Tema 5: El Pentium a Fondo - DAC

MICROPROCESADORES
Tema 5: El Pentium a Fondo
Carlos Garre y David Miraut
ESCUELA TÉCNICA SUPERIOR DE INGENIERÍA
INFORMÁTICA
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Contenidos
Multitarea en el Pentium
• Multitarea en el Pentium:
– Puertas de llamada.
– Conmutación de tareas.
– Interrupciones y excepciones.
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Contenidos
Transferencia de Control
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• Transferencia de control: el flujo de control de las instrucciones en
ejecución se traslada o salta de un segmento de código a otro.
• Se realiza mediante las instrucciones:
JMP: salto incondicional.
CALL: llamada a una rutina o procedimiento.
RET: retorno de un procedimiento.
INT: llamada a un programa de manejo de una interrupción.
IRET: retorno de un programa de interrupción.
• El Pentium examina los privilegios de acceso al segmento, y si no hay
impedimento:
Borra el registro de segmento CS.
Se buscan en la LDT o GDT los valores base, límite y atributos.
Estos valores se cargan en el registro CS.
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Acceso entre Segmentos
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• Regla de acceso entre segmentos de código Sólo se puede acceder
a un segmento de código desde otro que pertenezca al mismo nivel
de protección.
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Tipos de Transferencia de Control
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• Transferencias de control intranivel: El segmento peticionario y el
segmento solicitado tienen el mismo nivel de privilegio.
• Transferencias de control internivel: Un segmento de código accede
a otro con distinto nivel de privilegio.
– Es muy frecuente que un proceso requiera servicios del Sistema
Operativo El segmento destino debe tener un nivel de privilegio
mayor que el solicitante.
– Es algo no permitido según la regla de acceso Uso de Puertas de
Llamada (PLL).
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Puertas de Llamada
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• Recurso que permite un acceso controlado desde un segmento de
código a otro de mayor privilegio.
• Acceso por un punto específico (comienzo de un procedimiento
particular). Al completarse dicho procedimiento, se retorna
obligatoriamente al segmento peticionario.
• Físicamente, la puerta de llamada consiste en un descriptor local o
global (puede estar en la LDT o en la GDT), al que se accede a través
de una instrucción de formato CALL Nombre_puerta.
• Este descriptor permite acceder al punto de entrada concreto del
segmento de código.
• Al final del procedimiento accedido, una instrucción RET devuelve el
control al segmento de código original.
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Estructura de una PLL
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• Selector (16 bits): Nuevo selector del segmento de código, que se
cargará en CS.
• Desplazamiento (32 bits): Punto de entrada al segmento accedido,
que se carga en EIP. Apuntará a la primera instrucción de una rutina.
• Atributos: …
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Fases de Transferencia con PLL
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1. En el programa en curso aparece una instrucción de llamada CALL
PLL (se solicita una transferencia internivel).
2. Desde la tabla de descriptores de segmento se accede al descriptor
de la puerta de llamada solicitada, en donde se obtienen los
atributos, el desplazamiento y el selector de la puerta de llamada.
3. El valor del selector de la puerta de llamada se carga en CS.
4. El valor del desplazamiento se carga en EIP.
5. Comienza la ejecución de la rutina a la que apunta la PLL.
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Reglas de Manejo de las PLL
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• Para acceder a una puerta de llamada desde un segmento de
código, el nivel de privilegio de este último ha de ser igual o mayor
que el de la puerta.
• Mediante una puerta de llamada sólo se puede transferir el flujo
de control a un segmento de código de mayor nivel de privilegio
que el peticionario.
• Cuando se ejecuta una instrucción CALL PLL se guarda en la pila los
parámetros que referencia al segmento (CS y EIP) y a la pila (SS y
ESP).
• El Pentium realiza un paso de parámetros de la pila del segmento
peticionario al accedido Retorno con RET recupera el selector y
el desplazamiento de los segmentos de código y pila primitivos.
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Multitarea en el Pentium
• Multitarea en el Pentium:
– Puertas de llamada.
– Conmutación de tareas.
– Interrupciones y excepciones.
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Características de la Multitarea
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• Tarea: Unidad de trabajo que un procesador puede ejecutar,
conmutar o suspender.
• Multitarea: capacidad de un microprocesador para realizar muchas
tareas simultáneamente.
• Un único procesador Ejecución secuencial de tareas (con CPU y
conmutaciones rápidas parece que cada tarea usa la CPU en
exclusiva).
• Utilidad de la multitarea:
Permitir que varias aplicaciones trabajen simultáneamente.
Compartir recursos físicos entre varios usuarios.
Compartir recursos lógicos (información).
Acelerar los cálculos de una tarea trabajando en paralelo.
Mejorar la modularidad de una aplicación dividiéndola en distintas
tareas.
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Conmutación de Tarea
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• Conmutación de tarea: Abandono del procesamiento de la tarea en
curso (vieja) para reanudación de otra tarea (nueva).
• Para reanudar una tarea hay que almacenar el contexto (estado
completo) del procesador cuando abandona la tarea:
Registros: propósito general, estado, punteros, segmento,…
LDT.
Parámetros del SO.
• Cada tarea tiene guardado su contexto del procesador en un
segmento Segmento de Estado de la Tarea (TSS).
• Estructura básica de una conmutación de tareas: se salva el contexto
de la tarea vieja y se carga el de la nueva.
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Estructura del TSS del Pentium
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Registro de Tarea
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• El Pentium hace referencia al TSS por medio del registro de tarea TR
que apunta al descriptor del TSS a través de la GDT.
• TR: Registro de 16 bits que apunta a un descriptor de la GDT del que
se obtiene la base y el límite del TSS., que se cargan en un registro
caché oculto asociado al TR.
• El procesador accede al registro caché (en lugar de a memoria) para
manejar el TSS de la tarea actual Ejecución de la tarea más
eficiente.
• La instrucción LTR carga la parte visible (selector de segmento) del
registro de tarea que apunta a un descriptor TSS en la GDT, de donde
se carga la parte invisible del TR.
• La instrucción STR guarda la parte visible del registro de tarea en un
registro de propósito general o en memoria.
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Puertas de Tarea
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• La conmutación de tareas mediante la ejecución de instrucciones
JMP o CALL en un segmento de código exige que su nivel de
privilegio sea el máximo (igual que el TSS).
• Para poder acceder a un TSS desde un segmento de código con
menor nivel de privilegio se usan las puertas de tarea.
• Puerta de tarea:
Tipo especial de descriptor del sistema ubicado en la GDT ó LDT.
Realiza una indirección sobre el TSS: funciona de forma similar a la
puerta de llamada.
• Fases de una conmutación de tarea usando puertas de tarea:
1. Se realiza un JMP o CALL a una puerta de tarea.
2. El descriptor de la puerta de tarea nos da el selector de la nueva TSS,
que se carga en TR.
3. Se carga la información del nuevo TSS (cambio de contexto).
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Multitarea en el Pentium
• Multitarea en el Pentium:
– Puertas de llamada.
– Conmutación de tareas.
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– Interrupciones y excepciones.
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Interrupciones y Excepciones
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• Las interrupciones y excepciones son acontecimientos (en el sistema
o en el programa en ejecución) que requieren la atención del
microprocesador Provocan la desviación del flujo de control del
microprocesador.
• Interrupciones:
Generalmente, son acontecimientos externos que desvían el flujo de
control del microprocesador (con la activación de uno de sus pines).
También internas (ejecución de instrucciones).
• Excepciones:
Desviaciones del flujo de control provocadas automáticamente como
consecuencia de alguna anomalía en el microprocesador.
Producidas y detectadas en el curso del programa en ejecución. (ej.
ejecución de una división por cero).
• Ambas son muy frecuentes (ratón muchas por segundo…).
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Interrupciones y Excepciones
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• Cuando se genera una interrupción o excepción, el procedimiento en
ejecución se suspende automáticamente mientras el procesador
ejecuta la rutina del manejador asociado.
• Vector: número de identificación de cada tipo de interrupción o
excepción. Rango 0-255:
0-31: reservados para IA-32.
32-255: interrupciones definidas por el usuario.
• Para manejar las interrupciones y excepciones, el Pentium dispone
de una tabla de descriptores de interrupciones(IDT):
256 entradas. Cada entrada (apuntada por un vector) atiende a un tipo
de interrupción o excepción diferente (rutina del manejador diferente).
Ocupa un segmento cuya base y límite están contenidos en el registro
de tablas de descriptores de interrupciones (IDTR).
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• Interrupciones externas:
Tipos de Interrupciones
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Señales eléctricas activadas por componentes hardware externos, que
provocan la activación de uno de los pines del Pentium.
Es detectada por el controlador de interrupciones programable
avanzado (APIC).
Hay interrupciones enmascarables y no enmascarables (problemas de
hardware críticos).
• Interrupciones internas:
Se activan por software, mediante la ejecución de instrucciones
especiales:
INT n: genera una interrupción no enmascarable. El operando n es un
número de vector de interrupción.
INTO: genera la interrupción 4 si el flag OF (Overflow) del registro
EFLAGS está activado.
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Tipos de Excepciones
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• Las excepciones son provocadas automáticamente por el procesador
al detectar alguna anomalía en el flujo de control.
• Faltas o errores:
Se encargan de corregir la anomalía producida al intentar ejecutar una
instrucción. El programa retorna a la instrucción que provocó la
excepción La instrucción que la había provocado se puede realizar.
Ejemplo: el procesador ejecuta una operación matemática y aún no
tiene todos los operandos.
• Trampas o cepos (Traps):
Se generan tras la finalización de la instrucción. Permiten continuar con
la ejecución del programa, retornando a la siguiente instrucción a la que
provocó la excepción.
Ejemplo: interrupciones definidas por el usuario e incluidas en el
programa.
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• Abortos:
Tipos de Excepciones (II)
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Las genera el procesador, sin saber la localización exacta de la
instrucción que las originó.
No permiten restablecer el programa que causó la excepción.
Se suelen usar para indicar errores muy graves.
Ejemplos: errores de hardware o valores ilegales en las tablas del
sistema.
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Interrupciones y Excepciones del Pentium
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