Конфликты IRQ. Конфликты прерываний Два устройства в одном irq что делать

Оставьте комментарий 6,950

Конфликт - это ситуация, при которой несколько объектов одновременно пытаются получить доступ к ресурсу, который предназначен только для одного из них. Конфликт прерываний возникает в том случае, если несколько устройств используют одну и ту же линию прерывания для посылки сигнала запроса, и нет механизма, позволяющего обрабатывать конкурирующие запросы. Если драйвер, получая управление, работает не с тем устройством, которое послало запрос, то либо происходит сбой, либо одно из устройств попросту не работает.

Возникает вопрос: могут ли несколько устройств использовать одну и ту же линию прерывания, или это в принципе невозможно? Ведь если драйвер сможет определить, от кого именно пришел запрос, то он будет реагировать на сигналы только "своего" устройства, игнорируя все остальные. Но это должно быть каким-либо образом заранее оговорено, иначе конфликт неизбежен.

Локальная шина PCI была спроектирована с учетом совместного использования прерываний. Каждое устройство PCI должно корректно работать на одной линии прерывания с другими PCI-устройствами. Это сделано следующим образом: факт наличия сигнала на линии прерывания определяется не по фронту, т.е. изменению уровня напряжения, а по самому факту наличия определенного напряжения. Изменять напряжение в линии может сразу несколько устройств, становясь как бы в очередь на обслуживание.

Таким образом, совместное использование одного IRQ несколькими PCI-устройствами не является конфликтом по определению (рис.). Однако иногда проблемы все-таки возникают. Во-первых, не все устройства PCI корректно работают на одной линии прерывания с другими. Во-вторых, иногда драйверы имеют ошибки, из-за которых они не могут правильно определять источник сигнала, мешая другим драйверам. В-третьих, далеко не все устройства работают на шине PCI; например, ISA-устройства, к которым относятся, например, контроллеры COM/LPT-портов, делить прерывания с другими не умеют.

Рис. Win2000 Device Manager IRQ Map - IO PIC Intel 440BX Chipset

Рис. Win2000 IRQ MAP - IO APIC - Via KT266a Chipset

В результате возможны ситуации, когда компьютер начинает часто зависать, отказывается выполнять какие-либо функции, а то и просто вываливается в так называемый «синий экран смерти».

Apic (Advanced Programmable Interrupt Controller, Улучшенный программируемый контроллер прерываний)

Как было показано выше, линия прерывания – очень дефицитный ресурс для компьютера. Однако, с развитием компьютерной индустрии количество различных внешних устройств в компьютере постоянно увеличивается. Например, на одной материнской плате могут присутствовать 5-6 слотов PCI, слот AGP, встроенный IDE-контроллер, встроенный SCSI-контроллер, встроенный 1/2-портовый сетевой адаптер и пр. И всем этим устройствам необходимы прерывания. 16 линий IRQпостепенно стало не хватать.

APIC – это контроллер прерываний (interrupt), позволяющий использовать 24 аппаратных прерывания вместо 16. Ограничение в 16 аппаратных прерываний, не менявшееся с 1982 года, сдерживало установку в персональный компьютер дополнительных устройств. В конце 2001 года появились первые материнские платы с APIC.

Рис. Система прерываний в многопроцессорной среде.

Предыдущее описание относилось к PIC, разработанным для однопроцессорных систем. Если система включает два и более процессоров, этот подход уже непозволителен и требуются более сложные PIC.

Все современные процессоры x86 включают в себя локальный APIC (local APIC). Каждый local APIC имеет 32-разрядные регистры, внутренние часы, локальный таймер и две дополнительные линии IRQ: LINT0 и LINT1, зарезервированные для прерываний local APIC. Все локальные APIC соединены с внешним APIC ввода-вывода (I/O APIC).

I/O APIC содержит набор из 24 линий IRQ, 24-входовую таблицу перенаправления прерываний, программируемые регистры и блок сообщений для посылки и получения сообщений по шине APIC. В отличие от выводов IRQ микросхемы 8259A, приоритет прерывания не привязан к номеру вывода.

Каждая запись в таблице перенаправления прерываний может быть запрограммирована индивидуальна, чтобы отобразить вектор прерывания и его приоритет, процессор, который будет обрабатывать прерывание и как этот процессор будет выбран. Информация в таблице перенаправления прерываний используется для трансляции каждого внешнего сигнала в сообщение, адресованное одному или нескольким local APIC через шину APIC.

Статическое распределение

Сигнал IRQ доставляется локальным APIC, перечисленным в соответствующей записи таблицы перенаправления прерываний. Прерывание доставляется одному конкретному CPU, множеству CPU или всем CPU.

Динамическое распределение

Сигнал IRQ доставляется локальному APIC процессора, который выполняет процесс с наименьшим приоритетом.

Каждый локальный APIC имеет программируемый регистр приоритета задания, который используется для вычисления приоритета текущего процесса. Intel предполагает, что этот регистр будет модифицироваться ядром операционной системы при каждом переключении процесса.

Кроме распределения прерываний по процессорам мульти-APIC система позволяет CPU генерировать межпроцессорные прерывания. Когда CPU желает послать прерывание другому CPU, он сохраняет вектор прерывания и идентификатор целевого local APIC в коммандном регистре прерываний (Interrupt Command Register (ICR)) своего локального APIC. Тогда сообщение посылается через шину APIC к целевому local APIC, который выпускает соответствующее прерывание своему CPU.

В настоящее время множество однопроцессорных систем включают чип I/O APIC, который может быть сконфигурирован двумя способами:

1. Как стандартный 8259A PIC, связанный с CPU. Local APIC отключен и две линии LINT0 и LINT1 сконфигурированы как INTR и NMI выводы.

2. Как стандартный внешний I/O APIC. Local APIC включен и все внешние прерывания получаются через I/O APIC.

В этой статье я хотел бы рассказать о том, что может никогда не напоминать о себе, а может и стоить нервов после сборки или апгрейда компьютера: зависания, самопроизвольные перезагрузки, упорное нежелание грузиться, постоянные "синие экраны смерти", невозможность обнаружения устройств, неверная работа… Список можно продолжать еще долго. Очень часто такие "глюки" происходят именно по вине прерываний, а если Вы интересуетесь компьютерами, то обязательно должны знать, откуда и почему появляются подобные проблемы и, самое, наверно, главное, как с этим бороться.

Что это такое?

Прерывания или IRQ (Interrupt Request) - это сигналы, которые сообщают процессору, что нужно обработать поступивший от устройства запрос, а посылает процессору оные сигналы контроллер этого самого устройства, то есть при помощи IRQ процессор реагирует на различные события.

Так уж сложилось, что при разработке какой-нибудь технологии создаются некоторые ограничения, не специально, конечно, а из-за какой-нибудь особенности этого новшества или просто недочета. Так случилось и с прерываниями. Первоначально, когда IBM разрабатывала архитектуру IBM PC (аж в 1980-81 годах прошлого тысячелетия), их было заложено не так много (8), потом, правда, добавили еще столько же, забрав одно "старое" прерывание под контроллер новых, но я бы не сказал, что и этого оказалось достаточно. А потом фирма IBM перестала быть единственной, кто занимался платформой PC, и, во избежание несовместимости с другими, никто больше прерываний и не добавил.

Какие могут быть проблемы?

Когда архитектуру IBM PC только создавали, прерываний было создано немного, всего восемь, как я уже писал, и отдавали их на всякую "ерунду", вроде портов COM, хотя оправдывает инженеров IBM то, что выбора особого не было, его пришлось искать позже. Очевидно, никто не пророчил платформе такое будущее, поэтому для ее изюминки, то есть возможности расширения, было оставлено только одно прерывание, которое потом было занято контроллером второй "восьмерки" IRQ. Правда, стоит заметить, что дополнительные прерывания могли (и могут) быть высвобождены путем отключения различных занимающих их ISA-устройств: портов, флоппи-дисковода. Так вот, ошибки, или конфликты, возникают когда несколько устройств пытаются работать на одном прерывании. Это очень проблематично, потому что многие современные устройства, особенно звуковые карты и всевозможные мультимедийные комбайны несут на себе сразу несколько устройств. Даже самые простые "звуковухи" имеют на борту не менее четырех девайсов. Вот так выглядит карта прерываний в современном компьютере:

IRQ	Описание
0	Таймер
1	Клавиатура
2	Контроллер IRQ 8-15
3	COM2
4	COM1
5	LPT2
6	Контроллер FDD
7	LPT1
8	Real Time Clock
9	Свободен
10	Свободен
11	Свободен
12	PS/2 (для мыши)
13	Сопроцессор
14	Контроллер HDD
15	Контроллер HDD

Так что же это получается? На современный компьютер можно установить только три дополнительных устройства? Судя по таблице, да, но не все так страшно. У Вас, например, есть порт LPT2? Очень сомневаюсь. Значит, если порта нет, то и прерывание свободно. Итак, теоретически можно освободить следующие прерывания:

IRQ	Описание
3	Порт вполне можно освободить, отключив его в BIOS. Я думаю, в большинстве случаев он и так свободен.
4	Тоже можно отключить. Но он используется значительно чаще: мыши, модемы, сканеры.
5	Про это я уже писал. Почти всегда свободен.
6	Если будете собирать новый компьютер, тем более домой, польза от старого доброго флопика, значительно меньше, чем даже пару лет назад. Очень у многих уже есть дисководы CD-RW. Больше места, надежнее, быстрее, хотя, хоронить FDD еще рано… Флоп можно отключить и освободить IRQ.
7	Если у Вас принтер на USB, можете хоронить…
12	В большинстве современных компов мыши именно такие. Можете поставить грызуна на COM, но забьете другое прерывание, мышку можно купить и на USB, но это будет уже маниакальной борьбой за IRQ:)
14	Слабо без винта? Хотя, теоретически, можно…
15	Даже если у вас только два IDE-устройства, их лучше развести на два разных канала. Работать будет быстрее. Но прерывание можно и освободить.

Уже проще. Но хватает ли этого? Лезу в свойства системы (у меня Windows XP Professional). Пуск -> Все программы -> Стандартные -> Служебные -> Информация о системе. Дальше в окне программы: Ресурсы аппаратуры -> Прерывания (IRQ). Вот, что я там вижу:

IRQ	Описание
0	Системный таймер
1	Стандартная (101/102 клавиши) или клавиатура PS/2 Microsoft Natural
3	Последовательный порт (COM2)
4	Последовательный порт (COM1)
5	Conexant SoftK56 Data Fax Voice Speakerphone
5
5	VIA Rev 5 USB универсальный хост-контроллер
6	Стандартный контроллер гибких дисков
8	CMOS и часы
9	Microsoft ACPI-совместимая система
10	Avance AC"97 Audio for VIA (R) Audio Controller
11	ATI RADEON VE DDR
12	PS/2-совместимая мышь
13	Процессор числовых данных
14	Первичный канал IDE
15	Вторичный канал IDE

Спрашивается: что делает мой внутренний модем, который, кстати, несет на себе несколько устройств, на одном прерывании (из-под отсутствующего LPT2) со сразу двумя контроллерами USB? А вот что.

Выход был найден

Наступило начало девяностых. Системная шина (ISA - Industrial Standard Architecture), которая работала на частоте процессора, уже исчерпала себя. А все потому, что она могла нормально передавать данные только на частоте 8 МГц, чего вполне хватало для всяких там PC/XT/AT/286/386. А такой продвинутый процессор как 486 работал на значительно большей частоте. Пришлось эту шину замедлять, что отрицательно сказывалось на частоте. В 1989 году была разработана 32-битная шина EISA - Extended Industrial Standard Architecture, которая работала на частоте 10 МГц, но это была всего лишь попытка сделать из телеги велосипед, просто исправление ошибок ISA. Примерно в это время IBM создала шину MCA, которая не прижилась. Была создана и шина VESA (или VL-bus), но она могла работать только с Intel 486. И вот в 1991 году, в качестве своего внутреннего проекта, Intel приступила к разработке абсолютно новой локальной шины PCI - Personal Component Interconnect. Она разрабатывалась можно сказать с нуля, а не была очередной заплатой к ISA, что дало ей большие преимущества. Например, она работала на фиксированной частоте в 33 МГц, плюс у процессора была собственная быстродействующая шина, что позволяло ему обращаться к кэшу и оперативной памяти на той частоте, на которой ему надо, и не опираться на технические ограничения локальной шины. Новая шина PCI могла нести приличную нагрузку: до десяти слотов. Именно к PCI подключаются все видеоадаптеры, ведь шина AGP это всего лишь "прикрученная" PCI с большей тактовой частотой - 66 МГц. К ней же подключается (через контроллер) и системная шина ISA, которая присутствует на всех современных компах в виде портов COM и LPT, гибких дисков. Правда, необходимости в ней становится все меньше: флопики простаивают по вине CD-R/RW, COM/LPT - по вине USB… Так вот эта шина PCI, без которой не обходится ни одна современная материнская плата, стала решением проблемы прерываний.

Как известно, компьютеры могут оперировать только с "1" и "0" или "есть сигнал" и "нет сигнала". Если устройство ISA выставит на линию сигнал "1", то другому устройству на этой же линии свои единицы как не выставляй, контроллер на них не отреагирует. В случае с PCI контроллер проверяет источник сигнала и только потом обрабатывает его. Это и позволяет помещать несколько устройств на одно прерывание. Теоретически да, но имейте ввиду, что не стоит "вешать" устройства постарше и поновее на один канал IRQ. Есть также мнение, что не стоит ничего ставить на одно прерывание со звуковой картой, могут появляться ошибки. Это, конечно, происходит далеко не всегда, но лучше сообразить что-нибудь понадежнее.

Приехали…

Хороший Вы человек, для своего компа ничего не жалко. Вот купили Вы крутейшую видеокарту, принтер, сканер, профессиональный звук, усугубили это дело модемом, сетевухой, да еще и TV-тюнером. Вот "глюки" и пошли. Как ни меняй их местами в слотах, ничего не работает, хоть вон выкинь. Что делать?

Настройка прерываний из BIOS

Так по какому же принципу распределяются прерывания? При загрузке системы BIOS раздает прерывания следующим образом: линии IRQ всех устройств, которые поддерживают технологию Plug"n"Play, а это все современные устройства, получают по одному свободному прерыванию. Если прерывания кончились, а неохваченные девайсы еще есть, BIOS раздает их по второму кругу, потому и получается, что несколько устройств получили одно прерывание. Все будет чудесно работать, если одно прерывание получили два PCI устройства, а если PCI + ISA или ISA + ISA? Все, конфликт. Надо бы это процесс прибрать к рукам.

Далее стоит заметить, что я использую материнскую плату Epox 8K3AP с Award BIOS 6.00PG. Наиболее удобный и логичный способ настройки IRQ - назначить их "ручками". Заходим в PCI/PnP Configurations. Там есть настройки INT Pin n Assignment (это у меня, а у Вас может быть и это, и такие названия как Slot n Use IRQ (точно помню, так было в Award BIOS v. 4.51 PG); PCI Slot n Priority или что-нибудь подобное). Каждый пункт этого меню соответствует одной из четырех линий IRQ, так что вы можете назначить каждой линии свое прерывание.

Есть еще один способ переназначения IRQ. Заходите в тот же PCI/PnP Configurations, там есть пункт IRQ resources (чтобы туда зайти надо поставить значение параметра Resources controlled by равным Manual), а именно он и нужен нам сейчас. Там будут настройки каждого возможного прерывания. Я почти уверен, что на всех номерах будет стоять вариант, связанный с шиной PCI, например, PCI/ISA или PCI device, это зависит от вашей версии BIOS. А нам ведь надо, чтоб одно или несколько прерываний оставались пропущенными, то есть резервировались для ISA устройств. Так вот, на том прерывании, которое хотите оставить, просто выставляете значение вроде Legacy ISA. В более современных компьютерах все стало значительно проще из-за отсутствия слотов ISA, а это значит, что вы не можете добавить свои ISA устройства, а уж с системными, вроде флопика или последовательных/параллельных портов система сама разберется сносно. В таких системах вместо значения Legacy ISA появляется значение Reserved, то есть можно просто оставить прерывание свободным. Это может понадобиться в скорее теоретическом случае, если к Вам попало устройство не поддерживающее Plug"n"Play, тогда BIOS его просто не увидит.

В том же меню есть еще один полезный пункт. Информация об установленном оборудовании хранится в ESCD (Extended System Configuration Data). Эта информация проверяется каждый раз перед обращением к жесткому диску для запуска операционной системы. Естественно, при изменении конфигурации ESCD обновляется, а когда происходит обновление, изменяются и IRQ. Установив значение опции Reset Configuration Data в Enabled, Вы сбросите ESCD при следующем перезапуске.

В Award 6.00, а именно это BIOS установлен на большинстве материнских плат, есть еще одна интересная "фича". Если зайти в Power Management Setup " IRQ/Event Activity Detect " IRQs Activity Monitoring, то там можно настраивать, от устройств на каких прерываниях компьютер будет просыпаться. Там же можно посмотреть и текущее распределение номеров IRQ, но не всегда на это можно положиться, а вот почему:

Настройка прерываний из Windows

После BIOS в процесс распределения номеров IRQ сует свой нос Windows. Для того чтобы она правильно все сделала, хоть вмешивается винда в оный процесс далеко не всегда, надо ВСЕГДА иметь самые свежие драйверы материнской платы. Это очень важно, особенно, если вы собрали/купили современный компьютер, с материнской платой на новом или относительно новом чипсете и поставили на все это какой-нибудь Windows 98… Лично я знаю много таких людей, которые считают примерно так: у меня на материнской плате никаких наворотов нет, все там по стандарту, никаких "дров" не надо… Это совсем неправильно. Для нормальной работы системы, особенно когда прерывания используются совместно, нужно, чтобы Windows распознала чипсет и загрузила IRQ Miniport. Не забывайте также поставить свежие или хотя бы "родные" драйверы всех устройств, это поможет системе правильно работать.

Если Вы используете Windows 9x, то для того, чтобы узнать, правильно ли распределены прерывания или поправить их, зайдите в свойства системы, для этого на вкладке Устройства найдите свиток Системные устройства, а там Шину PCI. Если IRQ Miniport загружен, то все в порядке. В Win 9x вы можете, как и в BIOS резервировать прерывания. В том же диспетчере устройств найдите Компьютер и вызовите его свойства. А вот для того, чтобы установить конкретное прерывание определенному устройству, надо зайти в его свойства и на вкладке Ресурсы выставить нужное прерывание. К сожалению, это возможно только в Win 9x, в Win XP я как не искал, так и не нашел, как отменить автоматическую настройку.

Если Вы используете более новые Win 2000 или XP, что, на мой взгляд, является более оправданным выбором, то Вы можете столкнуться с некоторыми проблемами. Вы знаете, что такое ACPI (Advanced Configuration and Power Interface)? Это специальный интерфейс конфигурирования. Он несет в себе массу полезностей, но в Win 2K/XP может Вам здорово насолить. Особенно, если в системе есть ISA платы. Из-за него винда распределяет все PCI устройства, которые сидят в одноименных разъемах, на одно прерывание (вот почему у меня USB с модемом на IRQ 5, а остальное - на других), хорошо, хоть содержимое AGP слота и AC"97-кодек туда не спихнули;). Из-за этого, если не выключать ACPI в BIOS перед установкой Windows, переназначить IRQ не удастся. Как посмотреть их распределение, я уже писал выше. А чтобы изменить ситуацию, придется выключать ACPI в BIOS (пункт ACPI Functions в разделе Power Management Setup) и изменять драйвер устройства Компьютер в диспетчере устройств с Компьютер с ACPI на Стандартный Компьютер. Хотя, лично мне бы не особо хотелось терять такие функции, напрямую связанные с ACPI, как автоматическое выключение компьютера или включение с клавиатуры. Кстати говоря, иногда и этот прием отмены ACPI не срабатывает, потому приходится выключать в BIOS и переставлять Windows.

Алиева Елена Викторовна , студент
Уфимский государственный авиационный технический университет

КОНТРОЛЛЕР ПРЕРЫВАНИЙ
КОНТРОЛЛЕР
АППАРАТНЫЕ ПРЕРЫВАНИ
ПРЕРЫВАНИЕ

Прерывание означает временное прекращение основного процесса вычислений для выполнения некоторых запланированных или незапланированных действий, вызываемых работой аппаратуры или программы. Механизм прерываний поддерживается на аппаратном уровне. Аппаратные прерывания возникают как реакция микропроцессора на физический сигнал от некоторого устройства (клавиатура, системные часы, клавиатура, жесткий диск и т.д.), по времени возникновения эти прерывания асинхронны, т.е. происходят в случайные моменты времени. Контроллер прерываний предназначен для обработки и арбитража поступающих запросов на обслуживание к центральному процессору от переферийных устройств. Прерывания имеют определённый приоритет, который позволяет контроллеру прерываний отдавать предпочтение в данный момент времени одному устройству, а не другому. В современном компьютере существует до 16 внешних и переферийных устройств, генерирующие прерывания.

Автоматизация документооборота склада производственного предприятия
Calls-технологии, особенности, применение и эффективность
Разработка модели информационной системы юридического отдела по сопровождению и заключению договоров предприятия

Введение

Прерывание означает временное прекращение основного процесса вычислений для выполнения некоторых запланированных или незапланированных действий, вызываемых работой аппаратуры или программы. Т.е. это процесс, временно переключающий микропроцессор на выполнение другой программы с последующим возвратом к прерванной программе. Нажимая клавишу на клавиатуре, мы инициируем немедленный вызов программы, которая распознает клавишу, заносит ее код в буфер клавиатуры, из которого он считывается другой программой. Т.е. на некоторое время микропроцессор прерывает выполнение текущей программы и переключается на программу обработки прерывания, так называемый обработчик прерывания. После того, как обработчик прерывания завершит свою работу, прерванная программа продолжит выполнение с точки, где было приостановлено ее выполнение. Адрес программы-обработчика прерывания вычисляется по таблице векторов прерываний.

Механизм прерываний поддерживается на аппаратном уровне. В зависимости от источника, прерывания делятся на:

аппаратные - возникают как реакция микропроцессора на физический сигнал от некоторого устройства (клавиатура, системные часы, клавиатура, жесткий диск и т.д.), по времени возникновения эти прерывания асинхронны, т.е. происходят в случайные моменты времени;
программные - вызываются искусственно с помощью соответствующей команды из программы (int), предназначены для выполнения некоторых действий операционной системы, являются синхронными;
исключения - являются реакцией микропроцессора на нестандартную ситуацию, возникшую внутри микропроцессора во время выполнения некоторой команды программы (деление на ноль, прерывание по флагу TF (трассировка)) .

Аппаратные средства системы прерываний

Система прерываний - это совокупность программных и аппаратных средств, реализующих механизм прерываний.

К аппаратным средствам системы прерываний относятся:

выводы микропроцессора - на них формируются сигналы, извещающие микропроцессор либо о том, что некоторое внешнее устройство «просит уделить ему внимание» (INTR), либо о том, что требуется безотлагательная обработка некоторого события или катастрофическая ошибка (NMI)
INTR - вывод для входного сигнала запроса на прерывание,
NMI - вывод для входного сигнала немаскируемого прерывания
INTA - вывод для выходного сигнала подтверждения получения сигнала прерывания микропроцессором (этот сигнал поступает на одноименный вход микросхемы контроллера 8259А;
программируемый контроллер прерываний 8259А (предназначен для фиксирования сигналов прерываний от восьми различных внешних устройств; он выполнен в виде микросхемы; обычно используют две последовательно соединенные микросхемы, поэтому кол-во возможных источников внешних прерываний до 15 плюс одно немаскируемое прерываний; именно он формирует номер вектора прерывания и выдает его шину данных);
внешние устройства (таймер, клавиатура, магнитные диски и т.п.)

Обработка прерываний

Прерывание вызывает ряд событий, которые происходят как в аппаратном, так и в программном обеспечении. На рис. 1 показана типичная последовательность этих событий.

После завершения работы устройства ввода-вывода происходит следующее:

Устройство посылает процессору сигнал прерывания.
Перед тем как ответить на прерывание, процессор должен завершить исполнение текущей команды (см. рис. 1).
Процессор производит проверку наличия прерывания, обнаруживает его и посылает устройству, приславшему это прерывание, уведомляющий сигнал об успешном приеме. Этот сигнал позволяет устройству снять свой сигнал прерывания.

Рисунок 1. Временная диаграмма программы: медленный ввод-вывод

Теперь процессору нужно подготовиться к передаче управления обработчику прерываний. Сначала необходимо сохранить всю важную информацию, чтобы в дальнейшем можно было вернуться к тому месту текущей программы, где она была приостановлена. Минимальная требуемая информация - это слово состояния программы и адрес очередной выполняемой команды, который находится в программном счетчике. Эти данные заносятся в системный управляющий стек.

Рисунок 2. Обработка простого прерывания

Далее в программный счетчик процессора загружается адрес входа программы обработки прерываний, которая отвечает за обработку данного прерывания. В зависимости от архитектуры компьютера и устройства операционной системы может существовать как одна программа для обработки всех прерываний, так может быть и своя программа обработки для каждого устройства и каждого типа прерываний. Если для обработки прерываний имеется несколько программ, то процессор должен определить, к какой из них следует обратиться. Эта информация может содержаться в первоначальном сигнале прерывания; в противном случае для получения необходимой информации процессор должен по очереди опросить все устройства, чтобы определить, какое из них отправило прерывание.

Как только в программный счетчик загружается новое значение, процессор переходит к следующему циклу команды, приступая к ее извлечению из памяти. Так как команда извлекается из ячейки, номер которой задается содержимым программного счетчика, управление переходит к программе обработки прерываний. Исполнение этой программы влечет за собой следующие операции.

Содержимое программного счетчика и слово состояния прерываемой программы уже хранятся в системном стеке. Однако это еще не вся информация, имеющая отношение к состоянию исполняемой программы. Например, нужно сохранить содержимое регистров процессора, так как эти регистры могут понадобиться обработчику прерываний. Поэтому необходимо сохранить всю информацию о состоянии программы. Обычно обработчик прерываний начинает свою работу с записи в стек содержимого всех регистров. Другая информация, которая должна быть сохранена, обсуждается в главе 3, "Описание процессов и управление ими". На рис. показан простой пример, в котором программа пользователя прерывается после выполнения команды из ячейки N. Содержимое всех регистров, а также адрес следующей команды (N+1), в сумме составляющие М слов, заносятся в стек. Указатель стека при этом обновляется, указывая на новую вершину стека. Обновляется и программный счетчик, указывая на начало программы обработки прерывания.

Теперь обработчик прерываний может начать свою работу. В процесс обработки прерывания входит проверка информации состояния, имеющая отношение к операциям ввода-вывода или другим событиям, вызвавшим прерывание. Сюда может также входить пересылка устройствам ввода-вывода дополнительных инструкций или уведомляющих сообщений.

После завершения обработки прерываний из стека извлекаются сохраненные ранее значения, которые вновь заносятся в регистры, возобновляя таким образом то состояние, в котором они пребывали до прерывания.

Последний этап - восстановление из стека слова состояния программы и содержимого программного счетчика. В результате следующей будет выполняться команда прерванной программы.

Из-за того, что прерывание не является подпрограммой, вызываемой из программы, для полного восстановления важно сохранить всю информацию состояния прерываемой программы. Однако прерывание может произойти в любой момент и в любом месте программы пользователя. Это событие непредсказуемо .

Контроллер прерываний

Контроллер прерываний предназначен для обработки и арбитража поступающих запросов на обслуживание к центральному процессору от переферийных устройств. По аналогии функции контроллера прерываний можно сравнить с секретарём какого–нибудь начальника. Секретарь должен решить, кого из посетителей допустить к боссу в первую очередь, а кого и потом, исходя из приоритетов, отдаваемых боссом и статуса самого посетителя. Так и в компьютерной системе, возможна такая ситуация, когда несколько переферийных устройств послали сигнал прерывания или запрос на прерывание. В компьютерной литературе этот сигнал обозначается IRQ (Interrupt Request).

Как уже выше говорилось, прерывания имеют определённый приоритет, который позволяет контроллеры прерываний отдавать предпочтение в данный момент времени одному устройству, а не другому. В современном компьютере существует до 16 внешних и периферийных устройств, генерирующие прерывания. Вот эти устройства:
–IRQ 0, системный таймер; –IRQ 1, клавиатура; –IRQ 2, исползуется для запросов устройств, подключенных каскадом; –IRQ 8, часы реального времени; –IRQ 9, зарезервировано; –IRQ 10, зарезервировано; –IRQ 11, зарезервировано; –IRQ 12, ps/2–мышь; –IRQ 13, сопроцессор; –IRQ 14, контроллер «жёсткого» диска; –IRQ 15, зарезервировано; –IRQ 3, порты COM2,COM4; –IRQ 4, порты COM1,COM3; –IRQ 5, порт LPT2; –IRQ 6, контроллер дисковода; –IRQ 7, порт LPT1,принтер.

Здесь сигналы приведены в порядке убывания приоритетов. Можно заметить, что после IRQ 2, следует IRQ 8. Дело в том, что в своё время контроллер прерываний состоял из двух микросхем, одна была подключена к другой. Вот эта вторая микросхема и подключается к линии IRQ 2, образуя каскад. Она обслуживает линии IRQ8–IRQ 15. А затем следуют линии первой микросхемы .

Работа контроллера прерывания

Работа контроллеов прерываний рассматривается на основе микросхем фирмы Intel 8259A, которые применялись в теперь уже очень старых компьютерах с процессорами до 386 серии. В этих компьютерах обычно было 2 микросхемы 8259A, подключенных каскадно, то–есть одна к другой. Одна из микросхем, подключенная по линии запроса на прерывание непосредственно к процессору является ведущей или мастером. Остальные,подключаются к ведущей через аналогичные выводы, называются ведомыми.

Рисунок 3. Схема подключения контроллеров прерываний и их взаимодействие с центральным процессором

На рисунке 3 изображена схема подключения контроллеров прерываний и их взаимодействие с центральным процессором. Сигналы на прерывание от переферийных устройств или ведомых контроллеров поступают на входы IR0–IR7 ведущего контроллера. Внутренняя логика ведущего контроллера обрабатывает поступившие запросы с точки зрения приоритета. Если приоритет запроса устройства достаточен, то на выходе INT контроллера вырабатывается сигнал, поступающий на вход INTR процессора. В противном случае, запрос блокируется.

Если процессор разрешает прерывания, то после завершения выполнения текущей команды, он вырабатывает по линии INTA последовательность сигналов, которая переводит ведомый контроллер в состояние невосприимчивости к поступающим новым запросам на прерывание, а кроме того, на линию данных выводится информация из внутренних регистров контроллера по которой процессор распознаёт тип прерывания.

Разрешение на прерывание процессор передаёт контроллеру прерываний через контроллер шины. Сигнал RD предназначен для того, чтобы контроллер прерываний поместил на шину данных содержимое внутренних регистров. По сигналу WR контроллер прерываний, наоборот, принимает данные с одноимённой шины и записывает их во внутренние регистры. Соответственно, это влияет на режим работы контроллера прерываний.

Вход CS подключается к шине адреса и по этому сигналу происходит идентификация конкретного контролллера прерываний. Вход A0 указывает на порт контроллера прерываний в пространстве ввода–вывода.

Входы IR0–IR7 предназначены для приёма запросов на прерывание от переферийных устройств и ведомых контроллеров.

Выходы CAS0–CAS2 предназначены для идентификации конкретного ведомого контроллера .

В статье рассмотрены аппаратные прерывания и устройство, функции, работу контроллера прерываний. Данный контроллер прерываний появился ещё в первых PC–совместимых компьютерах. С тех пор, и процессоры, и сам компьютер во многом изменились, хотя некоторые моменты остались. Поэтому, для того, чтобы было понятней и была рассмотрена организация контроллера прерываний 8295A.

На приведенной выше схеме показаны сигналов приходящие не только на ведомый и ведущий контроллеры прерываний, но и на остальные ведомые. Однако на вашем компьютере или ноутбуке на самом деле 2 контроллера прерываний, как выше указывалось: ведущий и ведомый. Но можно создавать свои компьютерные системы, используя таким образом до 64 ведомых контроллеров прерываний.

В современных компьютерах уже давно функции контроллера прерываний выполняют не микросхемы 8259A, а южный мост. Однако, для всех программ и устройств всё остаётся по–прежнему. Более того, контроллер прерываний можно программировать, и обращаться к внутренним регистрам и портам необходимо точно также, как и к контроллеру 8259A .

Заключение

В данной работе были рассмотрены прерывания, а именно аппаратные средства обработки прерываний и принцип обработки прерываний. Также рассмотрены контроллеры прерываний и принцип их работы.

Контроллер прерываний предназначен для обработки и арбитража поступающих запросов на обслуживание к центральному процессору от переферийных устройств. Прерывания имеют определённый приоритет, который позволяет контроллеру прерываний отдавать предпочтение в данный момент времени одному устройству, а не другому. В современном компьютере существует до 16 внешних и переферийных устройств, генерирующие прерывания.

Список литературы

Лекция. Прерывания. Эл. Ресурс. http://hromatron.narod.ru/_lekcii/prerivania_lekcia_g2013.htm
Системные прерывания | Аппаратное прерывание | Обработка прерываний http://life-prog.ru/view_os.php?id=16
Контроллер прерываний. Эл. Ресурс http://sdelaycomputersam.ru/Controller_irq.php,
Прерывания. Контроллер прерываний. Устройство, функции, работа. Эл. Ресурс http://sdelaycomputersam.ru/Controller_irq.php
Структура и инициализация контроллера прерываний Intel 8259A Эл.ресурс https://dev64.wordpress.com/2012/05/30/8259-programming/

Прерывания подразделяются на аппаратные (маскируемые и немаскируемые) и программные. Программные прерывания, собственно, прерываниями не являются, это способ вызова определенных процедур. Но процессором программные прерывания обрабатываются как один из типов прерываний.

То, что в соответствии с PCI-спецификациями должны уметь все PCI-карты, но в действительности очень редко реализуется, называется "IRQ-Sharing". Теоретически это означает, что несколько компонент должны довольствоваться одним и тем же IRQ. Но поскольку лишь немногие PCI-карты общаются друг с другом столь гармонично, "Windows 9x" ставит в соответствие каждой карте, насколько это возможно, собственный IRQ. Сложности конфигурирования системных ресурсов, их распределения между сетевыми и звуковыми картами, 3D-ускорителями, стандартными последовательными и параллельными устройствами, а ныне еще видео — и DVD-декодерами постепенно ослабляются с массовым внедрением USB-шины, точнее массовым распространением USB-периферии. Правда, шина USB сама занимает один IRQ. Но зато она обязана включить в систему без дальнейшего расходования ресурсов все периферийные устройства, будь то мышь, клавиатура, сканер или видеокамера.

Еще один термин. "Polling mode" — работа устройства без использования прерываний. Это встречается при работе с простыми SCSI-контроллерами на шине ISA.

	Устройство		Комментарии
	Системный таймер		Системное прерывание. Генерируется 91 раз за 5 сек. В данном качестве применяется со времени первого PC.
	Клавиатура		Системное прерывание, генерируемое контроллером клавиатуры.
	Контроллер прерываний		Каскадировано (связано) с IRQ9. Могут возникнуть конфликты, когда одновременно на IRQ2 и IRQ9 должны работать различные устройства. Его использование системой сохраняется для совместимости.
			Используется вторым коммуникационным адаптером (UART2). Какое же устройство будет его генерировать? Это может быть второй последовательный порт COM2 (интегрирован на материнской плате), внутренний модем, настроенный на COM2 или COM4, или инфракрасный адаптер. Можно отключить UART2, но присвоить IRQ3 ничему не удастся. Делит одно и то же IRQ3 с COM4 (при наличии последнего). Возможен конфликт при одновременном использовании.

	Устройство		Комментарии
			Используется первым коммуникационным адаптером. Все практически идентично: генерируется первым последовательным портом COM1, модемом на COM1 или COM3 (за исключением инфрапорта). Делит одно и то же IRQ4 с COM3 (при наличии последнего). В системах с подключенной к COM1 мышью использовать COM3 не следует.
	свободен		Прерывание изначально предназначалось для использования вторым параллельным портом LPT2. Практического применения такое решение не нашло, поэтому IRQ5 перешло в разряд свободных. В IBM XT на IRQ5 "висел" жесткий диск. Через некоторое время "Creative Labs", создавая звуковую карту "Sound Blaster Pro", нашла применение прерыванию. С тех пор IRQ5 стало излюбленным для большинства звуковых ISA-карт. Звуковые PCI-карты также иногда используют это прерывание для эмуляции "SB Pro". IRQ5 можно привязать к слоту PCI.

	Устройство		Комментарии
	Контроллер FDD-дисковода		Прерывание используется контроллером флоппи-дисковода, начиная с первых ПК. Однако прерывание все равно не может быть использовано: ISA-карты на работу с ним не рассчитаны, и к слоту PCI привязать его нельзя.
			По умолчанию прерывание первого параллельного порта LPT1. При отключенном порте (если принтер отсутствует или рассчитан на USB) может использоваться различными устройствами: сетевыми, ISDN-картами. Это также "запасное" место для звуковых карт.
	Часы реального времени (RTC)		Системное прерывание со времени первых IBM AT.
	свободен		Каскадировано с IRQ2. В остальном может использоваться по усмотрению.
	свободен		Может быть использовано по усмотрению. Устаревшие IDE-контроллеры на старых звуковых картах иногда используют это IRQ.

Устройство

Системные процессы, о которых рядовые пользователи компьютеров, часто не имеют представления, очень часто могут вызвать повышенные нагрузки на вычислительные ресурсы компьютера. К таковым, в частности, относятся так называемые системные прерывания. Что это такое, большинство не знает и часто пытается завершить работу данной службы непосредственно в «Диспетчере задач», где и отображается загрузка центрального процессора и оперативной памяти. Несколько забегая вперед, следует сказать, что заниматься такими вещами не стоит ни в коем случае. Но как тогда привести систему в чувство? Об этом предлагается поговорить более подробно, тем более, что при рассмотрении основного вопроса попутно могут обнаружиться и другие проблемы, связанные с некорректным функционированием «железных» компонентов, самих операционных систем Windows и установленного в их среде программного обеспечения. Но обо всем по порядку.

что это такое?

Прежде чем предпринимать какие бы то ни было шаги по устранению возникающих неполадок, следует выяснить, что собой представляет этот системный компонент. В «Диспетчере задач» за его функционирование отвечает процесс «Системные прерывания», который работает постоянно.

Но что это такое? Не вдаваясь в технические подробности и говоря о том, что это, системные прерывания можно сравнить с некой лакмусовой бумажкой или индикатором, который сигнализирует о том, что в системе наблюдаются сбои в работе какого-то оборудования. Кроме того, повышение нагрузки на ресурсы может быть связано еще с несовместимостью программной и аппаратной части компьютера. В обычном своем состоянии нагрузка на процессор со стороны этого процесса обычно не превышает пяти процентов или чуть больше, чего вполне достаточно для проведения диагностики всех используемых в данный момент «железных» устройств на предмет корректного функционирования в Если же нагрузка возрастает выше указанного лимита, необходимо срочно выявлять причину и устранять проблемы с оборудованием.

Как это работает: простейшее объяснение

Но давайте разберем, что собой представляют системные прерывания в Windows 7 или других модификациях на простом примере. Сразу следует отметить тот факт, что относительно программного обеспечения работу этого компонента связывают с неисполняемыми элементами программ, которые могут загружаться, например, в оперативную память (динамические библиотеки, драйверы устройств и т. д.).

Предположим, у вас на компьютере установлена какая-то современная игра, но видеокарта соответствует лишь минимальным ее системным требованиям, или конфигурация находится ниже этого порога. Если графический чип не справляется с обработкой программных компонентов, что ведет к повышению на него нагрузки, в дело включаются системные прерывания. За их счет обработка команд перенаправляется на центральный процессор, который и пытается помочь видеокарте справиться с возросшим числом обращений. Соответственно, и со стороны описываемого процесса в «Диспетчере задач» наблюдается увеличение нагрузки. И нередко возникновение таких ситуаций приводит не только к зависанию всей системы, но и даже к появлению синих экранов. То же самое относится и к случаям, когда оборудование начинает выходить из строя. К сожалению, при поломках «железных» компонентов системы все это в равной степени может относиться к любому из них (например, сыпется жесткий диск, дают сбои планки оперативной памяти и т. д.).

Системные прерывания грузят процессор: что делать в первую очередь?

Исходя из приведенных выше теоретических сведений, перейдем к практическим мерам, которые позволяют устранить возникающие проблемы и исправить такие ситуации. Что предпринять в первую очередь? Как ни странно это звучит, но иногда бывает достаточно выполнить самую обычную перезагрузку, что позволяет деактивировать все сторонние программные компоненты. Но ведь при повторном запуске какого-то приложения ситуация может повториться. В этом случае сразу же следует проверить состояние драйверов, используя для этого «Диспетчер устройств». Вполне возможно, что конфликт между программной и аппаратной частью как раз и был спровоцирован именно ими.

По возможности установите управляющее программное обеспечение для проблемных устройств, которые в «Диспетчере» могут быть помечены желтым треугольником с восклицательным знаком, и обновите драйверы для всего остального оборудования, используя для этого автоматизированные утилиты вроде Driver Booster.

Отслеживание нагрузок при помощи специальной утилиты

В случае, если действия с установкой и обновлением драйверов желаемого результата не дадут, придется использовать другие методы. Увы, в инструментарии Windows-систем таких средств нет.

Поэтому, если замечено, что системные прерывания грузят ресурсы, большинство специалистов рекомендует воспользоваться небольшой программой под названием DPC Latency Checker, которая представлена в портативном виде и не требует установки на ПК. В ней первым делом необходимо включить сканирование, после чего в результатах проверки будут приведены рекомендации по устранению проблем. Однако чаще всего связаны они только с завершением каких-то процессов, соответствующих и программам, и используемому в данный момент оборудованию, или будет выдана рекомендация обратиться к «Диспетчеру устройств». А вот его-то нам и нужно использовать, оставив диагностическую утилиту активной в качестве своеобразного средства изменения отслеживания нагрузок. Не путайте нагрузки, показанные в этой программе, с теми, которые видны в «Диспетчере задач».

Отключение компонентов в «Диспетчере устройств»

Что касается этого раздела управления оборудованием, суть устранения проблем сводится к тому, что последовательно отключать установленные в системе устройства с последующей проверкой нагрузок вышеупомянутой утилитой.

Обратите внимание, что категорически запрещается отключать оборудование, представленное в разделах «Компьютер», «Процессоры» и «Системные устройства», поскольку такие действия могут привести к несанкционированному завершению работы и перезагрузке компьютера. Чего доброго, еще и вся операционная система выйдет из строя.

Для остальных компонентов, предварительно включив в меню вида показ скрытых устройств, каждый компонент через меню ПКМ следует отключать, а затем заново активировать диагностику в программе отслеживания нагрузок. Когда в результатах тестирования после деактивации какого-то устройства нагрузка упадет до нормы, и будет понятно, что именно этот компонент является сбойным. Если не помогает переустановка драйвера, устройство придется заменить.

Что делать, если проблема с нагрузкой не устраняется?

Но что это? Системные прерывания все равно дают повышенную нагрузку на процессор. Что еще могло повлиять на возникновение такой ситуации? Почему-то (а это так и есть) в большинстве случаев первопричиной такого поведения системы называют проблему с устаревшим или встроенным в материнскую плату звуковым оборудованием, для которого задействовано улучшение саундэффектов.

Как вариант - в настройках звука средствами Windows, отключите данный пункт, что автоматически приведет к деактивации всех установленных эффектов. Заметьте, они относятся именно к программному, а не к аппаратному типу, поэтому отключение основного устройства может и не дать результата.

Проблемы с первичными системами ввода/вывода

Наконец, многие специалисты не исключают и появление неполадок в работе первичных систем BIOS/UEFI, которые могут быть связаны с устареванием оригинальной прошивки. В этом случае новое и более современное оборудование может определяться некорректно. Как уже понятно, выходом станет загрузка и инсталляция обновления для прошивки. Но, если запустить такие процессы для UEFI можно непосредственно в работающей операционной системе, с экспериментами в BIOS следует быть крайне осторожным. Несоответствующая прошивка или некорректная установка могут привести и к тому, что вся компьютерная система перестанет работать.

Краткие итоги

Это вкратце и все, что касается системных вызовов прерываний. Исходя из всего вышесказанного, устранять возникающие проблемы рекомендуется с задействованием указанной диагностической программы с последовательным отключением оборудования. При необходимости сбойные компоненты придется менять. В качестве дополнительного инструмента, который может быть использован для выявления проблем с планками оперативной памяти, целесообразно применять утилиту Memtest86+, однако без необходимых знаний толку от нее не будет никакого.