Файл: Программа для эвм это упорядоченная последовательность команд, подлежащая обработке.docx

44.Мультипрограммный режим работы микропроцессоров.

Под задачейпонимается процесс обработки информации. В МП процесс обработки информации реализуется путем выполнения последовательности команд программы, т.е задаче соответствует выполняемая процессором программа, которая называется процессом. Многозадачностьюназывается такой способ организации работы системы, при котором в ее памяти одновременно содержатся программы и данные для выполнения нескольких задач. Параллельное (одновременное) выполнение нескольких процессов (задач) называется мультипрограммнымрежимом. Другими словами, мультипрограммный режим – это такой режим работы МП, в котором реализуется мультизадачность.

Мультизадачность имеет несколько достоинств:

лучшее использование МП. Мультизадачность повышает производительность системы, если каждая отдельная задача не захватывает МП полностью. Процессор может выбрать из ожидающих задач новую задачу, если выполнение текущей задачи заблокировано;

обеспечение надежности. В системе могут быть автономные, не связанные друг с другом функции. Оформление этих функции в виде задач позволяет исключить нежелательные воздействия между ними за счет ограничения действия

---

ошибок управляемой областью, которой является задача;

упрощение отладки, разработки и сопровождение программ. Обеспечивается наличие четких границ (интерфейсов) между задачами в системе.

Однозадачная архитектура поддерживает только один процесс, т.е. однопрограммный режим, так как процессор в каждый момент времени может выполнять команды только одной программы. При этом команды любой другой программы не выполняются.

Мультизадачная архитектура фактически поддерживает несколько процессов, т.е. мультипрограммный режим. В этом режиме команды всех задач выполняются с использованием процессора в режиме разделения времени. При этом выполнение задачи может быть приостановлено на любой команде, поэтому необходимо обеспечить ее перезапуск. Каждой задаче отводится отдельная область памяти (рис. 69), в том числе и стек для хранения всех данных, используемых в задаче. Кроме того, в памяти предусмотрены ячейки для хранения содержимого программного счетчика, регистра состояния и регистров общего назначения процессора.

Р исунок 69 – Распределение памяти между задачами

Когда выполнение задачи приостанавливается,

---

в эти ячейки помещаются значения содержимого этих регистров, в регистры загружаются значения, соответствующие новой задаче, после чего начинается выполнение задачи. При возобновлении выполнения задачи содержимое этих ячеек пересылается в программный счетчик, регистр состояния и РОН процессора, после чего выполнение задачи продолжается. Совокупность этих ячеек называется блокомуправлениязадачей. Обычно помимо содержимого указанных регистров в них может храниться и другая информация.

Таким образом, мультипрограммный режим реализуется путем переключенияпроцессорасоднойзадачипадругую. Однако в любой момент времени процессор выполняет только одну задачу – она является активной, а все остальные задачи в системе пассивны.

Возможные состояния задачи можно разделить в на два типа: пассивное и активное. Активное состояние подразделяется на состояния выполнения, готовности и ожидания. Эти состояния характеризуются следующими свойствами:

1. 
   пассивноесостояние. Запуск еще не производился или работа уже завершена;
   
2. 
   состояние выполнения(прогона). Выполняются команды программы;
   
3. 
   состояние готовности. Возможно выполнение любой команды (в ходе выполнения процессором команд другой задачи);
   
4. 
   состояние ожидания. Ожидается генерация некоторых условий, например возникновение прерывания. До генерации этого условия следующую команду выполнять нельзя.
   

---

В ОС должны быть предусмотрены программа управления задачей, которая управляет переходом задачи из одного состояния в другое. Переход осуществляется по диаграмме, показанной на рис. 70




Рисунок 70 – Диаграмма изменения состояний задачи

При запуске задачи с помощью системного вызова (СТАРТ) устанавливается состояние готовности. В большинстве задач в этом состоянии ожидается начало выполнения команд. Если в задаче, находящейся в состоянии выполнения, происходит обращение к команде, выполнение которой возможно после генерации некоторых условий, выполнение приостанавливается, и задача с помощью системного вызова (ОЖИДАНИЕ) переходит в состояние ожидания. Из состояния ожидания задача переходит в состояние готовности, если генерируется ожидаемое задачей условие. Когда выполнение команд полностью закончено, задача с помощью системного вызова (ОКОНЧАНИЕ) переходит в пассивное состояние. В обоих случаях, когда задача переходит из состояния выполнения в состояние ожидания или пассивное состяние, выбирается одна из задач, находящихся в состоянии готовности, и переводится в состояние выполнения.

Выбор задачи зависит от стратегии планирования выполнения задач, реализуемой программой управления задачей. Существуют различные

---

стратегии планирования выполнения задач. Широко используется метод, по которому первой выбирается задача, находившаяся в состоянии выполнения непосредственно перед последней выполненной задачей. Замена задачи в состоянии выполнения называется переключениемзадач.

Имеются аппаратные и программные причины переключения задач. Необходимость переключения может возникнуть в результате внешнего сигнала прерывания или по требованию операционной системы, управляющей разделением времени МП. Задача, которая начинает выполняться в результате прерывания, называется планируемойаппаратно(или по прерыванию).

Задача, которая начинает выполняться по требованию операционной системы, называется планируемойпрограммно. В мультизадачной системе обычно имеется оба типа планирования задач. Например, пользовательские задачи, разделяющие МП, планируются программно операционной системой. Некоторые системные задачи, например ввод с клавиатуры или другой ввод/вывод, обычно планируется прерыванием, чтобы обслужить периферийные устройства в реальном времени (в пределах гарантированного времени реакции).

При переключении задач в блок управления выполняемой задачей необходимо переслать содержимое программного счетчика, регистра состояния и РОН, а из блока управления новой задачей считать содержимое этих регистров. Для реализации

---