ما هي المقاطعة: أنواعها وتطبيقاتها

تستخدم أجهزة الكمبيوتر طلبات المقاطعة للتعامل مع وظائف الأجهزة المختلفة. تم تقديم مقاطعات الأجهزة لأول مرة بواسطة UNIVAC 1103 في عام 1953. تم دمج أول حالة لإخفاء المقاطعة بواسطة IBM 650 في عام 1954. ومن الضروري تعيين IRQs مختلفة لأجهزة مختلفة لأداء وظائف مختلفة. أثناء تنفيذ البرنامج ، تتطلب أجهزة مثل لوحات المفاتيح ، الماوس خدمات وحدة المعالجة المركزية ويقوم بإنشاء مقاطعة لجذب انتباه وحدة المعالجة المركزية ومعالجة الخدمة المطلوبة. هذه معروفة باسم المقاطعات . تُعرف إحدى ناقلات جهاز الإدخال / الإخراج المخصص لخدمة هذا الغرض باسم روتين خدمة المقاطعة (ISR). تُستخدم في تطبيقات مختلفة مثل الأحداث الحساسة للوقت ، ونقل البيانات ، والتأكيد على الأحداث غير الطبيعية ، وأجهزة ضبط الوقت ، والفخاخ ، وما إلى ذلك.

ما هي المقاطعة؟

تعريف: يشار إليه على أنه مدخل الإشارة ذات الأولوية القصوى لأحداث الأجهزة أو البرامج التي تتطلب معالجة فورية لحدث ما. خلال الأيام الأولى للحوسبة ، كان المعالج اضطررت إلى انتظار الإشارة لمعالجة أي أحداث. يجب أن يتحقق المعالج من كل جهاز وبرنامج لفهم ما إذا كانت هناك أي إشارة يجب معالجتها. تستهلك هذه الطريقة عددًا من دورات الساعة وتجعل المعالج مشغولاً. فقط في حالة إنشاء أي إشارة ، سيستغرق المعالج مرة أخرى بعض الوقت لمعالجة الحدث ، مما يؤدي إلى ضعف أداء النظام.

تم إدخال آلية جديدة للتغلب على هذه العملية المعقدة. في هذه الآلية ، سترسل الأجهزة أو البرامج الإشارة إلى المعالج ، بدلاً من فحص المعالج بحثًا عن أي إشارة من الأجهزة أو البرامج. تنبه الإشارة المعالج بأولوية قصوى وتوقف الأنشطة الحالية عن طريق حفظ حالتها ووظيفتها الحالية ، وتعالج المقاطعة على الفور ، وهذا ما يعرف بـ ISR. نظرًا لأنه لا يدوم طويلاً ، يقوم المعالج بإعادة تشغيل الأنشطة العادية بمجرد معالجتها.

يقطع

أنواع المقاطعة

يتم تصنيف هذه إلى نوعين رئيسيين.

مقاطعات الأجهزة

إشارة إلكترونية مرسلة من جهاز أو جهاز خارجي للتواصل مع المعالج تشير إلى أنه يتطلب عناية فورية. على سبيل المثال ، تستدعي ضربات لوحة المفاتيح أو إجراء من الماوس مقاطعات الأجهزة مما يتسبب في قيام وحدة المعالجة المركزية بقراءتها ومعالجتها. لذلك فهي تصل بشكل غير متزامن وخلال أي وقت أثناء تنفيذ التعليمات.

يتم تصنيف مقاطعات الأجهزة إلى نوعين

• المقاطعات القابلة للقناع - يتعين على المعالجات مقاطعة سجل القناع الذي يسمح بتمكين وتعطيل مقاطعات الأجهزة. تم وضع كل إشارة قليلاً في سجل القناع. إذا تم تعيين هذا البت ، يتم تمكين المقاطعة وتعطيلها عندما لا يتم تعيين بت ، أو العكس. يشار إلى الإشارات التي تقطع المعالجات من خلال هذه الأقنعة بالمقاطعات المقنعة.
• المقاطعات غير القابلة للقناع (NMI) - تعد NMIs هي الأنشطة ذات الأولوية القصوى التي تحتاج إلى معالجتها على الفور وفي ظل أي موقف ، مثل إشارة المهلة الناتجة من مؤقت مراقب.

المقاطعات البرمجية

يطلب المعالج نفسه مقاطعة البرنامج بعد تنفيذ تعليمات معينة أو في حالة استيفاء شروط معينة. يمكن أن تكون هذه تعليمات محددة تؤدي إلى مقاطعة مثل استدعاءات الروتين الفرعي ويمكن تشغيلها بشكل غير متوقع بسبب أخطاء تنفيذ البرنامج ، والمعروفة باسم الاستثناءات أو الاعتراضات.

طرق التشغيل

بشكل عام ، تم تصميم هذه الإشارات بحيث يتم تشغيلها باستخدام مستوى إشارة منطقية أو حافة إشارة. هذه الطرق من نوعين.

المستوى المشغل المقاطعة

في هذا النوع ، تستدعي وحدة الإدخال مقاطعة إذا تم تأكيد مستوى الخدمة لذلك. إذا استمر تأكيد مصدر المقاطعة عندما يعالج معالج مقاطعة البرامج الثابتة ذلك ، فإن هذه الوحدة النمطية تتجدد وتؤدي إلى استدعاء المعالج مرة أخرى. المدخلات التي يتم تشغيلها على المستوى ليست جيدة إذا تم التأكيد عليها لمدة أطول.

مقاطعة مشغلة الحافة

تستدعي وحدة إدخال المقاطعة المشغلة من الحافة مقاطعة بمجرد أن تحدد حافة مؤكدة - حافة هبوط أو صاعدة. تصبح الحافة ملحوظة عندما يتغير مستوى المصدر. يحتاج هذا النوع من المحفزات إلى إجراء فوري ، بغض النظر عن نشاط المصدر.

مستوى حافة الزناد

تنفيذ النظام

يتم تطبيق المقاطعات على الأجهزة كمكون مختلف مع خطوط التحكم ، أو المدمجة إلى ذاكرة الأنظمة الفرعية. عند تنفيذ التنفيذ في الأجهزة ، فإنه يحتاج إلى وحدة تحكم في المقاطعة القابلة للبرمجة (PCI) للاتصال بين طرف إدخال وحدة المعالجة المركزية وجهاز المقاطعة. يعدد PCI مصادر مختلفة للمقاطعة لخط وحدة المعالجة المركزية الفردي أو المزدوج. عند التنفيذ فيما يتعلق بوحدة التحكم في الذاكرة ، يتم تعيين فتحة عنوان ذاكرة النظام مباشرةً مع المقاطعات.

طلبات المقاطعة المشتركة (IRQs)

مع مقاطعة مشغلة من الحافة ، سحب لأعلى أو سحب لأسفل المقاوم يستخدم لقيادة خط المقاطعة. ينقل هذا الخط كل نبضة ينتجها كل جهاز. إذا حدثت نبضات المقاطعة المتولدة من أجهزة مختلفة في وقت قريب ، فيجب على وحدة المعالجة المركزية استدعاء الحافة الخلفية للنبض حتى لا تفوت المقاطعات ، وبعد ذلك تضمن وحدة المعالجة المركزية فحص كل جهاز لطلبات الخدمة. يجب أن تعمل اللوحات الأم ذات البنية القياسية الصناعية (ISA) التي تعمل بشكل جيد مع مقاومات سحب لها خطوط IRQ المشتركة بشكل جيد. ومع ذلك ، فإن العديد من الأجهزة التي تشترك في خط IRQ في الأنظمة القديمة ذات واجهة برمجة سيئة التصميم تجعل من الصعب معالجة المقاطعات. من ناحية أخرى ، تساعد بنية النظام الجديدة ، مثل PCI في توفير راحة كبيرة لهذه المشكلة.

هجين

يحتوي النوع الهجين من تنفيذ النظام على مزيج من الإشارات التي يتم تشغيلها من الحافة والمستوى. يجب أن يبحث الجهاز عن حافة ويتحقق أيضًا من وجود إشارة نشطة لفترة معينة. يشيع استخدام النوع المختلط لإدخال المقاطعة غير القابلة للإخفاء (NMI) ، مما يضمن عدم تأثير المقاطعات الخاطئة على النظام.

رسالة - مشير

طلب مقاطعة بإشارة رسالة للخدمة باستخدام إشارات الجهاز عن طريق إرسال رسالة عبر a تواصل قناة ، مثل جهاز كمبيوتر أوتوبيس . هذه لا تستخدم خط المقاطعة المادية. يعمل PCI Express كناقل تسلسلي ويستخدم حصريًا كمقاطعات إشارات الرسائل.

الجرس

تُستخدم مقاطعة جرس الباب بشكل شائع كآلية بواسطة نظام برمجي للإشارة إلى أجهزة الكمبيوتر لإكمال العمل. عند الاتفاق المتبادل بين الأجهزة والبرامج ، يضع البرنامج البيانات في موقع الذاكرة المعروف جيدًا ويرن جرس الباب لإخطار الأجهزة بأن البيانات جاهزة وتنتظر المعالجة. الآن ، يتفهم جهاز الكمبيوتر أن البيانات صحيحة ويعالجها وفقًا لذلك.

IPI متعدد المعالجات

الأنظمة متعددة المعالجات ، يتم إرسال طلب مقاطعة من معالج إلى معالج مختلف من خلال المقاطعات بين المعالجات (IPI)

الاستخدامات / التطبيقات النموذجية

هذه مدخلات قوية تستخدم عادة ل

• خدمة مؤقتات الأجهزة ، والتعامل مع ضغطات لوحة المفاتيح وإجراءات الماوس
• استجب سريعًا للأحداث الحساسة للوقت أو الأحداث في الوقت الفعلي
• نقل البيانات من وإلى الأجهزة الطرفية
• يستجيب للمهام ذات الأولوية العالية مثل إشارات خفض الطاقة ، والفخاخ ، وأجهزة ضبط الوقت
• يشير إلى أحداث غير طبيعية لوحدة المعالجة المركزية
• تتنبأ مقاطعة انقطاع التيار الكهربائي بفقدان الطاقة ، مما يتيح الإغلاق المنظم لـ النظام
• المقاطعات الدورية لتتبع الوقت المطلق

أسئلة وأجوبة

1). لماذا تستخدم المقاطعات؟

يتم استخدامها لجذب انتباه وحدة المعالجة المركزية لأداء الخدمات المطلوبة بواسطة الأجهزة أو البرامج.

2). ما هو NMI؟

NMI هي مقاطعة غير قابلة للقناع ، ولا يمكن للمعالج تجاهلها أو تعطيلها

3). ما هي وظيفة خط الاعتراف بالمقاطعة؟

يرسل المعالج إشارة إلى الأجهزة تشير إلى أنه جاهز لاستقبال المقاطعات.

4). وصف مقاطعة الأجهزة. أعط أمثلة

يتم إنشاؤه بواسطة جهاز أو جهاز خارجي مثل مفاتيح لوحة المفاتيح أو حركة الماوس التي تستدعي مقاطعات الأجهزة

5). وصف مقاطعة البرامج.

يتم تعريفه على أنه تعليمة خاصة تستدعي مقاطعة مثل مكالمات روتين فرعي. يمكن تشغيل مقاطعات البرنامج بشكل غير متوقع بسبب أخطاء في تنفيذ البرنامج

6). أي مقاطعة لها الأولوية القصوى؟

• يتم تشغيل الحافة غير القابلة للقناع والمستوى
• TRAP لها الأولوية القصوى

7). أعط بعض استخدامات المقاطعة

• استجب سريعًا للأحداث الحساسة للوقت أو الأحداث في الوقت الفعلي
• نقل البيانات من وإلى الأجهزة الطرفية
• يستجيب للمهام ذات الأولوية العالية مثل إشارات خفض الطاقة ، والفخاخ ، وأجهزة ضبط الوقت
• يشير إلى أحداث غير طبيعية لوحدة المعالجة المركزية

8). ما هو النوع المختلط لتطبيق النظام؟

يحتوي النوع الهجين من تنفيذ النظام على مزيج من الإشارات التي يتم تشغيلها من الحافة والمستوى. يجب أن يبحث الجهاز عن حافة ويتحقق أيضًا من وجود إشارة نشطة لفترة معينة.

في هذه المقالة ، فهمنا أهمية المقاطعات وكيف يتم استخدامها لتنفيذ الخدمات المطلوبة. ناقشنا أيضًا ما هي الأنواع ، وتنفيذ النظام ، واستخداماته.