Управление запросами на аппаратное прерывание. Системные прерывания нагружают процессор Прерывание irq
Здесь мы разберем такие важные темы, как: обработка прерываний, векторы прерываний, программные прерывания, IRQ , в общем поговорим на темы прерывания.
Идея прерывания была предложена в середине 50-х годов и основная цель введения прерываний – реализация синхронного режима работы и реализация параллельной работы отдельных устройств ЭВМ.
Прерывания и обработка прерываний зависят от типа ЭВМ, поэтому их реализацию относят к машинно-зависимым свойствам операционных систем.
Прерывание (interrupt) – это сигнал, заставляющий ЭВМ менять обычный порядок выполнения команд процессором.
Возникновение подобных сигналов обусловлено такими событиями , как:
- завершение операций ввода-вывода.
- истечение заранее заданного интервала времени.
- попытка деления на нуль.
- сбой в работе аппаратного устройства и др.
Обработка прерывания
С каждым прерыванием связывают число, называемое номером типа прерывания или просто номером прерывания . Система умеет распознавать, какое прерывание, с каким номером оно произошло, и запускает соответствующую этому номеру программу обработки прерывания. Таким образом, при поступлении сигнала на прерывание происходит принудительная передача управления от выполняемой программы к системе, а через нее — к обработчику прерываний.
Например прерывание с номером 9 — прерывание от клавиатуры, которое генерируется при нажатии и при отжатии клавиши. Используется для чтения данных с клавиатуры. Обозначается в ОС как IRQ 1, где IRQ – обозначение прерывания, а 1 – приоритет прерывания. Данные о запросах на прерывание можно проанализировать в диспетчере устройств:
Обработчик прерываний – программа обработки прерывания, являющаяся частью ОС, предназначенная для выполнения ответных действий на условие, вызвавшее прерывание.
Предположим, что в момент поступления сигнала прерывания от некоторого источника программа А находится в решении. В результате управление автоматически передается обработчику прерываний. После завершения обработки управление может быть снова передано в ту точку программы А, где ее выполнение было прервано:
Векторы прерываний
Адреса программ, соответствующих различным прерываниям, собраны в таблицу, которая называется таблицей векторов прерываний .
Для микропроцессора требуется простой способ определения местоположения программы обработки прерывания и это осуществляется путем использования таблицы векторов прерываний .
Таблица векторов прерываний занимает первый килобайт оперативной памяти — адреса от 0000:0000 до 0000:03FF. Таблица состоит из 256 элементов — FAR-адресов обработчиков прерываний. Эти элементы называются векторами прерываний . В первом слове элемента таблицы записано смещение, а во втором — адрес сегмента обработчика прерывания. Векторами являются просто полные адреса памяти программы (в сегментированной форме), которая должна быть активизирована в случае возникновения прерывания.
Прерыванию с номером 0 соответствует адрес 0000:0000, прерыванию с номером 1 — 0000:0004 и т.д. Адрес такой состоит из пары 2-байтовых слов, поэтому каждый из векторов занимает четыре байта.
Можно просмотреть таблицу векторов прерываний в компьютере, если воспользоваться программой DEBUG. Используйте команду D для вывода содержимого начала памяти: D 0:0. Программа DEBUG покажет вам первые 128 байтов или 32 вектора, которые могут иметь вид наподобие следующего:
0000:0000 E8 4E 9A 01 00 00 00 00-C3 E2 00 F0 00 00 00 00
0000:0010 F0 01 70 00 54 FF 00 F0-05 18 00 F0 05 18 00 F0
0000:0020 2C 08 51 17 D0 0A 51 17-AD 08 54 08 E8 05 01 2F
0000:0030 FA 05 01 2F 05 18 00 F0-57 EF 00 F0 F0 01 70 00
0000:0040 90 13 C7 13 4D F8 00 F0-41 F8 00 F0 3E 0A 51 17
0000:0050 5C 00 B7 25 59 F8 00 F0-E2 0A 51 17 9C 00 B7 25
0000:0060 00 00 00 F6 8E 00 DE 09-6E FE 00 F0 F2 00 7B 09
0000:0070 27 08 51 17 A4 F0 00 F0-22 05 00 00 00 00 00 F0
Векторы хранятся как «слова наоборот»: сначала смещение, а потом сегмент. Например, первые четыре байта, которые программа DEBUG показала выше (E8 4E 9A 01) можно преобразовать в сегментированный адрес 019A:4EE8.
Можно встретить три вида адресов в таблице векторов . Это могут быть адреса, указывающие на ROM-BIOS, которые можно идентифицировать шестнадцатеричной цифрой F, которая предшествует номеру сегмента. Это могут быть адреса, которые указывают на главную память (как в примере: 019A:4EE8). Эти адреса могут указывать на подпрограммы ДОС или на резидентную программу (например, SideKick или Prokey), либо они могут указывать на саму программу DEBUG (поскольку DEBUG должна временно управлять прерыванием). Также векторы могут состоять из одних нулей, когда прерывание с данным номером не обрабатывается в текущий момент.
Инициализация таблицы происходит частично BIOS после тестирования аппаратуры и перед началом загрузки операционной системой, частично при загрузке операционной системы.
Ниже приведено назначение некоторых векторов:
| № | Описание |
|---|---|
| 0 | Ошибка деления. Вызывается автоматически после выполнения команд DIV или IDIV, если в результате деления происходит переполнение (например, при делении на 0). |
| 2 | Аппаратное немаскируемое прерывание. Это прерывание может использоваться по-разному в разных машинах. Обычно вырабатывается при ошибке четности в оперативной памяти и при запросе прерывания от сопроцессора. |
| 5 | Печать копии экрана. Генерируется при нажатии на клавиатуре клавиши PrtScr. Обычно используется для печати образа экрана. |
| 8 | IRQ0 — прерывание интервального таймера, возникает 18,2 раза в секунду. |
| 9 | IRQ1 — прерывание от клавиатуры. Генерируется при нажатии и при отжатии клавиши. Используется для чтения данных от клавиатуры. |
| A | IRQ2 — используется для каскадирования аппаратных прерываний в машинах класса AT |
| B | IRQ3 — прерывание асинхронного порта COM2. |
| C | IRQ4 — прерывание асинхронного порта COM1. |
| D | IRQ5 — прерывание от контроллера жесткого диска для XT. |
| E | IRQ6 — прерывание генерируется контроллером флоппи-диска после завершения операции. |
| F | IRQ7 — прерывание принтера. Генерируется принтером, когда он готов к выполнению очередной операции. Многие адаптеры принтера не используют это прерывание. |
| 10 | Обслуживание видеоадаптера. |
| 11 | Определение конфигурации устройств в системе. |
| 12 | Определение размера оперативной памяти в системе. |
| 13 | Обслуживание дисковой системы. |
| 14 | Последовательный ввод/вывод. |
| 1A | Обслуживание часов. |
| 1B | Обработчик прерывания Ctrl-Break. |
| 70 | IRQ8 — прерывание от часов реального времени. |
| 71 | IRQ9 — прерывание от контроллера EGA. |
| 75 | IRQ13 — прерывание от математического сопроцессора. |
| 76 | IRQ14 — прерывание от контроллера жесткого диска. |
| 77 | IRQ15 — зарезервировано. |
IRQ0 — IRQ15 — это аппаратные прерывания.
Механизм обработки прерываний
При обработке каждого прерывания должна выполняться следующая последовательность действий:
- Восприятие запроса на прерывание: прием сигнала и идентификация прерывания.
- Запоминание состояния прерванного процесса: определяется значением счетчика команд (адресом следующей команды) и содержимым регистров процессора.
- Передача управления прерывающей программе (в счетчик команд заносится начальный адрес подпрограммы обработки прерываний, а в соответствующие регистры – информация из слова состояния процессора).
- Обработка прерывания.
- Восстановление прерванного процесса и возврат в прерванную программу.
Главные функции механизма прерывания:
- распознавание или классификация прерываний.
- передача управления соответственно обработчику прерываний.
- корректное возвращение к прерванной программе (перед передачей управления обработчику прерываний содержимое регистров процессора запоминается либо в памяти с прямым доступом либо в системном стеке).
Типы прерываний
Прерывания, возникающие при работе вычислительной системы, можно разделить на 4 группы:
Аппаратные прерывания вызываются физическими устройствами и возникают по отношению к программе асинхронно, т.е. в общем случае невозможно предсказать, когда и по какой причине программа будет прервана.
Аппаратные прерывания не координируются c работой программного обеспечения. Когда вызывается прерывание, то процессор оставляет свою работу, выполняет прерывание, a затем возвращается на прежнее место.
Внешние прерывания возникают по сигналу какого-либо внешнего устройства например:
- Прерывание, которое информирует систему о том, что требуемый сектор диска уже прочитан, его содержимое доступно программе.
- Прерывание, которое информирует систему о том, что завершилась печать символа на принтере и необходимо выдать следующий символ.
- Прерывания по нарушению питания.
- Нормальное завершение некоторой операции ввода-вывода (нажатие клавиши на клавиатуре).
- Прерывание по таймеру.
Прерывание по таймеру вызывается интервальным таймером. Этот таймер содержит регистр, которому может быть присвоено определенное начальное значение посредством специальной привилегированной команды. Значение этого регистра автоматически уменьшается на 1 по истечении каждой миллисекунды времени. Когда это значение становятся равным нулю, происходит прерывание по таймеру. Подобный интервальный таймер используется операционной системой для определения времени, в течение которого программа пользователя может оставаться под управлением машины.
Маскируемые и немаскируемые внешние прерывания
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 (Non Mascable Interrupt, немаскируемое прерывани ) INTR (interrupt request, запрос на прерывание ).
Соответственно внешние прерывания подразделяются на два вида: немаскируемые и маскируемые.
Часто при выполнении критических участков программ, для того чтобы гарантировать выполнение определенной последовательности команд целиком, приходится запрещать прерывания (т.е. сделать систему нечувствительной ко всем или отдельным прерываниям). Это можно сделать командой CLI. Ее нужно поместить в начало критической последовательности команд, а в конце расположить команду STI, разрешающую процессору воспринимать прерывания. Команда CLI запрещает только маскируемые прерывания, немаскируемые всегда обрабатываются процессором.
Таким образом, наличие сигнала прерывания не обязательно должно вызывать прерывание исполняющейся программы. Процессор может обладать средствами защиты от прерываний: отключение системы прерываний, маскирование (запрет) отдельных сигналов прерываний. Прерывания, которые замаскировать нельзя — это немаскируемые прерывания.
Внутренние прерывания вызываются событиями, которые связаны с работой процессора и являются синхронными с его операциями, а именно прерывание происходит, когда:
- при нарушении адресации (в адресной части выполняемой команды указан запрещенный или несуществующий адрес, обращение к отсутствующему сегменту или странице при организации механизмов виртуальной памяти);
- при наличии в поле кода не задействованной двоичной комбинации.
- при делении на нуль.
- при переполнении или исчезновении порядка.
- при обнаружении ошибок четности, ошибок в работе различных устройств аппаратуры средствами контроля.
Программные прерывания
Программы могут сами вызывать прерывания с заданным номером. Для этого они используют команду INT. По этой команде процессор осуществляет практически те же действия, что и при обычных прерываниях, но только это происходит в предсказуемой точке программы – там, где программист поместил данную команду. Поэтому программные прерывания не являются асинхронными (программа «знает», когда она вызывает прерывание).
Программные прерывания в прямом смысле прерываниями не являются, поскольку представляют собой лишь специфический способ вызова процедур — не по адресу, а по номеру в таблице.
Механизм программных прерываний был специально введен для того, чтобы:
- переключение на системные программные модули происходило не просто как переход в подпрограмму, а точно таким же образом, как и обычные прерывания. Этим обеспечивается автоматическое переключение процессора в привилегированный режим с возможностью исполнения любых команд.
- использование программных прерываний приводит к более компактному коду программ по сравнению с использованием стандартных команд выполнения процедур.
Пример (программные прерывания):
- привилегированная команда в режиме пользователя.
- адрес вне диапазона.
- нарушение защиты памяти.
- арифметическое переполнение, отсутствует страница.
- нарушение защиты сегмента.
- выход за границу сегмента.
В упрощенном виде схему обработки различных видов прерываний можно представить следующим образом:
КП – контроллер прерываний, имеет несколько уровней (линий) для подключения контроллеров устройств (на схеме обозначены КУ). Возможно каскадное подключение контролеров, когда на один из его входов подключается еще одни контроллер прерываний. ЦП – центральный процессор.
Аппаратные прерывания вырабатываются устройствами компьютера, когда возникает необходимость их обслуживания. В отличие от программных прерываний, вызываемых запланировано самой прикладной программой, аппаратные прерывания всегда происходят асинхронно по отношению к выполняющимся программам. Кроме того, может возникнуть одновременно несколько прерываний. Выбор одного из них для обработки осуществляется на основе приоритетов, приписанных каждому типу прерывания.
Каждому прерыванию назначается свой уникальный приоритет. Если происходит одновременно несколько прерываний, то система отдает предпочтение самому высокоприоритетному, откладывая на время обработку остальных прерываний.
В случае о прерывании самой программы обработки прерывания говорят о вложенном прерывании . Уровни приоритетов обозначаются сокращенно IRQ0 — IRQ15 или IRQ0 – IRQ23 (в зависимости от микросхемой реализации).
Пpepывaнию вpeмeни cутoк дан мaкcимaльный пpиopитeт, пocкoльку ecли oнo будет пocтoяннo тepятьcя, то будут нeвepными пoкaзaния cиcтeмныx чacoв. Пpepывaниe от клaвиaтуpы вызывaeтcя при нaжaтии или oтпуcкaнии клавиши; oнo вызывaeт цепь coбытий, кoтopaя oбычнo зaкaнчивaeтcя тем, что код клавиши пoмeщaeтcя в буфep клaвиaтуpы (oткудa он зaтeм мoжeт быть пoлучeн пpoгpaммными пpepывaниями).
Ну и наконец реализация механизма обработки прерываний
В машине для каждого класса прерываний имеется соответствующая ему рабочая область прерываний . Например, имеется область, соответствующая прерыванию по таймеру. Когда происходит прерывание по таймеру, содержимое всех регистров сохраняется в этой области (например, пропустив первые несколько слов). Затем из этих пропущенных слов извлекаются заранее занесенные туда значения, которые перезаписываются в счетчик (указатель) команд машины и в слово состояния (или во флаговый регистр). Загрузка и сохранение регистров осуществляется аппаратными средствами машины автоматически.
Загрузка счетчика команд новым значением адреса автоматически вызывает передачу управления на соответствующую команду. Этот адрес, заранее сохраненный в рабочей области прерывания, представляет собой начальный адрес стандартной программы обработки прерываний по таймеру. Загрузка слова состояния также вызывает определенные изменения в состоянии процессора.
После выполнения в ответ на запрос на прерывание любого требуемого действия стандартная программа обработки прерываний выполняет команду загрузки состояния процессора, в результате чего управление передается прерванной программе. Происходит это следующим образом: команда загрузки состояния процессора вызывает загрузку сохраненного содержимого слова состояния, счетчика команд и других регистров из соответствующих слов области сохранения, начиная с адреса, указанного в команде. Это приводит к восстановлению содержимого регистров и состояния процессора, которые были в момент прерывания. Управление затем передается на команду, перед выполнением которой произошло прерывание.
Сохранение и восстановление состояния процессора и содержимого регистров называют операцией контекстного переключения .
У большинства машин имеется так называемое слово состояния, которое содержит часть информации, используемой при обработке прерываний. Одним из элементов этого слова (например, первый) является признак, определяющий, в каком режиме находится процессор: в пользовательском или супервизора .
Обычные программы находятся в пользовательском режиме (признак равен нулю). Когда происходит прерывание, новое загружаемое содержимое слово состояния имеет признак, равный 1, что автоматически переводит процессор в режим супервизора. В этом режиме становится возможным использование привилегированных команд. Перед тем, как значение слова состояния будет сохранено, в другом его элементе (например, втором) будет установлено значение, указывающее на причину прерывания:
- при программном прерывании отражается тип вызвавшего его условия, например деление на нуль.
- при прерывании по вводу-выводу заносится номер канала, вызвавший прерывание.
В третьем элементе указывается, выполняет ли процессор команды или простаивает. В четвертом элементе содержится указатель, идентифицирующий текущую выполняемую программу. В пятом элементе содержится маска прерываний, которая используется для контроля за разрешением прерываний (поле MASK).
Это поле используется, чтобы не допустить наступления прерываний определенного типа, пока первое из них не будет обработано. В MASK каждый бит соответствует некоторому классу прерываний. Если какой-то бит установлен в 1, то прерывания соответствующего класса разрешены, если в 0, то запрещены. В последнем случае говорят, что они маскированы (их также называют запрещенными или закрытыми ). Однако маскированные прерывания не теряются, потому что сигнал, вызвавший прерывание, сохраняется аппаратурой. Временно задержанное таким способом прерывание называется отложенным . Когда (вследствие того, что значение MASK сброшено) прерывания соответствующего класса вновь разрешаются, сигнал опознается и происходит прерывание.
Маскирование прерываний находится под контролем операционной системы и зависит от значения MASK в слове состояния, которое заранее сохраняется в рабочей области каждого прерывания. Можно запретить все прерывания, установив все биты MASK в нуль. В действительности поступать подобным образом нет необходимости.
Прерывания подразделяются на аппаратные (маскируемые и немаскируемые) и программные. Программные прерывания, собственно, прерываниями не являются, это способ вызова определенных процедур. Но процессором программные прерывания обрабатываются как один из типов прерываний.
То, что в соответствии с PCI-спецификациями должны уметь все PCI-карты, но в действительности очень редко реализуется, называется "IRQ-Sharing". Теоретически это означает, что несколько компонент должны довольствоваться одним и тем же IRQ. Но поскольку лишь немногие PCI-карты общаются друг с другом столь гармонично, "Windows 9x" ставит в соответствие каждой карте, насколько это возможно, собственный IRQ. Сложности конфигурирования системных ресурсов, их распределения между сетевыми и звуковыми картами, 3D-ускорителями, стандартными последовательными и параллельными устройствами, а ныне еще видео — и DVD-декодерами постепенно ослабляются с массовым внедрением USB-шины, точнее массовым распространением USB-периферии. Правда, шина USB сама занимает один IRQ. Но зато она обязана включить в систему без дальнейшего расходования ресурсов все периферийные устройства, будь то мышь, клавиатура, сканер или видеокамера.
Еще один термин. "Polling mode" — работа устройства без использования прерываний. Это встречается при работе с простыми SCSI-контроллерами на шине ISA.
|
Устройство |
Комментарии |
||
|
Системный таймер |
Системное прерывание. Генерируется 91 раз за 5 сек. В данном качестве применяется со времени первого PC. |
||
|
Клавиатура |
Системное прерывание, генерируемое контроллером клавиатуры. |
||
|
Контроллер прерываний |
Каскадировано (связано) с IRQ9. Могут возникнуть конфликты, когда одновременно на IRQ2 и IRQ9 должны работать различные устройства. Его использование системой сохраняется для совместимости. |
||
|
Используется вторым коммуникационным адаптером (UART2). Какое же устройство будет его генерировать? Это может быть второй последовательный порт COM2 (интегрирован на материнской плате), внутренний модем, настроенный на COM2 или COM4, или инфракрасный адаптер. Можно отключить UART2, но присвоить IRQ3 ничему не удастся. Делит одно и то же IRQ3 с COM4 (при наличии последнего). Возможен конфликт при одновременном использовании. |
|
Устройство |
Комментарии |
||
|
Используется первым коммуникационным адаптером. Все практически идентично: генерируется первым последовательным портом COM1, модемом на COM1 или COM3 (за исключением инфрапорта). Делит одно и то же IRQ4 с COM3 (при наличии последнего). В системах с подключенной к COM1 мышью использовать COM3 не следует. |
|||
|
свободен |
Прерывание изначально предназначалось для использования вторым параллельным портом LPT2. Практического применения такое решение не нашло, поэтому IRQ5 перешло в разряд свободных. В IBM XT на IRQ5 "висел" жесткий диск. Через некоторое время "Creative Labs", создавая звуковую карту "Sound Blaster Pro", нашла применение прерыванию. С тех пор IRQ5 стало излюбленным для большинства звуковых ISA-карт. Звуковые PCI-карты также иногда используют это прерывание для эмуляции "SB Pro". IRQ5 можно привязать к слоту PCI. |
|
Устройство |
Комментарии |
||
|
Контроллер FDD-дисковода |
Прерывание используется контроллером флоппи-дисковода, начиная с первых ПК. Однако прерывание все равно не может быть использовано: ISA-карты на работу с ним не рассчитаны, и к слоту PCI привязать его нельзя. |
||
|
По умолчанию прерывание первого параллельного порта LPT1. При отключенном порте (если принтер отсутствует или рассчитан на USB) может использоваться различными устройствами: сетевыми, ISDN-картами. Это также "запасное" место для звуковых карт. |
|||
|
Часы реального времени (RTC) |
Системное прерывание со времени первых IBM AT. |
||
|
свободен |
Каскадировано с IRQ2. В остальном может использоваться по усмотрению. |
||
|
свободен |
Может быть использовано по усмотрению. Устаревшие IDE-контроллеры на старых звуковых картах иногда используют это IRQ. |
|
Устройство |
Вероятно, наиболее распространенный конфликт прерываний (IRQ) связан с интегрированным последовательным портом COM2, существующим в современных системных платах, и внутренним модемом (имеется в виду полноценный внутренний PC-модем, а не программный модем, который также называется WinModem). Дело в том, что в полноценном внутреннем модеме уже есть поддержка некоторого порта; по умолчанию этот порт назначается в COM2, при этом в системе также обычно включен второй последовательный порт. Таким образом, в системе оказывается два идентичных порта, использующих одни и те же ресурсы (прерывания и адреса порта ввода-вывода).
Решить эту проблему довольно просто: следует войти в BIOS Setup системы и отключить встроенный порт COM2. Кроме того, можно подумать об отключении порта COM1, который также используется крайне редко. Отключение неиспользуемых портов СОМх - один из лучших способов высвобождения прерываний (IRQ) для других устройств.
Еще один распространенный конфликт также связан с последовательными портами. В стандартной таблице распределения прерываний вы, наверное, заметили, что IRQ3 назначается порту COM2, а IRQ4 - порту COM1. Проблема возникает тогда, когда в систему добавляются дополнительные порты COM3 и/или COM4 и им не назначаются вручную свободные прерывания (по умолчанию они используют все те же IRQ3 и IRQ4).
Дополнительные сложности вносит то, что некоторые платы портов не допускают выбора прерываний, отличных от IRQ3 и IRQ4. В результате назначение IRQ3 порту COM4 и IRQ4 порту COM3 приводит к конфликту с портами COM1 и COM2, также использующими эти прерывания: два порта не могут одновременно использовать один и тот же канал управления прерываниями. При работе в DOS это допускалось, поскольку в ней одновременно могла выполняться только одна задача, но в Windows и OS/2 это совершенно невозможно. Для того чтобы в компьютере можно было применять более двух параллельных портов COM, необходима многопортовая плата, которая, помимо прерываний с номерами 3 и 4, позволяет использовать дополнительные прерывания. Совместное использование прерываний в принципе допустимо для устройств, которые в обычных условиях не работают одновременно (или постоянно). Порты не попадают в эту категорию устройств. Совместно можно применять прерывание для сканера и модема, однако и в этом случае, если они будут использоваться одновременно, возникнет конфликт. К счастью, большинство устройств, которые ранее использовали порты (например, мыши, принтеры этикеток и внешние модемы), теперь подключаются к портам USB , так что проблем с необходимостью поддержки множества портов у современных пользователей компьютеров возникать не должно.
Если все же необходимо использовать несколько последовательных портов, лучшим решением станет покупка многопортовой платы, которая либо предоставляет возможность установить неконфликтующие прерывания, либо содержит собственный процессор, позволяющий распределять одно системное прерывание между несколькими портами. Некоторые старые многопортовые карты имели интерфейс ISA, но сегодня их вытеснили карты PCI , которые к тому же имеют преимущества в быстродействии.
Если некоторое устройство, упомянутое в таблице, отсутствует (например, встроенный порт мыши (IRQ12) или второй параллельный порт (IRQ5)), их прерывания можно считать доступными. К примеру, второй параллельный порт можно встретить крайне редко, так что отведенное для него прерывание IRQ5 чаще всего используется для платы звукового адаптера. Аналогично прерывание IRQ15 используется для вторичного контроллера IDE . Если в системе к вторичному каналу IDE не подключены дисковые устройства, можно отключить этот контроллер в BIOS, тем самым освободив еще одно прерывание для других устройств.
Следует отметить, что проще всего проверить настройки прерыаний в диспетчере устройств Windows. В системе Windows 95b существует программа HWDIAG, а в Windows 98 и более поздних версиях - консоль Сведения о системе. Эти утилиты позволяют получить детальный отчет об использовании ресурсов в системе, а также об установленных драйверах устройств и записей реестра Windows для каждого из устройств. В системах Windows XP и Vista информацию о системе предоставляет программа Msinfo32.
Чтобы обеспечить максимально возможное количество совместных прерываний в современной системе без разъемов ISA, при работе с системной BIOS выполните следующие действия.
- Отключите все неиспользуемые порты в системной BIOS. Например, если вместо последовательного и параллельного портов используются порты USB, отключите их. В результате можно высвободить до трех прерываний.
- Укажите прерывание IRQ, освобожденное в п. 1, в списке доступных прерываний для устройств PCI/PnP. В зависимости от версии BIOS соответствующие параметры доступны в разделе PnP/PCI Resource Exclusion или PnP/PCI Configuration.
- Активизируйте параметр Reset Configuration Data, чтобы очистить таблицы маршрутизации IRQ в памяти CMOS.
- Сохраните изменения и завершите работу с программой настройки BIOS.
Для обработки событий, происходящих асинхронно по отношению к выполнению программы, лучше всего подходит механизм прерываний .
Прерывание можно рассматривать как некоторое особое событие в системе, требующее моментальной реакции. Например, хорошо спроектированные системы повышенной надежности используют прерывание по аварии в питающей сети для выполнения процедур записи содержимого регистров и оперативной памяти на магнитный носитель, с тем чтобы после восстановления питания можно было продолжить работу с того же места.
Кажется очевидным, что возможны самые разнообразные прерывания по самым различным причинам. Поэтому прерывание рассматривается не просто как таковое, с ним связывают число, называемое номером типа прерывания или просто номером прерывания. С каждым номером прерывания связывается то или иное событие. Система умеет распознавать, какое прерывание, с каким номером произошло и запускает соответствующую этому номеру процедуру.
Программы могут сами вызывать прерывания с заданным номером. Для этого они используют команду INT. Это так называемые программные прерывания. Программные прерывания не являются асинхронными, так как вызываются из программы (а она-то знает, когда она вызывает прерывание!).
Программные прерывания удобно использовать для организации доступа к отдельным, общим для всех программ модулям. Например, программные модули операционной системы доступны прикладным программам именно через прерывания, и нет необходимости при вызове этих модулей знать их текущий адрес в памяти. Прикладные программы могут сами устанавливать свои обработчики прерываний для их последующего использования другими программами. Для этого встраиваемые обработчики прерываний должны быть резидентными в памяти.
Аппаратные прерывания вызываются физическими устройствами и приходят асинхронно. Эти прерывания информируют систему о событиях, связанных с работой устройств, например о том, что наконец-то завершилась печать символа на принтере и неплохо было бы выдать следующий символ, или о том, что требуемый сектор диска уже прочитан его содержимое доступно программе. Использование прерываний при работе с медленными внешними устройствами позволяют совместить ввод/вывод с обработкой данных в центральном процессоре и в результате повышает общую производительность системы. Некоторые прерывания (первые пять в порядке номеров) зарезервированы для использования самим центральным процессором на случай каких-либо особых событий вроде попытки деления на ноль, переполнения и т.п.
Иногда желательно сделать систему нечувствительной ко всем или отдельным прерываниям. Для этого используют так называемое маскирование прерываний . Но некоторые прерывания замаскировать нельзя, это немаскируемые прерывания.
Заметим еще, что обработчики прерываний могут сами вызывать программные прерывания, например, для получения доступа к сервису BIOS или DOS (сервис BIOS также доступен через механизм программных прерываний).
Составление собственных программ обработки прерываний и замена стандартных обработчиков DOS и BIOS является ответственной и сложной работой. Необходимо учитывать все тонкости работы аппаратуры и взаимодействия программного и аппаратного обеспечения. При отладке возможно разрушение операционной системы с непредсказуемыми последствиями, поэтому надо очень внимательно следить за тем, что делает Ваша программа.
Для того чтобы связать адрес обработчика прерывания с номером прерывания, используется таблица векторов прерываний , занимающая первый килобайт оперативной памяти - адреса от 0000:0000 до 0000:03FF. Таблица состоит из 256 элементов - FAR-адресов обработчиков прерываний. Эти элементы называются векторами прерываний . В первом слове элемента таблицы записано смещение, а во втором - адрес сегмента обработчика прерывания.
Прерыванию с номером 0 соответствует адрес 0000:0000, прерыванию с номером 1 - 0000:0004 и т.д.
Инициализация таблицы происходит частично BIOS после тестирования аппаратуры и перед началом загрузки операционной системой, частично при загрузке DOS. DOS может переключить на себя некоторые прерывания BIOS.
Рассмотрим содержимое таблицы векторов прерываний. Приведем назначение некоторых наиболее важных векторов:
|
Описание |
|
|
Ошибка деления. Вызывается автоматически после выполнения команд DIV или IDIV, если в результате деления происходит переполнение (например, при делении на 0). DOS обычно при обработке этого прерывания выводит сообщение об ошибке и останавливает выполнение программы. Для процессора 8086 при этом адрес возврата указывает на следующую после команды деления команду, а в процессоре 80286 - на первый байт команды, вызвавшей прерывание. |
|
|
Прерывание пошагового режима. Вырабатывается после выполнения каждой машинной команды, если в слове флагов установлен бит пошаговой трассировки TF. Используется для отладки программ. Это прерывание не вырабатывается после выполнения команды MOV в сегментные регистры или после загрузки сегментных регистров командой POP. |
|
|
Аппаратное немаскируемое прерывание. Это прерывание может использоваться по-разному в разных машинах. Обычно вырабатывается при ошибке четности в оперативной памяти и при запросе прерывания от сопроцессора. |
|
|
Прерывание для трассировки. Это прерывание генерируется при выполнении однобайтовой машинной команды с кодом CCh и обычно используется отладчиками для установки точки прерывания. |
|
|
Переполнение. Генерируется машинной командой INTO, если установлен флаг OF. Если флаг не установлен, то команда INTO выполняется как NOP. Это прерывание используется для обработки ошибок при выполнении арифметических операций. |
|
|
Печать копии экрана. Генерируется при нажатии на клавиатуре клавиши PrtScr. Обычно используется для печати образа экрана. Для процессора 80286 генерируется при выполнении машинной команды BOUND, если проверяемое значение вышло за пределы заданного диапазона. |
|
|
Неопределенный код операции или длина команды больше 10 байт (для процессора 80286). |
|
|
Особый случай отсутствия математического сопроцессора (процессор 80286). |
|
|
IRQ0 - прерывание интервального таймера, возникает 18,2 раза в секунду. |
|
|
IRQ1 - прерывание от клавиатуры. Генерируется при нажатии и при отжатии клавиши. Используется для чтения данных от клавиатуры. |
|
|
IRQ2 - используется для каскадирования аппаратных прерываний в машинах класса AT. |
|
|
IRQ3 - прерывание асинхронного порта COM2. |
|
|
IRQ4 - прерывание асинхронного порта COM1. |
|
|
IRQ5 - прерывание от контроллера жесткого диска для XT. |
|
|
IRQ6 - прерывание генерируется контроллером флоппи-диска после завершения операции. |
|
|
IRQ7 - прерывание принтера. Генерируется принтером, когда он готов к выполнению очередной операции. Многие адаптеры принтера не используют это прерывание. |
|
|
Обслуживание видеоадаптера. |
|
|
Определение конфигурации устройств в системе. |
|
|
Определение размера оперативной памяти в системе. |
|
|
Обслуживание дисковой системы. |
|
|
Последовательный ввод/вывод. |
|
|
Расширенный сервис для AT-компьютеров. |
|
|
Обслуживание клавиатуры. |
|
|
Обслуживание принтера. |
|
|
Запуск BASIC в ПЗУ, если он есть. |
|
|
Обслуживание часов. |
|
|
Обработчик прерывания Ctrl-Break. |
|
|
Прерывание возникает 18.2 раза в секунду, вызывается программно обработчиком прерывания таймера. |
|
|
Адрес видеотаблицы для контроллера видеоадаптера 6845. |
|
|
Указатель на таблицу параметров дискеты. |
|
|
Указатель на графическую таблицу для символов с кодами ASCII 128-255. |
|
|
Используется DOS или зарезервировано для DOS. |
|
|
Прерывания, зарезервированные для пользователя. |
|
|
Не используются. |
|
|
IRQ8 - прерывание от часов реального времени. |
|
|
IRQ9 - прерывание от контроллера EGA. |
|
|
IRQ10 - зарезервировано. |
|
|
IRQ11 - зарезервировано. |
|
|
IRQ12 - зарезервировано. |
|
|
IRQ13 - прерывание от математического сопроцессора. |
|
|
IRQ14 - прерывание от контроллера жесткого диска. |
|
|
IRQ15 - зарезервировано. |
|
|
Не используются. |
|
|
Зарезервированы для BASIC. |
|
|
Используются интерпретатором BASIC. |
|
|
Процессор перегружен? Виноваты системные прерывания. Виной тому, что процессор перегружен практически в течение всего сеанса, могут быть так называемые системные прерывания, а это, в свою очередь, означает, что проблема кроется в области установленного на компьютере оборудования или драйверах для этих устройств. Но предупреждаю сразу: даже объёма всей этой статьи не хватит, чтобы вычленить все причины (и тем более варианты их решений) почему системные прерывания просто убивают Windows. Ибо подход к поиску проблем усложняется использованием куда более сложного инструмента, чем тот, что описывается здесь. Что такое системные прерывания и как попробовать справиться с перегрузкой процессора?Системные прерывания появляются в Диспетчере задач в качестве системного процесса, однако по сути они таковым не являются. Эта « » носит лишь репрезентативный характер, отображая загруженность процессора при работе с прерываниями на низком уровне. Она – неотъемлемая часть Windows, убить процесс нельзя. Несмотря на зловещее название, системные прерывания – обязательная и нормальная часть процесса взаимодействия ЦПУ и остального оборудования. Причиной прерываний (точнее, слишком медленной время от времени работы) могут служить девайсы внутри вашего компьютера, установленные программы, а иногда и сам процессор. Ведь системные прерывания – есть некая форма взаимодействия между программой/«железом» и самим процессором. Всякий раз, когда новому процессу нужно появиться в системе, процессор бросает все дела и выполняет задачу. Неважно, нажал ли пользователь мышку или процесс запущен по расписанию, задача сразу добавляется в очередь на исполнение. По её выполнению процессор возвращается к предыдущему состоянию. Как понимаете, системные прерывания вполне могут сигнализировать системе и пользователю, что в данный момент некоторые вычисления идут с ошибкой, что и выражается в серьёзных потреблениях ресурсов процессора этим «процессом». В здоровой системе системные прерывания «потребляют» НЕ БОЛЕЕ 2% от общего объёма работы процессора. Хотя мне встречались и процессоры с показателем прерывания от 3 до 10 %% – всё зависит от конфигурации. Но если вы заметили, что процессор тратит на прерывания хотя бы 5 – 10 %% от своей вычислительной мощности от сеанса к сеансу, это сигнал того, что у компьютера проблемы. Системные прерывания. Как бороться с высокими показаниями?Каждый из следующих шагов потребует перезагрузки системы. Не потому что так принято, а потому проблемы с прерываниями решаются часто простым перезапуском Windows.
Самое первое средство, которое поможет определить, виноваты ли битые драйверы в том, что системные прерывания нагружают процессор, это немецкая утилита DPC Latency Checker . Скачайте её по этой ссылке: Установки не потребуется. Суть утилиты проста. Запускаем и начинаем работу в Windows до тех пор, пока системные прерывания не начнут нам мешать. Вот окно нормально работающей сборки: А вот они начинают себя проявлять:
Утилита в поле комментария на английском языке советует вам перейти в Диспетчер устройств и приступить к поэтапному отключению сетевых устройств, звуковых карт, USB контроллеров, устройств bluetooth . Советую прислушаться. После каждого отключения всматривайтесь в Диспетчер задач и окно утилиты, посмотрите, как система реагирует на временное отключение оборудования. Продолжите отключением всех внешних устройств: модемы, внешние диски, флешки. И если в какой-то момент наметятся изменения к лучшему, примите решение об обновлении драйвера к устройству. Но чтобы не было проблем с запуском Windows, вот эти устройства лучше не отключать (эти драйверы жизненно необходимы, но это тоже драйверы, и вполне возможно придётся переустановить дрова на материнскую всем пакетом как при установке Windows начисто):
На такой же манер действует и программа LatencyMon http://www.resplendence.com/downloadsОна потребует установки, зато также бесплатна. Её задача – поиск файлов драйверов с высоким показателем вычислений, потраченных на отложенный вызов процедуры (процесса, который вызывается процедурой обработки прерывания в ответ на само прерывание, но необязательно сразу же исполняется). За этим мудрёным названием скрывается процесс поиска драйверов, в файлах которых хранится информация о том, что драйвер слишком много требует от процессора для обслуживания своего, приписанного конкретно ему устройства. Вот страница издателей: http://www.resplendence.com/latencymonна которой, впрочем, я своими слепыми глазами ссылки для скачивания не нашёл, а потому представлю вам возможность скачать программу с моего сайта СКАЧАТЬ БЕСПЛАТНО ПРОГРАММУ Запустившись, та сразу сообщила мне о возможных проблемах с DVD приводом – драйвер atapi.sys отвечает именно за него (а кстати, привод не работает уже почти 3 месяца…) . Предупреждает, что возможно потребуется перепрошить BIOS:
Переходим во вкладку Drivers и отсортируем их по наиболее уязвимым показаниям, нажав на колонку DPC count :
К первым в строчке присмотритесь: они и могут быть причиной ваших проблем.
Был один момент, когда ну никак не удавалось вычленить причину тормозов. Помог случай: пользователь “хапнул” вирус, который совершенно уничтожил DirectX, причём действовал крайне избирательно, убивая именно системные файлы Windows, оставляя DirectX игровые . Пришлось ремонтировать систему обновлением, и – о чудо! – вместе с дрянью пропали и системные прерывания. Я не пожалел немного времени, но результат оказался неожиданный. Виновниками оказались не вирусы и не драйверы, а пакеты обновлений. Вот их имена:
Я настаиваю, что именно ПОСЛЕ УСТАНОВКИ ИМЕННО ЭТИХ ОБНОВЛЕНИЙ конкретный пользователь начинал мучиться от перегрузки системными прерываниями. Как-то так… вам информация к размышлению.
Тоже может послужить причиной того, что системные прерывания нагружают процессор донельзя. Приступайте к проверке, если предыдущий поиск битых драйверов успеха не принёс. А поможет вам в поиске проблем с “железом” сама Windows и встроенные утилиты самодиагностики. О них я писал уже в статье . Пробегите глазами, информация окажется полезной, не сомневайтесь. Знайте – отошедшие от разъёма шлейфа также могут быть виновниками злоключений. Я лично сталкивался с проблемами и перегрева процессора, и “забывчивости” про-апгрейдить BIOS для новенькой Windows 10 (об этом ниже) – везде итогом были заметные системные прерывания. ПРИМЕЧАНИЕ . Если системные прерывания одолели ваш ноутбук, вам придётся убедиться, что у вас нет проблем с умирающим аккумулятором. Прочтите статью, собственными силами.
Собственно, речь идёт о том, чтобы сбросить звуковые эффекты в Windows до установленных по умолчанию. Щёлкните по иконке звука правой мышкой и нажмите на Устройства воспроизведения :
Во вкладке Воспроизведение щёлкните два раза по пункту дефолтных устройств (у меня Динамики ), пройдите во вкладку Дополнительные возможности и установите галочку напротив Отключить все эффекты . Применить – ОК. Перезагружаемся и проверяем:
Не исключено. BIOS – первая программа, которая запускается после нажатия на кнопку включения компьютера. Так что время проверить обновления для вашей BIOS. А чтобы поиски нужной версии не затягивались во времени, проверьте версию вашей BIOS прямо сейчас. В консоли команд cmd наберите последовательно две команды: Systeminfo | findstr /I /c:bios wmic bios get manufacturer, smbiosbiosversion I в первой команде – это большая латинская i .
Причина в жёстком диске?“Вполне себе и даже очень”. Самый простой способ – проверьте диск на ошибки с помощью встроенных средств типа chkdsk . Если после “прогона” системные прерывания поутихли, причина обнаружена. Однако в случае, когда проблема появляется вновь и вновь, при всём том chkdsk неизменно обнаруживает ошибки, у вас проблемы (с жёстким, БП или материнской платой) – готовьтесь к худшему. P.S. Ну, судя по отзывам проблема народ теребит. Обещаю тему развить в следующих статьях. Успехов вам. Прочитано: 1 275 просмотров
Сохранить в Facebook
Сохранить в Одноклассники
Сохранить ВКонтакте
Вам также может понравиться |
