При реализации ввода/вывода по прерываниям необходимо дать ответы на два вопроса

Реализация ввода/вывода по прерываниям

Рассмотрим случай принтера, не буферизирующего символы, а печатающего их сразу по прибытии.

Когда внешнее устройство готово к обмену данными

· оно через модуль ввода-вывода извещает об этом процессор с помощью запроса на прерывание

· ЦП осуществляет передачу очередного элемента данных

· после чего возобновляет выполнение прерванной программы.

Если принтер может печатать, скажем, 100 символов в секунду, то на печать каждого символа уходит 10 мс. Это значит, что после записи каждого символа в регистр данных принтера центральный процессор должен ждать в цикле целых 10 мс, пока ему не позволят записать в регистр следующий символ. Этого времени более чем достаточно для переключения контекста и запуска другого процесса на 10 мс, которые в противном случае просто будут потеряны. Предоставить центральному процессору возможность делать что-нибудь в то время, когда принтер переходит в состояние готовности, можно при помощи прерываний.

· Когда выполняется системный вызов печати строки буфер копируется в пространство ядра и первый символ строки копируется на принтер, как только принтер выставит бит готовности.

· После этого центральный процессор вызывает планировщик, который запускает какой-либо другой процесс. Процесс, попросивший распечатать строку, оказывается заблокирован.

· Когда принтер напечатал символ и готов принять следующий, он инициирует прерывание.

· Это прерывание вызывает остановку текущего процесса и сохранение его состояния.

· Затем запускается процедура обработки прерывания от принтера. Если напечатаны все символы, обработчик прерывания предпринимает необходимые меры для разблокировки процесса пользователя. В противном случае он печатает следующий символ, подтверждает прерывание и возвращается к процессу, выполнение которого было приостановлено прерыванием от принтера.

Этот метод эффективнее программно управляемого ввода-вывода, поскольку устраняет ненужные ожидания, однако обработка прерывания занимает достаточно много времени ЦП. Кроме того, каждое слово, пересылаемое из памяти в модуль ввода-вывода или в противоположном направлении, как и при программно управляемом вводе-выводе, проходит через ЦП.

Во-первых, определить, каким образом ЦП может выяснить, какой из модулей ввода-вывода и какое из подключенных к этому модулю внешних устройств выставили запрос.

Во-вторых, при множественных прерываниях требуется решить, какое из них должно быть обслужено в первую очередь.

Рассмотрим вопрос идентификации устройства. Здесь возможны три основных метода:

1. множественные линии прерывания;

2. программная идентификация;

3. векторное прерывание.

Применение множественных линий прерывания. Наиболее простой подход к решению проблемы определения источника запроса — применение множественных линий прерывания между ЦП и модулями ввода/вывода, хотя выделение слишком большого количества управляющих линий для этих целей нерационально.

Более того, даже если присутствует несколько линий прерывания, желательно, чтобы каждая линия использовалась всеми модулями ввода-вывода, при этом для каждой линии действует один из двух остальных методов идентификации устройства.

При программной идентификации, обнаружив запрос прерывания, ЦП переходит к общей программе обработки прерывания, задачей которой является опрос всех модулей ввода-вывода с целью определения источника запроса. Для этого может быть выделена специальная командная линия опроса.

· ЦП помещает на адресную шину адрес опрашиваемого модуля ввода-вывода и формирует на этой линии сигнал опроса.

· Реакция модуля зависит от того, выставлял он запрос или нет.

Возможен и иной вариант, когда каждый модуль ввода-вывода включает в себя адресуемый регистр состояния.

· ЦП считывает содержимое регистра состояния каждого модуля

· выясняет источник прерывания

· источник прерывания установлен

· ЦП переходит к программе обработки прерывания, соответствующей этому источнику.

Недостаток метода программной идентификации заключается в больших временных потерях.

Векторное прерывание. Наиболее эффективную процедуру идентификации источника прерывания обеспечивают аппаратные методы, в основе которых лежит идея векторного прерывания.

В этом случае, получив подтверждение прерывания от процессора, выставившее запрос устройство выдает на шину данных специальное слово, называемое вектором прерывания.

Слово содержит либо адрес модуля ввода-вывода, либо какой-нибудь другой уникальный идентификатор, который ЦП интерпретирует как указатель на соответствующую программу обработки прерывания.

Такой подход устраняет необходимость в предварительных действиях с целью определения источника запроса прерывания. Реализуется он с помощью хранящейся в оперативной памяти таблицы векторов прерывания, где содержатся адреса программ обработки прерываний.

Входом в таблицу служит вектор прерывания.

Начальный адрес таблицы (база) обычно задается неявно, то есть под таблицу отводится вполне определенная область памяти.

Наиболее распространены два варианта векторной идентификации источника запроса прерывания: цепочечный опрос и арбитраж шины.

1. При цепочечном методе для передачи запроса прерывания модули ввода/вывода совместно используют одну общую линию.

Линия подтверждения прерывания последовательно проходит через все модули ввода-вывода.

· ЦП обнаруживает запрос прерывания

· ЦП посылает сигнал по линии подтверждения прерывания

· сигнал движется через цепочку модулей, пока не достигнет того, который выставил запрос.

· запросивший модуль реагирует путем выдачи на шину данных своего вектора прерывания.

2. В варианте арбитража шины модуль ввода-вывода, прежде чем выставить запрос на линии запроса прерывания, должен получить право на управление шиной.

Таким образом, в каждый момент времени активизировать линию запроса прерывания может только один из модулей.

· Когда ЦП обнаруживает прерывание, он отвечает по линии подтверждения.

· После этого запросивший модуль помещает на шину данных свой вектор прерывания.

Дата добавления: 2014-01-14