Что такое прерывание:типы и его применение

ПК используют запросы прерывания для обработки различных аппаратных функций. Аппаратные прерывания были впервые представлены UNIVAC 1103 в 1953 году. Первый случай маскирования прерываний был внедрен IBM 650 в 1954 году. Важно назначать разные IRQ различным аппаратным устройствам для выполнения различных функций. Во время выполнения программы такие устройства, как клавиатура, мышь, требуют сервисов ЦП и генерируют прерывание, чтобы привлечь внимание ЦП и обработать запрошенную службу. Они известны как прерывания. Одна из шин устройства ввода-вывода предназначена для этой цели и называется программой обработки прерываний (ISR). Они используются в различных приложениях, например, для событий, чувствительных ко времени, передачи данных, выделения аномальных событий, сторожевых таймеров, ловушек и т. Д.

Что такое прерывание?

Определение: Он называется входным сигналом, который имеет наивысший приоритет для аппаратных или программных событий, требующих немедленной обработки события. В первые дни вычислений процессору приходилось ждать сигнала для обработки каких-либо событий. Процессор должен проверить каждое аппаратное и программное обеспечение, чтобы понять, есть ли какой-либо сигнал для обработки. Этот метод потребляет некоторое количество тактовых циклов и загружает процессор. На всякий случай, если будет сгенерирован какой-либо сигнал, процессору снова потребуется некоторое время для обработки события, что приведет к снижению производительности системы.

Был введен новый механизм для преодоления этого сложного процесса. В этом механизме аппаратное или программное обеспечение будет отправлять сигнал процессору, а не процессор, проверяющий любой сигнал от оборудования или программного обеспечения. Сигнал предупреждает процессор с наивысшим приоритетом и приостанавливает текущие действия, сохраняя его текущее состояние и функцию, и немедленно обрабатывает прерывание, это известно как ISR. Поскольку это длится недолго, процессор возобновляет нормальную работу, как только он будет обработан.

Типы прерывания

Они подразделяются на два основных типа.

Аппаратные прерывания

Электронный сигнал, отправляемый внешним устройством или оборудованием для связи с процессором, указывающий на то, что он требует немедленного внимания. Например, удары с клавиатуры или действие с помощью мыши вызывают аппаратные прерывания, заставляя ЦП читать и обрабатывать их. Таким образом, он поступает асинхронно и в любой момент времени при выполнении инструкции.

Аппаратные прерывания подразделяются на два типа

• Маскируемые прерывания - Процессоры должны регистрировать маску прерываний, что позволяет включать и отключать аппаратные прерывания. Каждый сигнал имеет бит в регистре маски. Если этот бит установлен, прерывание разрешается и запрещается, если бит не установлен, или наоборот. Сигналы, которые прерывают процессоры через эти маски, называются маскированными прерываниями.
• Немаскирующие прерывания (NMI) - NMI - это действия с наивысшим приоритетом, которые необходимо обрабатывать немедленно и в любой ситуации, например, сигнал тайм-аута, генерируемый сторожевым таймером.

Программные прерывания

Сам процессор запрашивает программное прерывание после выполнения определенных инструкций или при соблюдении определенных условий. Это может быть конкретная инструкция, которая запускает прерывание, такое как вызовы подпрограммы, и может запускаться неожиданно из-за ошибок выполнения программы, известных как исключения или ловушки.

Методы запуска

Как правило, эти сигналы предназначены для запуска с использованием либо уровня логического сигнала, либо фронта сигнала. Эти методы бывают двух типов.

Прерывание по уровню

В этом типе модуль ввода вызывает прерывание, если установлен уровень обслуживания этого типа. Если источник прерывания продолжает утверждаться, когда обработчик прерывания микропрограммного обеспечения обрабатывает его, этот модуль регенерирует и запускает обработчик для повторного вызова. Входные данные, запускаемые по уровню, не годятся, если остаются активными в течение более длительного времени.

Прерывание по фронту

Модуль ввода прерываний, запускаемых по фронту, вызывает прерывание, как только он идентифицирует утверждающий фронт - спадающий или нарастающий фронт. Край становится заметным при изменении уровня источника. Этот тип запуска требует немедленных действий независимо от активности источника.

Реализация системы

Прерывания должны применяться к оборудованию как отдельный компонент вместе с линиями управления или интегрироваться в подсистемы памяти. Когда реализация выполняется на аппаратном уровне, требуется программируемый контроллер прерываний (PCI) для соединения между входным контактом ЦП и устройством прерывания. PCI мультиплексирует различные источники прерываний в одну или две линии ЦП. Когда реализовано применительно к контроллеру памяти, слот адреса памяти системы отображается непосредственно с прерываниями.

Общие запросы прерывания (IRQ)

При прерывании по фронту используется подтягивающий или понижающий резистор для управления линией прерывания. Эта линия передает каждый импульс, производимый каждым устройством. Если импульсы прерывания, генерируемые разными устройствами, происходят близко по времени, ЦП должен вызвать задний фронт импульса, чтобы не пропустить прерывания, после чего ЦП проверяет каждое устройство на предмет запросов на обслуживание. Правильно настроенные материнские платы с отраслевой стандартной архитектурой (ISA) с подтягивающими резисторами, имеющими общие линии IRQ, должны работать нормально. Однако несколько устройств, совместно использующих линию IRQ в старых системах с плохо спроектированным программным интерфейсом, затрудняют обработку прерываний. С другой стороны, новая системная архитектура, такая как PCI, значительно облегчает эту проблему.

Гибрид

Гибридный тип реализации системы имеет комбинацию сигналов, запускаемых фронтом и уровнем. Аппаратное обеспечение должно искать фронт, а также проверять, активен ли сигнал в течение определенного периода. Для входа немаскируемого прерывания (NMI) обычно используется гибридный тип, который гарантирует, что ложные прерывания не влияют на систему.

Сообщение - Сигнал

Запрос на прерывание с сообщением для обслуживания с использованием сигналов устройства путем передачи сообщения по каналу связи, например по компьютерной шине. Они не используют физическую линию прерывания. PCI Express действует как последовательная шина и используется исключительно в качестве прерываний с сигнализацией сообщений.

Дверной звонок

Прерывание дверного звонка обычно используется программной системой как механизм, сигнализирующий компьютерному оборудованию о завершении работы. По взаимному соглашению между аппаратным и программным обеспечением программное обеспечение помещает данные в известную ячейку памяти и звонит в дверной звонок, чтобы уведомить оборудование о том, что данные готовы и ожидают обработки. Теперь аппаратное устройство компьютера понимает, что данные действительны, и обрабатывает их соответствующим образом.

Многопроцессорный IPI

В многопроцессорных системах запрос прерывания от процессора отправляется другому процессору через межпроцессорные прерывания (IPI)

Типичное использование / приложения

Это мощные входные данные, обычно используемые для

• Обслуживать аппаратные таймеры, обрабатывать нажатия клавиатуры и действия мыши
• Быстро реагируйте на события, зависящие от времени или в реальном времени.
• Передача данных на периферийные устройства и обратно
• Отвечает на высокоприоритетные задачи, такие как сигналы об отключении питания, ловушки и сторожевые таймеры.
• Указывает на ненормальные события процессора.
• Прерывание при отключении питания предвидит потерю питания, что позволяет корректно выключить систему.
• Периодические прерывания для отслеживания абсолютного времени

Часто задаваемые вопросы

1). Почему используются прерывания?

Они используются, чтобы привлечь внимание ЦП к выполнению услуг, запрашиваемых аппаратным или программным обеспечением.

2). Что такое НМИ?

NMI - немаскируемое прерывание, которое не может игнорироваться или отключаться процессором

3). Какова функция строки подтверждения прерывания?

Процессор отправляет на устройства сигнал о том, что он готов к приему прерываний.

4). Опишите аппаратное прерывание. Приведите примеры

Он создается внешним устройством или оборудованием; такие как клавиши клавиатуры или движение мыши вызывает аппаратные прерывания

5). Опишите программное прерывание.

Он определяется как специальная инструкция, которая вызывает прерывание, такое как вызов подпрограммы. Программные прерывания могут возникать неожиданно из-за ошибок выполнения программы

6). Какое прерывание имеет наивысший приоритет?

• Немаскируемые края и уровни активируются
• ЛОВУШКА имеет наивысший приоритет

7). Попробуйте использовать прерывание

• Быстро реагируйте на события, зависящие от времени или в реальном времени.
• Передача данных на периферийные устройства и обратно
• Отвечает на высокоприоритетные задачи, такие как сигналы об отключении питания, ловушки и сторожевые таймеры.
• Указывает на ненормальные события процессора.

8). Что такое гибридный тип внедрения системы?

Гибридный тип реализации системы имеет комбинацию сигналов, запускаемых фронтом и уровнем. Аппаратное обеспечение должно искать фронт, а также проверять, активен ли сигнал в течение определенного периода.

В этой статье мы поняли важность прерываний и то, как они используются для выполнения запрошенных услуг. Мы также обсудили, каковы типы, реализация системы и ее использование.