Система прерываний 32-разрядных микропроцессоров i80x86

⇐ ПредыдущаяСтр 4 из 6Следующая ⇒

В микропроцессорах семейства i80x86 система прерываний построена таким образом, чтобы, с одной стороны, обеспечить возможность создавать эффективные и надежные мультипрограммные операционные системы, которые должны функционировать в защищенном режиме, а с другой стороны -- обеспечить возможность выполнять программы, разработанные для реального режима. Рассмотрим коротко оба режима.

Работа системы прерываний в реальном режиме работы процессора

В реальном режиме работы система прерываний использует понятие вектора прерывания. Термин "вектор прерываний" используется потому, что для указания адреса используется не одно значение, а два, то есть мы имеем дело не со скалярной величиной, а с "векторной".
Итак, каждый вектор прерываний состоит из 4 байтов или 2 слов: первые два содержат новое значение для регистра IP, а следующие два -- новое значение регистра CS. Таблица векторов прерываний занимает 1024 байта. Таким образом, в ней может быть задано 256 векторов прерываний. В процессоре i8086 эта таблица располагается на адресах 00000H-003FFH. Расположение этой таблицы в процессорах i80286 и старше определяется значением регистра IDTR -- Interrupt Descriptor Table Register. При включении или сбросе процессора i80x86 этот регистр обнуляется. Однако при необходимости можно в регистре IDTR указать смещение и, таким образом, перейти на новую таблицу векторов прерываний.
Таблица векторов прерываний заполняется (инициализируется) при запуске системы, но в принципе может быть изменена или перемещена.
Каждый вектор прерывания имеет свой номер, называемый номером прерывания, который указывает его место в таблице. Этот номер, помноженный на четыре (сдвиг на два разряда влево и заполнение освободившихся битов нулями), и сложенный с содержимым регистра IDTR, дает абсолютный адрес первого байта вектора в оперативной памяти.
Подобно вызову процедуры, прерывание заставляет микропроцессор сохранить в стеке информацию для последующего возврата, а затем перейти к группе команд, адрес которых определяется вектором прерывания. Таким образом, прерывание вызывает косвенный переход к своей подпрограмме обработки за счет получения ее адреса из вектора прерывания.
В IBM PC, как и в других вычислительных системах, прерывания бывают двух видов: внутренние и внешние.
Внутренние прерывания, как мы уже знаем, возникают в результате работы процессора. Они возникают в ситуациях, которые нуждаются в специальном обслуживании, или при выполнении специальных инструкций -- INT или INTO. Это следующие прерывания:

прерывание при делении на ноль; номер прерывания -- 0;
прерывание по флагу TF (trap flag). В этом случае прерывание обычно используется специальными программами отладки типа DEBUG. Номер прерывания -- 1;
инструкции INT (interrupt -- выполнить прерывание с соответствующим номером) и INTO (interrupt if overflow -- прерывание по переполнению). Эти прерывания называются программными.

В качестве операнда команды INT указывается номер прерывания, которое нужно выполнить, например INT 10H. Программные прерывания как средство перехода на соответствующую процедуру были введены для того, чтобы выполнение этой процедуры осуществлялось в привилегированном режиме, а не в обычном пользовательском.
Внешние прерывания возникают по сигналу какого-нибудь внешнего устройства. Существуют два специальных внешних сигнала среди входных сигналов процессора, при помощи которых можно прервать выполнение текущей программы и тем самым переключить работу центрального процессора. Это сигналы NMI (no mask interrupt, немаскируемое прерывание) и INTR (interrupt request, запрос на прерывание). Соответственно, внешние прерывания подразделяются на немаскируемые и маскируемые.
Маскируемые прерывания генерируются контроллером прерываний по заявке определенных периферийных устройств. Контроллер прерываний (его обозначение -- i8259A) поддерживает восемь уровней (линий) приоритета; к каждому уровню "привязано" одно периферийное устройство. Маскируемые прерывания часто называют еще аппаратными прерываниями. В ПК, начиная с IBM PC AT, построенных на базе микропроцессора i80286, используются два контроллера прерываний i8259A; они соединяются каскадным образом. Схема последовательного соединения этих контроллеров изображена на рис. 3.12.
Таким образом, на IBM PC AT предусмотрено 15 линий IRQ (Interrupt Request), часть которых используется внутренними контроллерами системной платы, а остальные заняты стандартными адаптерами либо не используются. Ниже перечислены линии запроса на прерывание, которые мы приводим потому, что каждый специалист по вычислительной технике должен знать основные стандарты ПК. Итак, линии IRQ:

0 -- системный таймер;
1 -- контроллер клавиатуры;
2 -- сигнал возврата по кадру (EGA/VGA), на AT соединен с IRQ 9;
3 -- обычно COM2/COM4;
4 -- обычно COM1/COM3;
5 -- контроллер HDD (на первых компьютерах IBM PC XT), обычно свободен на IBM PC AT и используется звуковой картой;
6 -- контроллер FDD;
7 -- LPT1, многими LPT-контpоллеpами не используется;
8 -- часы реального времени с автономным питанием (RTC -- real time clock);
9 -- параллельна IRQ 2;
10 -- не используется, то есть свободно;
11 -- свободно;
12 -- обычно контроллер мыши типа PS/2;
13 -- математический сопроцессор;
14 -- обычно контроллер IDE0 (первый канал);
15 -- обычно контроллер IDE1 (второй канал).

Рис. 3.12. Каскадирование контроллеров прерывания

Как известно, прерывания могут быть инициированы внешним устройством ПК или специальной командой прерывания из программы. В любом случае, если прерывания разрешены, то выполняется следующая процедура:

1. В стек помещается регистр флагов PSW.

2. Флаг включения/выключения прерываний IF и флаг трассировки TF, находящиеся в регистре PSW, обнуляются для блокировки других маскируемых прерываний и исключения пошагового режима исполнения команд.

3. Значения регистров CS и IP сохраняются в стеке вслед за PSW.

4. Вычисляется адрес вектора прерывания, и из вектора, соответствующего номеру прерывания, загружаются новые значения IP и CS.

Когда системная подпрограмма принимает управление, она может снова разрешить маскируемые прерывания командой STI (set interrupt flag, установить флаг прерываний), которая переводит флаг IF в состояние 1, что разрешает микропроцессору вновь реагировать на прерывания, инициируемые внешними устройствами, поскольку стековая организация позволяет вложение прерываний друг в друга.
Закончив работу, подпрограмма обработки прерывания должна выполнить инструкцию IRET (interrupt return), которая извлекает из стека три 16-битовых значения и загружает их в указатель команд IP, регистр сегмента команд CS и регистр PSW соответственно. Таким образом, процессор сможет продолжить работу с того места, где он был прерван.
В случае внешних прерываний процедура перехода на подпрограмму обработки прерывания дополняется следующими шагами:

1. Контроллер прерываний получает заявку от определенного периферийного устройства и, соблюдая схему приоритетов, генерирует сигнал INTR (interrupt request), который является входным для микропроцессора.

2. Микропроцессор проверяет флаг IF в регистре PSW. Если он установлен в 1, то переходим к шагу 3. В противном случае работа процессора не прерывается. Часто говорят, что прерывания замаскированы, хотя правильнее говорить, что они отключены. Маскируются (запрещаются) отдельные линии запроса на прерывания посредством программирования контроллера прерываний.

3. Микропроцессор генерирует сигнал INTA (подтверждение прерывания). В ответ на этот сигнал контроллер прерывания посылает по шине данных номер прерывания. После этого выполняется описанная нами ранее процедура передачи управления соответствующей программе обработки прерывания.

Номер прерывания и его приоритет устанавливаются на этапе инициализации системы. После запуска ОС пользователь, как мы уже отмечали, может изменить таблицу векторов прерывания, поскольку она ему доступна.

Дата добавления: 2018-05-12; просмотров: 532; Мы поможем в написании вашей работы!

Поделиться с друзьями:

⇐ Предыдущая 1 2 345 6 Следующая ⇒

Мы поможем в написании ваших работ!