Определение. Последовательность действий при обработке

Итак, прерывание - одно из событий в вычислительной системе, на возникновение которого предусмотрена стандартная реакция аппаратуры ЭВМ. Количество различных типов прерываний ограничено и определяется при разработке аппаратуры ЭВМ.

Прерывания можно разделить на две группы внутренние и внешние.

Внутренние прерывания инициируются схемами контроля работы процессора. Это может быть реакция ЦП на программную ошибку. Например, деление на ноль.

Внешние прерывания – это средство, позволяющее ЭВМ корректно взаимодействовать с внешними устройствами. Это может быть событие, связанное с поступлением новой информации от ВУ или возникновение ошибки во ВУ.

Аппарат прерываний ЦП обеспечивает стандартную реакцию аппаратуры при возникновении прерывания. Тем самым обеспечивается возможность корректной обработки прерываний в ВС.

Рассмотрим обобщенную (и упрощенную) модель последовательности действий, происходящих в ВС при возникновении прерывания.

При обработке события, связанного с возникновением прерывания на первом этапе работает аппаратура ВС. При этом аппаратно (без участия программы) выполняются следующие действия:

1. Включается режим блокировки прерываний. При этом режиме в системе запрещается инициализация новых прерываний. Возникающие в это время прерывания могут либо игнорироваться, либо откладываться (зависит от конкретной аппаратуры ЭВМ и типа прерывания).
2. Обработка прерывания предполагает сохранение возможности корректного продолжения прерванной программы (процесса) с точки прерывания. Поэтому следующий шаг аппаратной обработки – “малое упрятывание“ – копирование в специальную регистровую память ЦП (регистровый буфер, таблицу) минимального количества регистров и настроек ЦП, достаточных для запуска программы ОС, обрабатывающей прерывания. Это заведомо счетчик команд, регистр результата, некоторое количество регистров общего назначения. Следует отметить, что возможно организовать копирование (или упрятывание) всех регистров, используемых программой, но это, в общем случае, нецелесообразно, так как может потребовать значительных объемов регистровой памяти, а также потребует значительного времени работы в режиме блокировки прерываний.
3. Следующим шагом является переход на программный режим обработки прерываний. Для этих целей в аппаратуру ВМ обычно жестко “зашивается” адрес точки в ОЗУ, начиная с которой предполагается размещение части ОС, занимающейся программной обработкой прерываний – точка входа в обработчик прерываний. (Возможно определение не одной, а группы таких точек – по одной на тип или группу прерываний). Переход на программный этап обработки прерываний есть передача управления на точку входа в обработчик прерываний. Этот переход осуществляется не программно (за счет исполнения одной из команд передачи управления), а аппаратно (например, аппаратной записью в счетчик команд адреса точки входа).

Второй этап. Программная обработка прерывания. Управление передано на точку ОС, занимающуюся обработкой прерывания. При входе в эту точку часть ресурсов ЦП, используемых программами освобождена (результат малого упрятывания). Поэтому будет запущена программа ОС, которая может использовать только освобожденные малым упрятыванием ресурсы ЦП (перечень доступных в этот момент ресурсов – характеристика аппаратуры). Выполняется следующая последовательность действий:

1. Анализ и предварительная обработка прерывания. Происходит идентификация типа прерывания, определяются причины. Если прерывание " короткое" обработка не требует дополнительных ресурсов ЦП и времени, то прерывание обрабатывается, происходит разблокировка прерываний и возврат в первоначальную программу (не вдаваясь в подробности, эта последовательность действий организована так, что гарантируется корректное восстановление всех регистров и настроек ЦП).
   Если прерывание требует использования всех ресурсов ЦП, то переходим к следующему шагу.
2. “Полное упрятывание” осуществляется полное упрятывание состояния всех ресурсов ЦП, использовавшихся прерванной программой (все регистры, настройки, режимы и т.д.) в специальную программную таблицу (в контекст процесса или программы – о нем позже). То есть в данную таблицу копируется содержимое аппаратной таблицы, содержащей сохраненные значения ресурсов ЦП после малого упрятывания, а также копируются все оставшиеся ресурсы ЦП используемые программно, но не сохраненные при малом упрятывании. После данного шага программе обработки прерываний становятся доступны все ресурсы ЦП, а прерванная программа получает статус ожидания завершения обработки прерывания. В общем случае программ или процессов, ожидающих завершения обработки прерывания может быть произвольное количество.
3. До данного момента времени все действия происходили в режиме блокировки прерываний. Почему? Потому что режим блокировки прерываний – единственная гарантия оттого, что не придет новое прерывание и при его обработке не потеряются данные, необходимые для продолжения прерванной программы (регистры, режимы, таблицы ЦП).
   После полного упрятывания разблокируются прерывания (то есть включается стандартный режим при котором возможно появление прерываний).
4. Заключительный этап – завершение обработки прерывания.

Вот упрощенная схема обработки прерывания, в реальных системах она может иметь отличия и быть сложнее. Но основные идеи обычно остаются неизменными. Аппарат прерываний позволяет системе фиксировать и корректно обрабатывать различные события, возникающие как внутри системы, так вне нее.