на принте­ре, температура в реакторе превысила допустимый уровень, исполнительный орган робота дошел до предельного положения и т. п.), так и нормальные ра­бочие события, которые происходят в случайные моменты времени (нажата клавиша, исчерпан буфер принтера' или ВЗУ и т. п.). Во всех этих случаях требуется прервать выполнение текущей программы и перейти на выполнение другой программы (подпрограммы), обслуживающей данное событие.

С точки зрения реализации внутренние и внешние прерывания функционируют одинаковым образом, хотя при работе подсистемы с внешними преры­ваниями возникают дополнительные проблемы идентификации источника прерывания. Поэтому ниже остановимся на рассмотрении внешних преры­ваний.

Анализ состояния внешней среды можно осуществлять путем программного сканирования — считывания через определенные промежутки времени слов состояния всех возможных источников прерываний, выделения признаков отслеживаемых событий и переход (при необходимости) на прерывающую подпрограмму (часто ее называют обработчиком прерывания).

Однако такой способ не обеспечивает для большинства применений прием­лемого времени реакции системы на события, особенно при необходимости отслеживания большого числа событий. К тому же при коротком цикле ска­нирования большой процент процессорного времени тратится на проверку (чаще безрезультатную) состояния внешней среды.

Гораздо эффективней организовать взаимодействие с внешней средой таким образом, чтобы всякое изменение состояния среды, требующее реакции МПС, вызывало появление на специальном входе МП сигнала прерывания текущей программы. Организация прерываний должна быть обеспечена оп­ределенными аппаратными и программными средствами, которые мы и на­зываем подсистемой прерываний.

Подсистема прерываний должна обеспечивать выполнение следующих функций:

о обнаружение изменения состояния, внешней среды (запрос на прерывание);

идентификация источника прерывания;

о разрешение конфликтной ситуации в случае одновременного возникнове­ния нескольких запросов (приоритет запросов);

оопределение возможности прерывания текущей программы (приоритет программ);

о фиксация состояния прерываемой (текущей) программы;

о переход к программе, соответствующей обслуживаемому прерыванию;

о возврат к прерванной программе после окончания работы прерывающей программы.

Рассмотрим варианты реализации в МПС перечисленных выше функций.