Состояние регистровых структур П после выполнения каждого цикла команды изменяется. Совокупность всех состояний регистров П носит название вектора состояний процессора, который создает всю необходимую и достаточную информацию для восстановления прерванной программы или повторного пуска с данной точки. ВС записывается в соответствующих регистрах П и претерпевает изменения после выполнения команды. В ВС входят не все регистры процессора, при этом предполагается, что остальная информация процесса может быть восстановлена или загружена из основной памяти. Обычно под ВС понимают совокупность:
- регистров состояний; регистров команд; аккумулятор и др. регистры.
Т. е., на момент прерывания ВС различен для разных ЭВМ и зависит от конструкционных особенностей каждой. ВС МП 580 включает:
- 16 разрядный счетчик команд; 8 разрядный регистр признаков; Аккумулятор
.
Прерывание – реакция системы на некоторый запрос и выполнение специальной программы, предназначенной для обработки данного запроса. Во время выполнения программы внутри машины и, связанной с ней внешней средой, могут возникать события, требующие немедленной реакции на них со стороны ЭВМ. Эта реакция заключается в том, что машина прерывает обработку текущей программы и переходит к выполнению другой, специально разработанной для идентификации этого события. По завершению специальной программы ЭВМ возвращается к текущей в точку прерывания. Каждое событие, требующее прерывания сопровождается специальным сигналом, который называется запросом на прерывание. Программу, затребованную запросом прерывания, называют прерывающей; противопоставляя её прерываемой программе, выполняющейся до запроса. Запросы могут возникать как внутри ЭВМ, так и в её внешней среде. Запросы прерываний могут формироваться следующими параллельными во времени процессами:
выполнение самой программы;
контроль правильности функционирования;
процессы ВВ;
взаимодействие с внешними объектами.
Т. о., прерывание программы относится к важному архитектурному свойству, которое обеспечивает эффективное использование ресурсов П при наличии нескольких параллельно протекающих во времени процессов (работа П и ПУ, и управление в реальном масштабе времени внешними процессами). Это позволяет вести несколько программ одновременно.
Для организации эффективной работы по организации прерываний программ в ЭВМ используются соответствующие аппаратные и программные средства, совокупность которых получила название системы прерываний программ. Она выполняет следующие функции:
1.определение приоритетных соотношений;
2.запоминание ВС П;
3.осуществление перехода к прерывающей программе;
4.восстановление состояния прерванной программы и возврат к её продолжению.
При наличии нескольких источников запросов прерываний должен быть установлен определенный порядок в обслуживании поступающих запросов, т. е. должны быть установлены приоритетные соотношения, определяющие, какой из нескольких поступающих запросов подлежит обработке первым и имеет или не имеет право прервать ту или иную программу. Приоритет выбора запросов прерывания входит в процедуру перехода к прерывающей программе. Оценка эффективности систем прерывания определяется следующими характеристиками:
1.общее количество запросов на прерывание, т. е. общее количество входов в систему прерывания;
2.время реакции, т. е. время между появлением запроса и началом выполнения прерывающей программы;
Для одного и того же запроса задержки в использовании прерывающей программы зависят от того, сколько программ со старшими приоритетами ждет обслуживания. Затраты времени на переключение программ -
tп=tз+tв – складывается из времени запоминания и времени восстановления.
Уровни и глубина прерываний.
Если после перехода к прерывающей программе и вплоть до её окончания прием других запросов запрещен, то, говорят, что система имеет глубину прерываний 1. Глубина прерываний равна n, если допускается последовательное прерывание до n программ. Т. о., глубина прерываний характеризуется максимальным числом программ, которые могут прервать друг друга. Обычно она совпадает с числом уровней приоритета. Система с большей глубиной прерываний обеспечивает большую реакционную способность вычислительных системы. Число уровней прерываний (классов) – это совокупность запросов трактующихся одним уровнем приоритета, инициирующим одну и ту же обрабатывающую программу. Число уровней прерываний обычно совпадает с глубиной прерываний.
Дисциплина обслуживания
Дисциплина обслуживания. Различают виды:
1.программный (циклический опрос входов системы, приоритет запросов соответствует расположению этого запроса в регистре флагов);
2.аппаратный (основан на схемах жесткой логики);
3.векторный (используются либо регистр масок, либо специальные регистры типа дескрипторных, в которой хранится начальный адрес прерывающей программы).
Если запрос окажется необслужанным к моменту прихода нового запроса от того же источника, то возникает насыщение системы. В этом случае ЗНП от указанного источника будет утерян, что недопустимо. Поэтому при конструировании машин быстродействие, характеристики системы прерываний, число источников прерывания и частота возникновения запросов должны быть взаимно согласованы таким образом, чтобы не произошло насыщения системы. Большей частью в ЭВМ прерывания допускаются после окончания любой текущей программы, время реакции системы характеризуется длительностью выполнения соответствующей команды. Однако, для ЭВМ предназначенной для работы в реальном масштабе времени это время реакции может оказаться большим, потому для такой ЭВМ реакции прерывания осуществляются после любого такта выполнения команд. При этом возрастает количество информации, которое необходимо при запоминании и восстановлении, и при переключении программ для прерываемой и прерывающей программ. В этом случае необходимо запомнить также состояние на уровне микроопераций в момент прерывания (счетчика тактов, регистра кода операции и т. д.). Предложенная система реализации прерываний возможна только в ЭВМ с быстродействующими СОЗУ. В вычислительных машинах число различных ЗНП может достигать нескольких десятков. Запросы, в этом случае, разбивают на отдельные классы/уровни.
Схема распознавания классов прерывания
Запросы всех источников прерывания поступают на регистр ЗНП, устанавливающий соответствующие его разряды/флажки в единичное состояние, определяя т. о. наличие запроса прерывания от соответствующего источника. Запросы: ЗПК 1, ЗПК i, ЗПК k - формируются логическим элементом ИЛИ объединяющим разряды регистра запросов, который характеризует соответствующие классы прерывания. Общая схема ИЛИ объединяет запросы классов и формирует ОСП, который поступает в УУ. Информация о действительной системе прерывания, породившая запрос данного класса содержится в коде прерывания, который отражает состояние разрядов регистра запросов, относящихся к данному классу прерываний. После принятия запросов и передачу управления прерывающей программе соответствующий триггер РГЗП сбрасывается.
Объединение запросов в классы позволяет уменьшить количество АС, но уменьшает быстродействие работы системы прерываний.
Память ЭВМ
Память - совокупность устройств, служащих для фиксации хранения и выдачи информации. Отдельные устройства этой совокупности называются запоминающими устройствами или памятью определенного типа. Термин ЗУ упоминается, если речь идет о принципе построения некоторого устройства, термин память – если необходимо подчеркнуть логическую функцию, выполняемую устройством, или место расположения в составе ЭВМ. Процесс фиксации ЗУ – запись, процесс выдачи – считывание. Запись и чтение есть основные операции в ЗУ и определяются как обращение при записи обращение при чтении. При обращении к памяти осуществляется запись некоторой величины данных (байт, слово, блок данных).
Характеристики ЗУ:
емкость памяти (мак. количество хранимых в ней данных);
удельная емкость (отношение емкости к физическому размеру);
быстродействие.
Быстродействие памяти определяется продолжительностью операции обращения, т. е. временем необходимым для поиска места хранения нужной информации в памяти или места последующей записи. В некоторых устройствах памяти считывание сопровождается стиранием и в этом случае цикл обращения содержит операцию восстановления считанной информации.
Время обращения к памяти при чтении определяется выражением:
,
= время доступа при чтении – время от начала момента чтения до возможности обращения к данной единице информации.
= время физического процесса чтения.
= время регенерации утраченной информации.
Время обращения к памяти при записи определяется выражением:
= время на приведение в исходное состояние запоминающего элемента.
= время внесения информации в ЗЭ.
Оперативная память и организация запоминающей среды (на ферритовых сердечниках, полупроводниковое ОЗУ)
ОП представляет устройство, обеспечивающее хранение информации (программа, данные) непосредственно используемых в процессе выполнения операции в АЛУ и УУ. Характеристики ОП в значительной степени влияют на показатели: быстродействия в первую очередь. ОП высокопроизводительных ЭВМ должна иметь 128:512Мб, цикл обращения должен находиться в наносекундном диапазоне. ЗЭ ОП могут строиться на магнито-ферритовых сердечниках, интегральных микросхемах, магнитных лентах.
|
Из за большого объема этот материал размещен на нескольких страницах:
1 2 3 4 5 6 7 |
