Компьютерные системы и сети

Функционирование компьютерной системы 
 
Преимущество описанного модульного подхода к аппаратуре в том, что 
центральный процессор, память и внешние устройства могут функционировать 
параллельно. Работой каждого устройства управляет специальный контроллер. 
При необходимости выполнения ввода-вывода центральный процессор 
генерирует прерывание, в результате которого вызывается операционная 
система, в свою очередь, в качестве реакции на прерывание запускающая 
драйвер устройства, соответственно, активизирующий его контроллер. Каждый 
контроллер устройства имеет локальный буфер – специализированную память 
для обмена информацией между компьютером и устройством. Для того, чтобы 
контроллер мог начать вывод на устройство, предварительно центральный 
процессор (точнее, драйвер устройства, запущенный на нем) должен переслать 
информацию из заданной области оперативной памяти в буфер устройства. 
Далее контроллер устройства уже выполняет вывод информации из буфера на 
само устройство (например, записывает ее в заданную область жесткого диска). 
По окончании обмена информацией, контроллер генерирует сигнал о 
прерывании (interrupt) по системной шине, этим информируя процессор об 
окончании операции. Для того, чтобы избежать повторных пересылок больших 
объемов информации, в современных компьютерах применяют DMA (Direct 

---

24 
 
Memory Access) – контроллеры – контроллеры с прямым доступом к 
оперативной памяти. Такие контроллеры используют при обмене с устройством 
не свою специализированную память, а напрямую область оперативной памяти, 
в которой и размещается буфер обмена. 
Обработка прерываний 
 
Операционную систему можно рассматривать как программу, 
управляемую 
прерываниями 
(interrupt-driven 
program). 
Прерывание 
центрального процессора передает управление подпрограмме обработки 
данного вида прерываний, являющейся частью ОС. В большинстве 
компьютеров этот механизм реализован через вектор прерываний (interrupt 
vector) – резидентный массив в оперативной памяти, в котором хранятся 
доступные по номерам прерываний адреса подпрограмм-обработчиков 
прерываний (модулей ОС). При обработке прерывания аппаратура и ОС 
сохраняют адрес прерванной команды. При возобновлении вычислений будет 
вновь повторено выполнение прерванной команды.
Очевидно, что при обработке прерывания, в свою очередь, может 
возникнуть другое прерывание. В этом случае новое входящее прерывание 
задерживается (disabled), и информация о нем запоминается в очереди 
прерываний – системной структуре ОС, обеспечивающей поочередную 
обработку всех возникших прерываний.
Кроме прерываний, генерируемых аппаратурой неявно при вычислениях 
(например, отсутствие страницы в оперативной памяти), возможно также 
программируемое прерывание (trap; дословно – ловушка) с помощью 
специальной команды процессора, - например, при обнаруженной ошибке в 
программе. В случае такого прерывания также работает общий механизм 
запуска обработчика прерывания – части ОС. Таким образом, с упрощенной 
точки зрения, ОС можно рассматривать как набор обработчиков прерываний.
При прерывании ОС сохраняет состояние процессора – значения 
регистров и значение счетчика команд (program counter – PC) – адреса 

---

25 
 
прерванной команды. Обработчик прерывания в ОС определяет по 
содержимому сегмента объектного кода, какого вида прерывание возникло и 
какие действия по его обработке следует предпринять. Среди возможных видов 
прерываний, кроме фиксации различных ошибок, имеются также прерывания 
по таймеру – периодические прерывания через определенный квант времени, 
предназначенные для опроса устройств (polling) – действий операционной 
системы по периодической проверке состояния всех портов и внешних 
устройств, которое может меняться с течением времени: например, к USB-
порту была подключена флэшка; принтер закончил печать и освободился, и т.д. 
ОС выполняет реконфигурацию системы и корректирует системные таблицы, 
хранящие информацию об устройствах.