ПОНЯТИЕ ПРЕРЫВАНИЯ. ВИДЫ ПРЕРЫВАНИЙ
УПРАВЛЕНИЕ ВВОДОМ-ВЫВОДОМ
АССОЦИАТИВНЫЙ КЭШ
В отличие от предыдущих у полностью ассоциативного кэша любая его строка может отображать любой блок памяти, что существенно повышает эффективность использования его ограниченного объема. При этом все биты адреса кэшированного блока, за вычетом бит, определяющих положение (смещение) данных в строке, хранятся в памяти тегов. В такой архитектуре для определения наличия затребованных данных в кэш-памяти требуется сравнение со старшей частью адреса тегов всех строк, а не одной или нескольких, как при прямом отображении или наборно-ассоциативной архитектуре. Естественно, последовательный перебор ячеек памяти тегов отпадает — на это может уйти слишком много времени. Остается параллельный анализ всех ячеек, что является сложной аппаратной задачей, которая пока решена только для небольших объемов первичного кэша в некоторых процессорах. Применение полностью ассоциативной архитектуры во вторичном кэше пока не предвидится.
ПЕРЕФЕРИЙНЫЕ (ВНЕШНИЕ) УСТРОЙСТВА - устройства, выполняющие внешние функции обработки информации (в отличие от внутренних функций, выполняемых центральным процессором). В группу периферийных устройств попадают устройства внешней памяти, устройства ввода-вывода, и даже удаленные ЭВМ, подключенные посредством специальных каналов или адаптеров. Объединяющим являются два обстоятельства:
1. Производительность (быстродействие или время подготовки результата) периферийных устройств значительно ниже, чем производительность CPU.
2. Для организации обмена с периферийными устройствами применяется особый способ работы, получивший название работа по прерыванию.
Если бы не было прерываний, процессор постоянно ожидал бы устройство. Это ведет к непроизводительным затратам ресурсов CPU. Поэтому устройство, требующее обращение к себе, выставляет сигнал прерывания, чем и уведомляет процессор о необходимости обмена с ним.
Прерывание(interrupt) заключается в выполнении микропроцессором следующих действий:
1. Регистрации его состояния процессора, предшествовавшего прерыванию;
2. Временное прекращение текущего процесса, вызванное событием, инициировавшим прерывание;
3. Выполнение программы обработки прерывания;
4. Возвращение к прекращенному процессу;
Различают следующие типы прерываний:
- внешнее прерывание [external] - прерывание от устройства, НЕ ВХОДЯЩЕГО в состав ЦП или от процесса внешнего по отношению к текущему. Например, прерывание по таймеру или от высокоприоритетного процесса.
- внутреннее [internal] прерывание - прерывание, обусловленное внутренними по отношению к текущему процессу причинами. К ним относят: прерывание по обращению к супервизору, к операциям ввода-вывода, обработка машинных сбоев, прерывания от пользователя путем нажатия необходимых клавиш, прерывание по подкачке страниц и т.п. - SVC-ПРЕРЫВАНИЯ (SuperVisor Call) - прерывание по вызову супервизора. Это, как правило, запрос на предоставление какой-либо услуги операционной системы: увеличение размера памяти, запуск дочернего процесса.
- прерывание ввода-вывода (I/O). Прерывание такого рода происходит при завершении каждой операции ввода-вывода. Инициатором является аппаратура ввода-вывода, которая сообщает о завершении операций, о готовности к приему новых данных и т.п.
- прерывание по рестарту [Attention Interrupt] или по сигналу "Внимание". Инициируется оператором путем нажатия соответствующих кнопок и/или клавиши (Ctrl-Alt-Del).
- программное [Software] прерывание - вызывается машинной командой в процессе управления. Это может быть ошибка в программе, запрещенная операция и т.п.
- аппаратное [Hardware] прерывание вызывается всевозможными ошибками и сбоями в аппаратуре, или же прерывание реализованное аппаратно от внешнего устройства.
Механизм обработки прерываний
Как следует из определения прерывания, общая стратегия такова:
1. Управление передается ОС.
2. ОС тем или иным способом и в той или иной степени запоминает состояние прерванного процесса в стеке или блоке управления.
3. Анализируется тип прерывания и причина, его вызвавшая, после чего управление передается соответствующей программе обработки.
4. После выполнения программы обработки управление передается прерванному процессу.