Что такое системные прерывания?

Хотя некоторые компьютеры, например тот, на котором работает ваша тостерная печь, выполняют одну задачу за раз, настольные ПК, смартфоны и мейнфреймы имеют несколько процессов, работающих одновременно. Компьютер управляет этим с помощью системных прерываний — механизма, с помощью которого одна программа временно получает приоритет над другими. Центральный процессор допускает различные виды прерываний на основе заранее определенной иерархии задач.

Несколько программ

Современный ПК, смартфон или сервер хранит в памяти несколько программ, хотя ЦП в любой момент времени выполняет лишь несколько программ; большинство бездействует. К программам относятся такие приложения, как текстовый процессор, электронные таблицы и электронная почта, служебные функции, такие как мониторы памяти и диспетчеры очереди печати, а также программы, управляющие сетевой картой, клавиатурой и динамиками вашего компьютера. Когда важная программа нуждается в обслуживании, она выдает прерывание ЦП, которое останавливает другие выполняемые работы, чтобы позаботиться о неотложной задаче. ЦП обрабатывает прерывание только в том случае, если он имеет приоритет над другими задачами.

Аппаратные прерывания

Жесткие диски, сетевые карты, принтеры и другие устройства выдают аппаратные прерывания, чтобы привлечь внимание процессора. Например, программа запрашивает данные с жесткого диска; хотя эта задача занимает около 10 миллисекунд, это много времени для ЦП, который в это время выполняет другую работу. Когда жесткий диск находит данные, он выдает аппаратное прерывание, сообщая ЦП, что он должен временно прекратить свою работу и доставить данные запрашивающей программе.

Программные прерывания

Программы создают программные прерывания для обработки специальных запросов через операционную систему компьютера. Например, в текстовом редакторе вы хотите вставить дату в заголовок страницы. Текстовый процессор выдает программное прерывание, запрашивая дату у Microsoft Windows. Текстовый процессор некоторое время ожидает, пока Windows извлекает дату из системного календаря. Когда дата готова, Windows возвращает управление текстовому процессору. Программные прерывания имеют относительно низкий приоритет. если при получении даты ЦП получает запрос от жесткого диска, ЦП сначала обрабатывает прерывание жесткого диска, а затем завершает получение даты.

Ловушки ЦП

Операционная система резервирует несколько прерываний с очень высоким приоритетом для экстренных случаев. Например, данные программы повреждаются, что приводит к ее сбою. Операционная система создает ловушку ЦП, которая останавливает программу и отображает предупреждающее сообщение на экране, сообщая вам, что произошло. В более крайних случаях серьезная проблема возникает в самой операционной системе. Он создает еще одну ловушку ЦП, которая отображает диагностическое сообщение и останавливает всю обработку.