Přerušení

Z Wikipedie, otevřené encyklopedie

Přerušení (anglicky interrupt) je v informatice nástroj pro asynchronní obsluhu událostí, kdy procesor přeruší vykonávání instrukcí a vykoná obsluhu přerušení. Původně přerušení sloužilo k obsluze hardwarových zařízení, později se přidala synchronní softwarová přerušení a vnitřní přerušení pro oznamování chyb procesorem vzniklých při provádění strojových instrukcí.

[editovat] Hardwarové (vnější) přerušení

Původně se tak označovalo IRQ, tedy hardwarové přerušení, které nastává jako reakce na signál od zařízení, které jím upozorňuje procesor (obvykle operační systém, přesněji svůj ovladač v tomto systému), že potřebuje obsloužit. Procesor při příchodu přerušení přestane provádět současný výpočet, uloží část svého stavu a začne vykonávat obsluhu přerušení. Takovýto typ přerušení (vyvolaný HW) je tzv. asynchronní, tedy může přijít v libovolném bodu výpočtu (nikoliv ovšem doslova libovolném: například nemůže přijít uprostřed instrukce, a to ani u moderních superskalárních procesorů, ve kterých se instrukce rozkládá na více interních instrukcí). Přerušení přichází bez ohledu na to, kolik je momentálně vykonávaných programů. Přerušení lze také v některých případech zakázat maskováním – k obsluze přerušení dojde až po opětovném povolení přerušení.

[editovat] Softwarové přerušení

Obecnějším termínem se to stalo při zavedení softwarových přerušení, tedy přerušení vyvolávaných přímo uvnitř procesoru a využívající stejnou nebo podobnou metodu předání řízení z probíhajícího výpočtu do obsluhy přerušení. Softwarové přerušení může být vyvoláno buď speciální instrukcí (přerušení se používá jako způsob volání operačního systému z aplikace), nebo výjimečným stavem výpočtu, neboli výjimkou (dělení nulou, přístup k neexistující adrese). Softwarová přerušení jsou vždy tzv. synchronní. Pokud příjde více přerušení, musí systém vyhodnotit, v jakém pořadí se budou provádět.

[editovat] Obsluha přerušení

[editovat] ISR – Interrupt Service Routine

ISR je obslužný podprogram pro vykonání obsluhy daného přerušení a je obvykle součástí ovladače zařízení, které přerušení vyvolalo. ISR musí nejprve uložit stavové informace CPU na zásobník (FR a PC). Poté provede obsluhu přerušení a nakonec obnoví ze zásobníku stav CPU a přerušená činnost pokračuje v místě kde byla při příchodu přerušení vykonávaná instrukce pozastavena. Přerušený program v podstatě nic nepozná – až na malé zpoždění.

[editovat] Průběh hardwarového přerušení

Vnější zařízení vyvolá požadavek o přerušení
I/O rozhraní vyšle signál IRQ na řadič přerušení (na port IRQ 2)
Řadič přerušení vygeneruje signál INTR – „někdo“ žádá o přerušení a vyšle ho k procesoru.
Procesor se na základě maskování rozhodne obsloužit přerušení a signálem INTA se zeptá, jaké zařízení žádá o přerušení.
Řadič přerušení identifikuje zařízení, které žádá o přerušení a odešle číslo typu přerušení k Procesoru
Procesor uloží stavové informace o právě zpracovávaném programu do zásobníku.
Podle čísla typu příchozího přerušení nalezne ve vektoru přerušení adresu příslušného obslužného podprogramu.
Vyhledá obslužný podprogram obsluhy přerušení v paměti a vykoná ho.
Po provedení obslužného programu opět obnoví uložené stavové informace ze zásobníku a přerušený program pokračuje dál.

[editovat] Průběh softwarového přerušení

Při příchodu přerušení se uloží stavové informace o právě zpracovávaném programu do zásobníku.
Zakáže se další přerušení.
Procesor zjistí vektor přerušení (podle operandu)
Nalezne obslužný podprogram a vykoná ho.
Po návratu z podprogramu obnoví uložené stavové informace o přerušeném programu.

[editovat] Softwarové přerušení v architektuře x86

Architektura x86 má dvě instrukce pro softwarové přerušení: int a int03, speciální krátkou formu určenou jako breakpoint pro debuggery.

Má šest výjimek:

dělení nulou
krokovací přerušení - na i386 rozšířeno na víceúčelové debugovací přerušení
NMI
breakpoint - vyvolaný již zmíněnou instrukcí int03
přetečení - je vyvolané instrukcí into pokud je ve vlajkách zaznamenáno přetečení
překročení mezí - volané instrukcí bound pokud byly překročeny meze pole, přidané v 80186
chybná instrukce

U procesoru i386 přibylo 9 dalších:

nedostupnost koprocesoru - nepřítomnost nebo nepřepnutá úloha - dřív bylo hlášeno externím hardwarovým přerušením
dvojitý výpadek - volané pokud dojde k vyjímce při vyvolávání výjimky
překročení limitu segmentu koprocesorem
chybný TSS - chyba při pokusu o změnu úlohy
nepřístupný segment
překročení limitu zásobníku
obecná chyba ochrany - většina chyb související se segmentací kromě těch obsloužených ostatními výjimkami
výpadek stránky - obecně libovolná chyba při stránkování
(nepoužito)
chyba koprocesoru

[editovat] Standardní využití linek u PC AT

IRQ 0	Řadič systémového času
IRQ 1	Řadič klávesnice
IRQ 2	Připojení řadičů přerušení z I/O rozhnaní (kaskáda)- zde jsou sjednoceny IRQ 8 až IRQ 15
IRQ 3	Sériový port 2
IRQ 4	Sériový port 1
IRQ 5	Paralelní port 2
IRQ 6	Řadič disket
IRQ 8	Hodiny reálného času
IRQ 9	Volný, podle připojeného zařízení
IRQ 10	Volný, podle připojeného zařízení
IRQ 11	Volný, podle připojeného zařízení
IRQ 12	Volný, podle připojeného zařízení
IRQ 13	Numerický koprocesor
IRQ 14	Řadič pevného disku
IRQ 15	Volný, podle připojeného zařízení