Qué es una interrupción: tipos y aplicaciones

Las PC usan solicitudes de interrupción para administrar varias funciones de hardware. Las interrupciones de hardware fueron introducidas por primera vez por UNIVAC 1103 en 1953. La primera incidencia de enmascaramiento de interrupciones fue incorporada por IBM 650 en 1954. Asignar diferentes IRQ a diferentes dispositivos de hardware es fundamental para ejecutar varias funciones. Durante la ejecución del programa, los periféricos como los teclados y el mouse requieren servicios de la CPU y generan interrupciones para llamar la atención de la CPU y procesar el servicio solicitado. Estos se llaman interrupciones. Uno de los buses de dispositivos de E/S está dedicado a este propósito y se conoce como Rutina de servicio de interrupción (ISR). Estos se utilizan en diversas aplicaciones, como eventos sensibles al tiempo, transferencia de datos, énfasis de eventos anormales, temporizadores de vigilancia, interrupciones, etc.


¿Qué es una interrupción?

Definición: Esta es una señal de entrada que tiene la prioridad más alta para eventos de hardware o software que requieren un procesamiento de eventos inmediato. En los primeros días de la informática, el procesador tenía que esperar la señal para procesar todos los eventos. El procesador debe verificar cada programa de hardware y software para comprender si hay una señal para procesar. Este método consumiría varios ciclos de reloj y ocuparía la CPU. Por si acaso, si se generaba una señal, el procesador volvería a tardar un poco en procesar el evento, lo que provocaría un rendimiento deficiente del sistema.

Se ha introducido un nuevo mecanismo para superar este complicado proceso. En este mecanismo, el hardware o software enviará la señal a un procesador, en lugar de que un procesador verifique cualquier señal proveniente del hardware o software. La señal alerta al procesador con la prioridad más alta y suspende las actividades en curso guardando su estado y función actual, y maneja la interrupción de inmediato, esto se llama ISR. Dado que no dura mucho, el procesador reinicia las actividades normales tan pronto como se procesa.

Interrumpir

Tipos de interrupción

Estos se clasifican en dos tipos principales.

Interrupciones de hardware

Una señal electrónica enviada por un dispositivo o hardware externo para comunicarse con el procesador que indica que requiere atención inmediata. Por ejemplo, las pulsaciones de un teclado o la acción de un mouse invocan interrupciones de hardware que hacen que el procesador las lea y las procese. Por lo tanto, ocurre de forma asíncrona y en cualquier momento durante la ejecución de una instrucción.

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Las interrupciones de hardware se clasifican en dos tipos

  • Interrupciones enmascarables – Los procesadores deben interrumpir el registro de máscara que permite habilitar y deshabilitar las interrupciones de hardware. Cada señal tiene un bit colocado en el registro de máscara. Si este bit está establecido, se habilita y deshabilita una interrupción cuando un bit no está establecido, o viceversa. Las señales que interrumpen los procesadores a través de estas máscaras se denominan interrupciones enmascaradas.
  • Interrupciones no enmascarables (NMI) – Los NMI son las actividades de mayor prioridad que deben procesarse inmediatamente y en cualquier situación, como una señal de sincronización generada por un temporizador de vigilancia.

Interrupciones suaves

El propio procesador solicita una interrupción de software después de la ejecución de ciertas instrucciones o si se cumplen condiciones particulares. Puede ser una instrucción específica que desencadena una interrupción, como llamadas a subrutinas, y puede desencadenarse inesperadamente debido a errores de ejecución del programa, conocidos como excepciones o interrupciones.

Métodos de activación

Por lo general, estas señales están diseñadas para activarse utilizando un nivel de señal lógica o un borde de señal. Estos métodos son de dos tipos.

Interrupción activada por nivel

En este tipo, el módulo de entrada invoca una interrupción si se confirma su nivel de servicio. Si una fuente de interrupción continúa siendo afirmada cuando el controlador de interrupción de firmware la maneja, ese módulo se regenera y activa una nueva invocación del controlador. Las entradas activadas por nivel no son buenas si permanecen afirmadas durante más tiempo.

Interrupción activada por borde

Un módulo de entrada de interrupción activado por flanco invoca una interrupción tan pronto como identifica un flanco asertivo, un flanco descendente o ascendente. El borde se nota cuando cambia el nivel de la fuente. Este tipo de disparador requiere una acción inmediata, independientemente de la actividad de la fuente.

Disparador de borde de nivel
nivel-borde-disparo

Configuración del sistema

Las interrupciones deben aplicarse al hardware como un componente separado con líneas de control o integrados en subsistemas de memoria. Cuando se implementa en hardware, requiere un controlador de interrupción programable (PCI) para conectarse entre el pin de entrada del procesador y el dispositivo de interrupción. PCI multiplexa varias fuentes de interrupción a la línea de CPU simple o doble. Cuando se implementa con respecto al controlador de memoria, la ubicación de la dirección de la memoria del sistema se asigna directamente a las interrupciones.

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Solicitudes de interrupción compartida (IRQ)

Con una interrupción activada por flanco, se utiliza una resistencia pull-up o pull-down para impulsar la línea de interrupción. Esta línea transmite cada pulso producido por cada dispositivo. Si los pulsos de interrupción generados por diferentes dispositivos ocurren a tiempo, la CPU debe invocar un borde posterior del pulso para no perder las interrupciones, después de lo cual la CPU se asegura de inspeccionar cada dispositivo en busca de solicitudes de servicio. Una placa base ISA (Arquitectura estándar de la industria) con buen comportamiento y resistencias pull-up que compartan líneas IRQ debería funcionar bien. Sin embargo, varios dispositivos que comparten una línea IRQ en sistemas más antiguos con una interfaz de programación mal diseñada dificultan el manejo de las interrupciones. Por otro lado, una nueva arquitectura de sistema, como PCI, ayuda a resolver este problema considerablemente.

Híbrido

Un tipo híbrido de implementación del sistema tiene una combinación de señalización activada por borde y activada por nivel. El hardware tiene que buscar un borde y también comprueba si una señal está activa durante un cierto período. Un tipo híbrido se usa comúnmente para la entrada de interrupción no enmascarable (NMI), lo que garantiza que las interrupciones falsas no afecten el sistema.

MensajeReportado

Un mensaje señaló la solicitud de interrupción de un servicio utilizando señales de dispositivos al transmitir un mensaje a través de un canal de comunicación, como un bus de computadora. Estos no utilizan una línea de interrupción física. PCI Express actúa como un bus serie y se utiliza exclusivamente como interrupciones señaladas por mensajes.

timbre de la puerta

La interrupción del timbre se usa comúnmente como un mecanismo por parte de un sistema de software para señalar al hardware de la computadora que complete el trabajo. Después de un acuerdo mutuo entre el hardware y el software, el software coloca los datos en la ubicación de memoria conocida y toca el timbre para informar al hardware que los datos están listos y esperando ser procesados. Ahora el dispositivo de hardware informático comprende que los datos son válidos y los procesa en consecuencia.

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IPI multiprocesador

Sistemas multiprocesador, una solicitud de interrupción de un procesador se envía a un procesador diferente a través de interrupciones entre procesadores (IPI)

Usos/aplicaciones típicos

Estas son entradas poderosas que se usan típicamente para

  • Mantenga temporizadores de hardware, administre pulsaciones de teclas y acciones del mouse
  • Reaccione rápidamente ante eventos urgentes o en tiempo real
  • Transferencia de datos hacia y desde dispositivos
  • Responde a tareas de alta prioridad como señales de apagado, trampas y temporizadores de vigilancia
  • Indica eventos anormales de la CPU
  • La interrupción de apagado predice la pérdida de energía, lo que permite el apagado ordenado del sistema
  • Interrupciones periódicas para realizar un seguimiento del tiempo absoluto

preguntas frecuentes

1). ¿Por qué se utilizan las interrupciones?

Estos se utilizan para atraer la atención del procesador para realizar servicios solicitados por hardware o software.

2). ¿Qué es el INM?

NMI es una interrupción no enmascarable, que el procesador no puede ignorar ni deshabilitar

3). ¿Cuál es la función de la línea de reconocimiento de interrupción?

El procesador envía una señal a los dispositivos indicando que está listo para recibir interrupciones.

4). Describa la interrupción de hardware. Dar ejemplos

Es generado por un dispositivo o hardware externo; como las teclas del teclado o el movimiento del mouse invoca interrupciones de hardware

5). Describa la interrupción del software.

Se define como una instrucción especial que invoca una interrupción, como llamadas a subrutinas. Las interrupciones de software pueden activarse inesperadamente debido a errores de ejecución del programa

6). ¿Qué interrupción tiene la prioridad más alta?

  • Borde desenmascarable y nivel disparado
  • TRAP tiene la máxima prioridad

siete). Dar algunos usos de la interrupción

  • Reaccione rápidamente ante eventos urgentes o en tiempo real
  • Transferencia de datos hacia y desde dispositivos
  • Responde a tareas de alta prioridad, como señales de apagado, trampas y temporizadores de vigilancia
  • Indica eventos anormales de la CPU

8). ¿Qué es un tipo híbrido de implementación del sistema?

Un tipo híbrido de implementación del sistema tiene una combinación de señalización activada por borde y activada por nivel. El hardware tiene que buscar un borde y también comprueba si una señal está activa durante un cierto período.

En este artículo, entendimos la importancia de interrumpe y cómo estos se utilizan para realizar los servicios solicitados. También hemos discutido los tipos, la implementación del sistema y sus usos.

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