Was ist ein Interrupt:Typen und seine Anwendungen

PCs verwenden Interrupt-Anforderungen, um verschiedene Hardwarefunktionen zu verarbeiten. Hardware-Interrupts wurden erstmals 1953 von der UNIVAC 1103 eingeführt. Das erste Auftreten von Interrupt-Maskierung wurde 1954 von IBM 650 eingeführt. Es ist wichtig, verschiedenen Hardwaregeräten unterschiedliche IRQs zuzuweisen, um verschiedene Funktionen auszuführen. Während der Programmausführung benötigen Geräte wie Tastaturen, eine Maus Dienste der CPU und erzeugen einen Interrupt, um die Aufmerksamkeit der CPU zu erregen und den angeforderten Dienst zu verarbeiten. Diese werden als Interrupts bezeichnet. Einer der Busse des E/A-Geräts ist für diesen Zweck bestimmt und wird als Interrupt Service Routine (ISR) bezeichnet. Diese werden in verschiedenen Anwendungen verwendet, z. B. für zeitkritische Ereignisse, Datenübertragung, Hervorhebung von anormalen Ereignissen, Watchdog-Timer, Traps usw.

Was ist ein Interrupt?

Definition: Es wird als Eingangssignal mit der höchsten Priorität für Hardware- oder Softwareereignisse bezeichnet, die eine sofortige Verarbeitung eines Ereignisses erfordern. In den Anfängen der Computertechnik musste der Prozessor auf das Signal warten, um Ereignisse zu verarbeiten. Der Prozessor sollte jedes Hardware- und Softwareprogramm überprüfen, um zu verstehen, ob ein Signal zu verarbeiten ist. Dieses Verfahren würde eine Anzahl von Taktzyklen verbrauchen und den Prozessor beschäftigen. Für den Fall, dass ein Signal erzeugt wurde, würde der Prozessor wieder einige Zeit brauchen, um das Ereignis zu verarbeiten, was zu einer schlechten Systemleistung führte.

Ein neuer Mechanismus wurde eingeführt, um diesen komplizierten Prozess zu überwinden. Bei diesem Mechanismus sendet Hardware oder Software das Signal an einen Prozessor, anstatt dass ein Prozessor nach Signalen von Hardware oder Software sucht. Das Signal alarmiert den Prozessor mit der höchsten Priorität und unterbricht die aktuellen Aktivitäten, indem es seinen aktuellen Zustand und seine Funktion speichert, und verarbeitet den Interrupt sofort, dies wird als ISR bezeichnet. Da es nicht lange dauert, nimmt der Prozessor die normalen Aktivitäten wieder auf, sobald es verarbeitet wurde.

Arten von Unterbrechungen

Diese werden in zwei Haupttypen eingeteilt.

Hardware-Interrupts

Ein elektronisches Signal, das von einem externen Gerät oder einer externen Hardware gesendet wird, um mit dem Prozessor zu kommunizieren, das anzeigt, dass sofortige Aufmerksamkeit erforderlich ist. Zum Beispiel rufen Striche von einer Tastatur oder eine Aktion von einer Maus Hardware-Interrupts hervor, die die CPU veranlassen, sie zu lesen und zu verarbeiten. Es kommt also asynchron und zu jedem Zeitpunkt während der Ausführung einer Anweisung an.

Hardware-Interrupts werden in zwei Typen eingeteilt

• Maskable Interrupts – Prozessoren müssen ein Interrupt-Masken-Register verwenden, das das Aktivieren und Deaktivieren von Hardware-Interrupts ermöglicht. Jedes Signal hat ein Bit im Maskenregister. Wenn dieses Bit gesetzt ist, wird ein Interrupt aktiviert und deaktiviert, wenn ein Bit nicht gesetzt ist, oder umgekehrt. Signale, die die Prozessoren durch diese Masken unterbrechen, werden als maskierte Interrupts bezeichnet.
• Nicht maskierbare Interrupts (NMI) – Die NMIs sind die Aktivitäten mit der höchsten Priorität, die sofort und in jeder Situation verarbeitet werden müssen, wie z. B. ein Timeout-Signal, das von einem Watchdog-Timer generiert wird.

Software-Interrupts

Der Prozessor selbst fordert einen Software-Interrupt an, nachdem bestimmte Anweisungen ausgeführt wurden oder bestimmte Bedingungen erfüllt sind. Dabei kann es sich um eine bestimmte Anweisung handeln, die einen Interrupt auslöst, wie z. B. Unterprogrammaufrufe, und die aufgrund von Programmausführungsfehlern, sogenannten Ausnahmen oder Traps, unerwartet ausgelöst werden können.

Auslösemethoden

Im Allgemeinen sind diese Signale so konzipiert, dass sie entweder mit einem logischen Signalpegel oder einer Signalflanke ausgelöst werden. Es gibt zwei Arten dieser Methoden.

Level-getriggerter Interrupt

Bei diesem Typ ruft das Eingabemodul einen Interrupt auf, wenn der Service-Level davon bestätigt wird. Wenn eine Unterbrechungsquelle weiterhin geltend gemacht wird, wenn der Firmware-Unterbrechungs-Handler sie verarbeitet, regeneriert dieses Modul und löst einen erneuten Aufruf des Handlers aus. Die pegelgetriggerten Eingänge sind nicht gut, wenn sie für längere Zeit aktiviert bleiben.

Flankengesteuerter Interrupt

Ein flankengesteuertes Interrupt-Eingangsmodul ruft einen Interrupt auf, sobald es eine bestätigende Flanke erkennt – eine fallende oder eine steigende Flanke. Die Kante wird bemerkt, wenn sich der Pegel der Quelle ändert. Diese Art der Auslösung erfordert sofortiges Handeln, unabhängig von der Aktivität der Quelle.

Systemimplementierung

Interrupts sollen als unterschiedliche Komponente zusammen mit Steuerleitungen auf die Hardware angewendet oder in Speichersubsysteme integriert werden. Wenn die Implementierung in Hardware durchgeführt wird, benötigt sie einen programmierbaren Interrupt-Controller (PCI), um eine Verbindung zwischen dem Eingangspin der CPU und dem unterbrechenden Gerät herzustellen. PCI multiplext verschiedene Interruptquellen an die einzelne oder doppelte CPU-Leitung. Bei Implementierung in Bezug auf den Speichercontroller wird der Speicheradresssteckplatz des Systems direkt den Interrupts zugeordnet.

Shared Interrupt Requests (IRQs)

Bei flankengetriggerten Interrupts wird ein Pull-Up- oder Pull-Down-Widerstand verwendet, um die Interrupt-Leitung anzusteuern. Diese Leitung überträgt jeden von jedem Gerät erzeugten Impuls. Wenn Interrupt-Impulse, die von verschiedenen Geräten erzeugt werden, zeitnah erfolgen, muss die CPU eine nachlaufende Flanke des Impulses aufrufen, um keine Interrupts zu verpassen, woraufhin die CPU sicherstellt, dass jedes Gerät auf Service-Anfragen untersucht wird. Ein gut funktionierendes Mainboard mit Industriestandardarchitektur (ISA) mit Pull-up-Widerständen und gemeinsamen IRQ-Leitungen muss einwandfrei funktionieren. Allerdings erschweren mehrere Geräte, die sich die IRQ-Leitung in älteren Systemen mit schlecht gestalteter Programmierschnittstelle teilen, die Verarbeitung von Interrupts. Andererseits hilft eine neue Systemarchitektur wie PCI, dieses Problem erheblich zu lindern.

Hybrid

Eine hybride Systemimplementierung hat eine Kombination aus flankengetriggerter und pegelgetriggerter Signalisierung. Die Hardware soll nach einer Flanke suchen und auch überprüfen, ob ein Signal für eine bestimmte Zeit aktiv ist. Für den nicht maskierbaren Interrupt (NMI)-Eingang wird üblicherweise ein Hybridtyp verwendet, der sicherstellt, dass falsche Interrupts das System nicht beeinträchtigen.

Nachricht– Signalisiert

Eine durch eine Nachricht signalisierte Unterbrechungsanforderung für einen Dienst unter Verwendung von Gerätesignalen durch Übertragen einer Nachricht über einen Kommunikationskanal, beispielsweise einen Computerbus. Diese verwenden keine physikalische Interrupt-Leitung. PCI Express fungiert als serieller Bus und wird ausschließlich als nachrichtensignalisierte Interrupts verwendet.

Türklingel

Der Türklingel-Interrupt wird häufig als Mechanismus von einem Softwaresystem verwendet, um der Computerhardware zu signalisieren, dass sie die Arbeit abschließen soll. Nach gegenseitiger Vereinbarung zwischen Hardware und Software legt die Software die Daten an dem bekannten Speicherort ab und klingelt an der Tür, um der Hardware mitzuteilen, dass die Daten bereit sind und auf die Verarbeitung warten. Jetzt erkennt die Computerhardware, dass die Daten gültig sind und verarbeitet sie entsprechend.

Multiprozessor-IPI

Bei Multiprozessorsystemen wird eine Interrupt-Anforderung von einem Prozessor über Interprozessor-Interrupts (IPI) an einen anderen Prozessor gesendet

Typische Anwendungen/Anwendungen

Dies sind leistungsstarke Eingaben, die normalerweise verwendet werden, um

• Hardware-Timer warten, Tastatureingaben und Mausaktionen verarbeiten
• Reagieren Sie schnell auf zeitkritische oder Echtzeitereignisse
• Datenübertragung von und zu Peripheriegeräten
• Reagiert auf Aufgaben mit hoher Priorität wie Abschaltsignale, Traps und Watchdog-Timer
• Zeigt abnormale CPU-Ereignisse an
• Power-Off-Interrupt sieht den Stromausfall vor und ermöglicht so ein geordnetes Herunterfahren des Systems
• Periodische Unterbrechungen, um die absolute Zeit im Auge zu behalten

FAQs

1). Warum werden Interrupts verwendet?

Diese werden verwendet, um die CPU darauf aufmerksam zu machen, Dienste auszuführen, die von Hardware oder Software angefordert werden.

2). Was ist NMI?

NMI ist ein nicht maskierbarer Interrupt, der vom Prozessor nicht ignoriert oder deaktiviert werden kann

3). Welche Funktion hat die Unterbrechungsbestätigungsleitung?

Der Prozessor sendet ein Signal an die Geräte, das anzeigt, dass er bereit ist, Interrupts zu empfangen.

4). Beschreiben Sie den Hardware-Interrupt. Gib Beispiele

Es wird von einem externen Gerät oder einer externen Hardware generiert; wie Tastaturtasten oder Mausbewegungen rufen Hardware-Interrupts hervor

5). Beschreiben Sie die Softwareunterbrechung.

Es ist als eine spezielle Anweisung definiert, die einen Interrupt wie etwa Unterprogrammaufrufe aufruft. Software-Interrupts können aufgrund von Programmausführungsfehlern unerwartet ausgelöst werden

6). Welcher Interrupt hat die höchste Priorität?

• Nicht maskierbare Flanke und Level ausgelöst
• TRAP hat höchste Priorität

7). Geben Sie einige Verwendungen von Interrupt an

• Reagieren Sie schnell auf zeitkritische oder Echtzeitereignisse
• Datenübertragung von und zu Peripheriegeräten
• Reagiert auf Aufgaben mit hoher Priorität wie Abschaltsignale, Traps und Watchdog-Timer
• Zeigt abnormale CPU-Ereignisse an

8). Was ist eine hybride Systemimplementierung?

Eine hybride Systemimplementierung weist eine Kombination aus flankengetriggerter und pegelgetriggerter Signalisierung auf. Die Hardware soll nach einer Flanke suchen und auch überprüfen, ob ein Signal für eine bestimmte Zeit aktiv ist.

In diesem Artikel haben wir die Bedeutung von Interrupts verstanden und wie diese verwendet werden, um die angeforderten Dienste auszuführen. Wir haben auch die Typen, die Systemimplementierung und ihre Verwendung besprochen.