Механизм приоритетов, вложенные прерывания

Аппаратные прерывания возникают независимо друг от друга, а следовательно, могут появиться одновременно несколько запросов прерываний. Система в такой ситуации всегда должна отдавать предпочтение самому приоритетному устройству, откладывая обработку остальных прерываний.

Во время обслуживания какого либо ВУ могут поступать запросы прерываний от устройств с большими приоритетами. Если запретить прерывания от высокоприоритетных быстродействующих В У во время обслуживания ВУ с низким приоритетом, это может привести к потере запросов от них из-за долгого ожидания обслуживания. Чтобы система могла решить какое устройство обслуживать в первую очередь, существует механизм приоритетов, который указывает системе, какое ВУ обслуживать в каждый момент времени.

С помощью механизма приоритетов выполняются следующие действия:

• • фиксируется приоритет любой выполняемой ЦП программы;
• • идентифицируется ЗП от ВУ с максимальным приоритетом;
• • разрешается прерывание текущей программы при возникновении ЗП с большим приоритетом, чем приоритет выполняемой программы.

Прерывание программ обслуживания прерываний называется вложением прерываний. Центральный процессор в современных ЭВМ обычно работает в режиме вложенных прерываний (рис. 5.21).

Рис. 5.21. Временная диаграмма работы ЦП в режиме вложенных прерываний.

Пусть имеются четыре ВУ, приоритеты которых возрастают с уменьшением номера ВУ. Основная программа имеет самый низкий приоритет обслуживания и выполняется всегда, если нет ЗП от ВУ.

До момента t1 выполняется основная программа (Оси. ирогр.) — отсутствуют ЗП от ВУ:

t1 — появляется ЗП от ВУ4, ЦП переходит к обслуживанию ВУ4;

t2 — появляется ЗП от ВУЗ, ЦП переходит к обслуживанию ВУЗ;

t3 — появляется ЗП от ВУ2, ЦП переходит к обслуживанию ВУ2;

t4 — заканчивается обслуживание ВУ2, ЦП переходит к обслуживанию ВУЗ;

t5 — появляется ЗП от ВУ1, ЦП переходит к обслуживанию ВУ1 и не прерывается;

t6 — заканчивается обслуживание ВУ1, ЦП переходит к обслуживанию ВУЗ;

t7 — заканчивается обслуживание ВУЗ, ЦП переходит к обслуживанию ВУ4;

t8 — заканчивается обслуживание ВУ4 ЦП переходит к выполнению основной программы.

При большой частоте поступления 311, ЦП работает неэффективно, так как значительная часть процессорного времени расходуется на процедуры перехода к ПОИ (т.е. идентификацию ВУ и сохранения регистров) и возврата в прерванную программу (т.е. восстановление регистров ЦП). Это второй недостаток метода обмена данными с прерыванием программы. Поэтому в системах реального времени всегда стремятся уменьшить частоту прерываний, например, включением в состав аппаратной части ВУ буферных ЗУ для предварительного накопления информации.

При присвоении приоритетов ВУ учитывают следующие условия:

• а) чем выше быстродействие ВУ, гем более высокий приоритет следует ему присваивать;
• б) наивысший приоритет должен присваиваться ВУ, данные от которого не могут быть восстановлены.

Для некоторых критических участков программы, результат выполнения которых зависит от времени их выполнения, следует указывать максимальный приоритет обслуживания или вообще запрещать любые прерывания ВУ. В ЭВМ на основе единого магистрального канала приоритет программы обслуживания ВУ указывается программистом во втором слове вектора прерывания. В ЭВМ на основе изолированных каналов обмена приоритеты ЗП от ВУ определяются специальной БИС (большая интегральная схема) программируемого контроллера прерываний, т. е. дополнительными аппаратными средствами ЭВМ.