Komputery i sieci - podstawy

Przerwanie (ang. interrupt) to przejście, skok do wykonania specjalnego programu zwanego programem obsługi przerwania.

System przerwań (ang. interrupt system) umożliwia przerwanie wykonania bieżącego programu przez mikroprocesor i przejście do wykonania programu obsługi przerwania. System przerwań umożliwia mikroprocesorowi reagowanie na zdarzenia zachodzące wprzypadkowych chwilach w samym mikroprocesorze lub w świecie zewnętrznym w stosunku do mikroprocesora.

Bezpośrednią przyczyną przerwania może być:

• pojawienie się sygnału zgłoszenia przerwania na wejściu przerywającym mikroprocesora oznaczonym z reguły symbolem INT; czasem mamy kilka takich wejść INT1, INT2, NMI (ang. nonmaskable interrupt); sygnał INT jest z reguły wystawiany przez współpracujące z mikroprocesorem układy we/wy;
• zajście pewnego zdarzenia wewnątrz mikroprocesora np.: próba dzielenia przez 0, wyjście podczas obliczeń poza zakres liczb reprezentowanych w systemie lub ogólniej wystąpienie błędu pewnego typu;
• wykonanie rozkazu „wykonaj przerwanie o numerze n”; rozkaz taki ma zwykle postać INT n, gdzie INT jest mnemonikiem, czyli symboliczną nazwą rozkazu, a n numerem przerwania.

Przerwania dzielimy na przerwania zewnętrzne (spowodowane przez współpracujące układy we/wy) i przerwania wewnętrzne wywołane przez sam mikroprocesor. Inny podział to przerwania sprzętowe i programowe.

W mikroprocesorze istnieje przerzutnik włączający i wyłączający system przerwań. Przerzutnik ten z reguły jest wyłączany sygnałem RESET zerującym mikroprocesor. Może być ponadto włączany rozkazem EI (ang. interrupt enable) i wyłączany rozkazem DI (ang. interrupt disable). Przerzutnik ten należy zazwyczaj do rejestru znaczników i jest oznaczany symbolem IF (ang. Interrupt Flag).

Na początku ( lub na końcu cyklu rozkazowego) mikroprocesor sprawdza, czy pojawiło się zgłoszenie przerwania. Jeśli się pojawiło i system przerwań jest włączony, to układ sterowania:

• wyłącza system przerwań
• zapamiętuje zawartość licznika rozkazów LR na stosie
• dokonuje podstawienia LR := adres , gdzie n jest numerem przerwania
• Jest to przejście do wykonywania podprogramu, wymuszone przez przerwanie. Adres skoku oznaczony symbolem adres (n), nazywa się adresem programu obsługi przerwania.

Rys. 1. Cykl rozkazowy mikroprocesora z uwzględnieniem momentów czasu, w których sprawdzana jest obecność sygnału przerwania

Numer przyczyny przerwania n automatycznie określa adres, pod którym znajduje się uprzednio wpisany adres początku programu obsługi przerwania adres (n). Adresy zawarte w komórkach f(1), f(2),..., f(r) tworzą tzw. wektor adresów przerwań. Stąd nazwa tak działającego systemu przerwań: wektoryzowany system przerwań.

Powrót z podprogramu obsługi przerwania jest realizowany tak jak z każdego podprogramu (instrukcja IRET lub RETURN). Musimy jednak pamiętać, by włączyć wyłączony system przerwań. Żeby móc wrócić do punktu wyjścia po obsłużeniu przerwania musimy w momencie przyjścia przerwania przenieść na stos wszystkie zasadnicze rejestry mikroprocesora jak np. akumulator i rejestr znaczników.

Pewne problemy pojawiają się, gdy wiele sygnałów przerwań może pojawić się jednocześnie, ponieważ:

• musimy zidentyfikować źródła
• zadecydować o priorytecie
• zadecydować czy przerwanie może przerwać program obsługi przerwania

W systemie przerwań wektoryzowanych na szynę danych przesyłana jest (w kodzie NKB) liczba n będąca identyfikatorem urządzenia zgłaszającego przerwanie.

Obsługa przerwań może być sekwencyjna lub wielopoziomowa, gdy dopuszczalne jest przerwanie programu obsługi przerwania przez przerwanie o wyższym priorytecie.

Zadaniem kontrolera przerwań jest obsługa wielu żądań przerwań nadchodzących do mikroprocesora i odciążenie tego ostatniego od części zadań z tym związanych. Typowym kontrolerem przerwań jest układ Intel 8259.

Rys. 2. Bezpośredni system przerwań

Rys. 3. Bezpośredni system przerwań z maskowaniem