Аппаратные прерывания. Прерывания и исключения - это события, указывающие на возникновении в системе или в выполняемой в данный момент задаче определенных условий

Система прерываний

Прерывания и исключения - это события, указывающие на возникновении в системе или в выполняемой в данный момент задаче определенных условий, требующих вмешательства процессора. Возникновение таких событий вынуждает процессор прервать выполнение текущей задачи и передать управление специальной процедуре или задаче, называемой обработчиком прерывания или обработчиком исключения.

Прерывания обычно возникают в произвольный момент времени. Прерывания бывают аппаратные (или внешние) и программные. Внешние прерывания генерируются по аппаратному сигналу, поступающему от периферийного оборудования, когда оно требует обслуживания. Программные прерывания генерируются при помощи инструкции INT n.

Исключения являются для процессора внутренними событиями и сигнализируют о каких-либо ошибочных условиях при выполнении той или иной инструкции: деление на ноль, нарушение правил защиты, неприсутствие страницы и т.п.

Архитектура IA-32 предоставляет механизм обработки прерываний и исключений, прозрачный для прикладного и системного программного обеспечения. При возникновении прерывания или исключения текущая выполняемая задача автоматически приостанавливается на время выполнения обработчика, после чего ее выполнение возобновляется без потери непрерывности выполнения, кроме случаев, когда обработка прерывания или исключения вынуждает завершить программу.

Все прерывания и исключения имеют номер (иногда именуемый вектором) в диапазоне от 0 до 255. Номера 0...31 зарезервированы фирмой Intel для исключений.

Процессор определяет необходимость обработки внешнего прерывания по наличию сигнала на одном из контактов INTR# или NMI#. При появлении сигнала на линии INTR# внешний контроллер прерываний (например, 8259A) должен предоставить процессору вектор (номер) прерывания. С линией NMI# всегда связано прерывание с номером 2. В процессорах Pentium+ эти линии могут быть сконфигурированы на использование APIC (Advanced Programmable Interrupt Controller), тогда они называются LINT0 и LINT1 и информация по ним передается в виде сообщений в специальном формате.

Следует отметить, что появление сигналов на некоторых других контактах процессора также прерывает работу процессора. Однако обработка этих событий отличается от механизма обработки прерываний и исключений, описываемого в этом разделе. К таким сигналам относятся: RESET# и INIT# (аппаратный сброс), SMI# (переход в режим системного управления) и некоторые другие.

Прерывания, которые генерируются при поступлении сигнала на вход INTR#, называют маскируемыми аппаратными прерываниями. Бит IF в регистре флагов позволяет заблокировать (замаскировать) обработку таких прерываний.

Прерывания, генерируемые сигналом NMI#, называют немаскируемыми аппаратными прерываниями. В процессорах Pentium+ немаскируемое прерывание может быть сгенерировано при получении специального сообщения по шине APIC. Немаскируемые прерывания не блокируются флагом IF. Пока выполняется обработчик немаскируемого прерывания процессор блокирует получение немаскируемых прерываний до выполнения инструкции IRET, чтобы исключить одновременную обработку нескольких немаскируемых прерываний. Рекомендуется вызывать этот обработчик через шлюз прерывания, тогда на время его выполнения будут также заблокированы маскируемые прерывания.

Прерывания всегда обрабатываются на границе инструкций, т.е. при появлении сигнала на контакте INTR# или NMI# процессор сначала завершит выполняемую в данный момент инструкцию (или итерацию при наличии префикса повторения), а только потом начнет обрабатывать прерывание. Помещаемый в стек обработчика адрес очередной инструкции позволяет корректно возобновить выполнение прерванной программы.

Несмотря на возможность спекулятивного выполнения, присущую архитектуре P6+, в прерванной программе сохраняется порядок выполнения инструкций, заложенный программистом. Это обеспечивается механизмом "отката" (retirement phase).

Дата добавления: 2014-01-07