7. Сущность процедуры «прерывание», ее назначение, временные диаграммы, область применения.
Инструментальные средства совмещения операций обработки ввода-вывода.
Прерывание – процедура переключения ЦП с одной программы на другую по внешнему сигналу с сохранением информации для последующего возобновления прерванной программы (рис. 1.6).
Рис. 1.6
ПУ при возникновении события, требующего
реакции со стороны ЦП, формируют сигнал,
называемый запросом прерывания. Он
может поступать в ЦП в произвольные
моменты времени асинхронно по отношению
к выполнению программы. Поэтому запросы
прерываний запоминаются в специальном
регистре, называющемся регистром запроса
прерываний (РгЗП). Состояние РгЗП
анализируется аппаратными или программными
средствами в определенные моменты
выполнения программы или команды.
Интервал времени ожидания между моментом
поступления сигнала запроса прерывания
в РгЗП и моментом начала обработки
прерывания называется временем
ожидания или реакцией на прерывание
.
Обработка прерывания включает в себя
этапы запоминания состояния прерываемой
программы и перехода к выполнению
прерывающей программы. Длительность
этого этапа -
.
Следующий этап – выполнение прерывающей
программы. Его длительность -
.
И третий этап – восстановление состояния
прерванной программы и возвращение к
ее выполнению. Его длительность -
.
В реальных СУО возможно несколько внешних источников прерываний. Кроме ПУ сигналы прерываний могут формироваться и другими схемами, например, схемами контроля ЦП, системой питания памяти и другими устройствами, время возникновения которых невозможно предсказать. При наличии нескольких источников запроса прерываний устанавливается определенный порядок их обслуживания путем назначения приоритетов. С этой целью запросы прерываний в зависимости от назначенного приоритета направляются на различные разряды РгЗП. Последующий опрос разрешается производить в строго определенной последовательности. Номер разряда РгЗП не только определяет приоритет запроса, но и позволяет найти соответствующую данному запросу программу обслуживания прерывания. Поступивший запрос на прерывание всегда может прервать менее приоритетную программу. Таким образом, время задержки в обнаружении запроса определяется не только временем реакции аппаратуры, но и числом ожидающих обработки запросов более высокого приоритета.
Помимо рассмотренных, в системе прерываний широко распространена так называемая векторная система. Информация о месте возникновения запроса в ней передается от источника прерываний в виде адреса ячейки памяти, содержание которой определяет выполнение конкретной программы обслуживания. Эта ячейка или несколько последовательных ячеек хранит также дополнительную управляющую информацию. Содержание ячеек принято называть вектором прерываний. Векторный способ организации прерываний распространен в мини- и микро- ЭВМ.
6. Что такое «коэффициент перекрытия» операций обработки и ввода-вывода, какими средствами его можно целенаправленно изменять.
В данном случае длительность решения задач описывается другой формулой:
-
коэффициент
перекрывания или совпадения во времени
операций обработки и ввода – вывода,
характеризующий долю цикла.
При
отсутствии перекрытия
.
При полном перекрытии, когда операции
обработки и ввода – вывода выполняются
совершенно независимо,
.
Из формулы следует, что для уменьшения
следует увеличить
.
Для увеличения
необходимо выполнение следующих условий:
управление ПУ при подготовке квантов информации должно осуществляться автономно, независимо от ЦП;
в ЭВМ должны быть предусмотрены средства связи для передачи квантов информации между ПУ и ОЗУ, минуя АЛУ, т.е. средства прямого доступа к памяти;
должны быть предусмотрены средства для параллельного выполнения процессов обработки в ЦП и подготовки квантов информации в ПУ;
в течение всего процесса ввода – вывода информации ЦП должен быть загружен операциями обработки, чтобы не возникали простои из-за нехватки исходных данных или команд.
Структура ЭВМ с асинхронным параллельным выполнением операций обработки и ввода – вывода представлена на рис. 1.5.
Рис. 1.5
Управление работой ПУ в формировании текущих адресов и запросов к памяти осуществляется посредством специальных схем управления (канала ввода – вывода (КВВ)), взаимодействие которых с ЦП реализуется через систему прерываний и приостановок.