Система прерываний ЭВМ

Современная ЭВМ представляет собой комплекс автономных устройств, каждое из которых выполняет свои функции под управлением собственного контроллера независимо от других устройств машины. Включает его в работу ЦП. Он передает устройству команду и необходимые для ее исполнения параметры. После начала работы устройства ЦП отключается от него и переходит к выполнению других функций. Для того чтобы ЦП, выполняя свою работу, имел возможность реагировать на события, происходящие вне его зоны внимания, наступления которых он «не ожидает», существуетсистема прерываний ЭВМ (Interrupts). Кроме того, режим прерываний позволяет организовать работу МП так, чтобы при появлении неисправностей или нештатных ситуаций полученные к этому времени правильные результаты были сохранены.

Принцип действия системы прерыванийзаключается в следующем. При выполнении программы после каждого рабочего такта микропроцессора изменяются содержимое регистров, счетчиков, состояние отдельных управляющих триггеров, т.е. изменяется состояние процессора. Совокупность значений наиболее существенных информационных элементов называется вектором или словом состояния процессора (в некоторых случаях - словом состояния программы). Вектор состояния в каждый момент времени содержит информацию, достаточную для продолжения выполнения программы или повторного пуска ее с точки, соответствующей моменту формирования данного вектора. Формируется вектор в соответствующем регистре процессора.

Каждое событие, требующее немедленной реакции со стороны ЦП, сопровождается специальным сигналом - запросом прерывания. Получив его, ЦП прекращает обработку текущей программы, сохраняет вектор состояния и переходит к выполнению специальной программы - обработчика прерывания, предназначенной именно для данного события. Завершив обработку прерывания, ЦП возвращается к выполнению отложенной программы.

На случай поступления одновременно нескольких запросов прерывания в ЭВМ установлен определенный порядок обслуживания поступающих запросов, предусмотрена, в частности, возможность разрешать или запрещать прерывания определенных видов.

Виды прерываний. В зависимости от вида источника прерывания их разделяют на аппаратные, логические и программные прерывания.

Аппаратные прерывания – это прерывания, поступающие по специальным линиям от устройств (таймера, клавиатуры, дисководов, принтера и т.д.). Они позволяют микропроцессору выполнять основную работу, не отвлекаясь на проверку систем при отсутствии такой необходимости, или прервать выполняемую работу и переключиться на анализ возникшей ситуации сразу после ее появления. Аппаратные прерывания не координируются с работой программы, для их систематизации и определения очерёдности выполнения используется контроллер прерывания.

Логические прерывания возникают при появлении ошибок в выполняемых программах (деление на 0, переполнение разрядной сетки АЛУ, нарушение защиты памяти и т.п.). Запросы на логические прерывания вырабатываются внутри микропроцессора. Логические прерывания могут использоваться для перевода микропроцессора в пошаговый режим работы при отладке программ или остановки программы при достижении программой намеченной контрольной точки.

Программные прерывания – это прерывания, сформированные программным путем, с помощью специальных команд операционной системы. Они используются, например, при работе компьютера в многопрограммном режиме, когда возникает необходимость «переключать внимание» микропроцессора на различные виды работ, одновременно выполняемые в системе.

В зависимости от места нахождения источника прерываний они могут быть разделены на внутренние (программные и логические) и внешние прерывания (поступающие в ЭВМ от внешних источников, например, клавиатуры или модема).