Wat is een onderbreking:typen en zijn toepassingen

PC's gebruiken interruptverzoeken om verschillende hardwarefuncties af te handelen. Hardware-interrupts werden voor het eerst geïntroduceerd door de UNIVAC 1103 in 1953. De eerste incidentie van interrupt-masking werd opgenomen door IBM 650 in 1954. Het is essentieel om verschillende IRQ's toe te wijzen aan verschillende hardware-apparaten om verschillende functies uit te voeren. Tijdens de uitvoering van het programma hebben apparaten zoals toetsenborden, een muis CPU-services nodig en wordt een interrupt gegenereerd om de aandacht van de CPU te krijgen en de gevraagde service te verwerken. Deze staan ​​bekend als interrupts. Een van de bussen van het I/O-apparaat is bestemd voor dit doel en staat bekend als Interrupt Service Routine (ISR). Deze worden in verschillende toepassingen gebruikt, zoals voor tijdgevoelige gebeurtenissen, gegevensoverdracht, nadruk op abnormale gebeurtenissen, watchdog-timers, vallen, enz.

Wat is een onderbreking?

Definitie: Het wordt een ingangssignaal genoemd dat de hoogste prioriteit heeft voor hardware- of softwaregebeurtenissen die onmiddellijke verwerking van een gebeurtenis vereisen. Tijdens de begindagen van het computergebruik moest de processor wachten op het signaal om eventuele gebeurtenissen te verwerken. De processor moet elk hardware- en softwareprogramma controleren om te begrijpen of er een signaal is dat moet worden verwerkt. Deze methode zou een aantal klokcycli kosten en de processor bezig houden. Voor het geval dat, als er een signaal wordt gegenereerd, de processor opnieuw enige tijd nodig heeft om de gebeurtenis te verwerken, wat leidt tot slechte systeemprestaties.

Er is een nieuw mechanisme geïntroduceerd om dit gecompliceerde proces te omzeilen. In dit mechanisme stuurt hardware of software het signaal naar een processor, in plaats van dat een processor controleert op signalen van hardware of software. Het signaal waarschuwt de processor met de hoogste prioriteit en schort de huidige activiteiten op door de huidige status en functie op te slaan, en verwerkt de onderbreking onmiddellijk, dit staat bekend als ISR. Omdat het niet lang meegaat, herstart de processor de normale activiteiten zodra deze zijn verwerkt.

Soorten onderbrekingen

Deze zijn onderverdeeld in twee hoofdtypen.

Hardware-onderbrekingen

Een elektronisch signaal dat vanaf een extern apparaat of externe hardware wordt verzonden om met de processor te communiceren, wat aangeeft dat dit onmiddellijke aandacht vereist. Bijvoorbeeld, slagen van een toetsenbord of een actie van een muis roepen hardware-interrupts op waardoor de CPU het leest en verwerkt. Het arriveert dus asynchroon en op elk moment tijdens het uitvoeren van een instructie.

Hardware-interrupts worden in twee typen ingedeeld

• Maskerbare onderbrekingen – Processors moeten het maskerregister onderbreken waarmee hardware-interrupts kunnen worden in- en uitgeschakeld. Elk signaal heeft een bit in het maskerregister. Als deze bit is ingesteld, wordt een interrupt ingeschakeld en uitgeschakeld wanneer een bit niet is ingesteld, of omgekeerd. Signalen die de processors door deze maskers onderbreken, worden gemaskeerde onderbrekingen genoemd.
• Niet-maskeerbare onderbrekingen (NMI) – De NMI's zijn activiteiten met de hoogste prioriteit die onmiddellijk en in elke situatie moeten worden verwerkt, zoals een time-outsignaal dat wordt gegenereerd door een watchdog-timer.

Software-onderbrekingen

De processor vraagt ​​zelf om een ​​software-interrupt na het uitvoeren van bepaalde instructies of als aan bepaalde voorwaarden is voldaan. Dit kan een specifieke instructie zijn die een onderbreking activeert, zoals subroutine-aanroepen en die onverwacht kan worden geactiveerd vanwege fouten bij het uitvoeren van programma's, ook wel uitzonderingen of traps genoemd.

Triggermethoden

Over het algemeen zijn deze signalen ontworpen om te triggeren met behulp van een logisch signaalniveau of een signaalflank. Deze methoden zijn van twee soorten.

Niveau-getriggerde onderbreking

In dit type roept de invoermodule een interrupt aan als het serviceniveau hiervan wordt beweerd. Als een interruptbron blijft bestaan ​​wanneer de firmware-interrupt-handler deze afhandelt, regenereert deze module en activeert deze de handler om opnieuw aan te roepen. De door het niveau getriggerde inputs zijn niet goed als ze voor een langere duur worden gehandhaafd.

Edge-triggered Interrupt

Een edge-triggered interrupt-ingangsmodule roept een interrupt op zodra het een bevestigende flank identificeert - een dalende of een stijgende flank. De rand wordt opgemerkt wanneer het niveau van de bron verandert. Dit type triggering vereist onmiddellijke actie, ongeacht de activiteit van de bron.

Systeemimplementatie

Interrupts worden toegepast op hardware als een andere component samen met controlelijnen, of geïntegreerd in geheugensubsystemen. Wanneer implementatie in hardware wordt uitgevoerd, heeft het een Programmable Interrupt Controller (PCI) nodig om verbinding te maken tussen de invoerpin van de CPU en het onderbrekende apparaat. PCI multiplext verschillende interruptbronnen naar de enkele of dubbele CPU-lijn. Wanneer geïmplementeerd met betrekking tot de geheugencontroller, wordt de geheugenadressleuf van het systeem direct toegewezen aan de interrupts.

Gedeelde onderbrekingsverzoeken (IRQ's)

Bij edge-triggered interrupt wordt een pull-up of pull-down weerstand gebruikt om de interrupt-regel aan te sturen. Deze lijn zendt elke puls uit die door elk apparaat wordt geproduceerd. Als onderbrekingspulsen die door verschillende apparaten worden gegenereerd kort op tijd plaatsvinden, moet de CPU een achterflank van de puls oproepen om geen onderbrekingen te missen, waarna de CPU ervoor zorgt dat elk apparaat wordt geïnspecteerd op serviceverzoeken. Een goed opgevoede Industry Standard Architecture (ISA) moederborden met pull-up weerstanden met gedeelde IRQ-lijnen moeten prima werken. Meerdere apparaten die een IRQ-lijn delen in oudere systemen met een slecht ontworpen programmeerinterface, maken het echter moeilijk om onderbrekingen te verwerken. Aan de andere kant helpt een nieuwe systeemarchitectuur, zoals PCI, om dit probleem aanzienlijk te verlichten.

Hybride

Een hybride type systeemimplementatie heeft een combinatie van zowel edge-triggered als level-triggered signalering. De hardware zoekt naar een rand en controleert ook of een signaal gedurende een bepaalde periode actief is. Een hybride type wordt vaak gebruikt voor de non-maskable interrupt (NMI)-invoer, die ervoor zorgt dat valse interrupts het systeem niet beïnvloeden.

Bericht– Gesignaleerd

Een door een bericht gesignaleerd onderbrekingsverzoek voor service waarbij gebruik wordt gemaakt van apparaatsignalen door een bericht te verzenden via een communicatiekanaal, zoals een computerbus. Deze gebruiken geen fysieke onderbrekingslijn. PCI Express fungeert als een seriële bus en wordt uitsluitend gebruikt als interrupts met berichtsignalen.

Deurbel

De deurbelonderbreking wordt vaak gebruikt als een mechanisme door een softwaresysteem om computerhardware aan te geven om het werk te voltooien. In onderling overleg tussen hardware en software plaatst de software de gegevens op de bekende geheugenlocatie en luidt de deurbel om de hardware te laten weten dat de gegevens klaar staan ​​om te worden verwerkt. Nu begrijpt het computerhardware-apparaat dat de gegevens geldig zijn en verwerkt het dienovereenkomstig.

Multiprocessor-IPI

Bij systemen met meerdere processors wordt een interruptverzoek van een processor naar een andere processor gestuurd via interprocessor-interrupts (IPI)

Typische toepassingen/toepassingen

Dit zijn krachtige ingangen die doorgaans worden gebruikt om

• Bedien hardware-timers, behandel toetsenbordaanslagen en muisacties
• Reageer snel op tijdgevoelige of realtime gebeurtenissen
• Gegevensoverdracht van en naar randapparatuur
• Reageert op taken met hoge prioriteit, zoals uitschakelsignalen, vallen en waakhond-timers
• Geeft abnormale gebeurtenissen van de CPU aan
• Power-off interrupt voorziet in stroomuitval, waardoor het systeem ordelijk kan worden afgesloten
• Periodieke onderbrekingen om de absolute tijd bij te houden

FAQ's

1). Waarom worden interrupts gebruikt?

Deze worden gebruikt om de aandacht van de CPU te trekken om de door hardware of software gevraagde services uit te voeren.

2). Wat is NMI?

NMI is een niet-maskeerbare interrupt, die niet kan worden genegeerd of uitgeschakeld door de processor

3). Wat is de functie van de onderbrekingsbevestigingsregel?

De processor stuurt een signaal naar de apparaten om aan te geven dat hij klaar is om interrupts te ontvangen.

4). Beschrijf hardware-interrupt. Geef voorbeelden

Het wordt gegenereerd door een extern apparaat of externe hardware; zoals toetsenbordtoetsen of muisbewegingen veroorzaken hardwareonderbrekingen

5). Beschrijf software-onderbreking.

Het wordt gedefinieerd als een speciale instructie die een interrupt oproept, zoals het aanroepen van een subroutine. Software-interrupts kunnen onverwachts worden geactiveerd vanwege fouten bij het uitvoeren van programma's

6). Welke onderbreking heeft de hoogste prioriteit?

• Niet-maskeerbare rand en niveau geactiveerd
• TRAP heeft de hoogste prioriteit

7). Geef wat gebruik van interrupt

• Reageer snel op tijdgevoelige of realtime gebeurtenissen
• Gegevensoverdracht van en naar randapparatuur
• Reageert op taken met hoge prioriteit, zoals uitschakelsignalen, vallen en waakhond-timers
• Geeft abnormale gebeurtenissen van de CPU aan

8). Wat is een hybride type systeemimplementatie?

Een hybride type systeemimplementatie heeft een combinatie van zowel edge-triggered als level-triggered signalering. De hardware zoekt naar een rand en controleert ook of een signaal gedurende een bepaalde periode actief is.

In dit artikel hebben we het belang van interrupts begrepen en hoe deze worden gebruikt om de gevraagde services uit te voeren. We hebben ook besproken wat de typen zijn, de systeemimplementatie en het gebruik ervan.