Přerušení

Vnější přerušení (též hardwarové přerušení) je označováno podle toho, že přichází ze vstupně-výstupních zařízení (tj. z pohledu procesoru přicházejí z vnějšku). Vstupně-výstupní zařízení tak má možnost si asynchronně vyžádat pozornost procesoru a zajistit tak svoji obsluhu ve chvíli, kdy to právě potřebuje bez ohledu na právě zpracovávanou úlohu.

Vnější přerušení jsou do procesoru doručována prostřednictvím řadiče přerušení, což je specializovaný obvod, který umožňuje stanovit prioritu jednotlivým přerušením, rozdělovat je mezi různé procesory a další související akce.

Vnitřní přerušení vyvolává sám procesor, který tak signalizuje problémy při zpracování strojových instrukcí a umožňuje operačnímu systému na tyto události nejvhodnějším způsobem zareagovat. Jedná se například o pokus dělení nulou, porušení ochrany paměti, nepřítomnost matematického koprocesoru, výpadek stránky a podobně.

Softwarové přerušení je speciální strojová instrukce (obvykle je jich v procesoru k dispozici několik, procesory Intel mapují všechna přerušení na softwarová přerušení). Tento typ přerušení je na rozdíl od druhých dvou typů synchronní, je tedy vyvoláno zcela záměrně umístěním příslušné strojové instrukce přímo do prováděného programu. Jedná se o podobný způsob, jako vyvolání klasickému podprogramu (podprogramem je zde ISR uvnitř operačního systému), avšak procesor se může zachovat jinak. Instrukce softwarového přerušení se proto využívá pro vyvolání služeb operačního systému z běžícího procesu (tzv. systémové volání). Uživatelská úloha tak sice nemůže skočit do prostoru jádra operačního systému, ale může k tomu využít softwarové přerušení (kterých je omezené množství a vstupní body lze snadno kontrolovat). Při využití privilegovaného režimu může softwarové přerušení aktivovat privilegovaný stav.

1. Vnější zařízení vyvolá požadavek o přerušení.
2. I/O rozhraní vyšle signál IRQ na řadič přerušení (na port IRQ 2).
3. Řadič přerušení vygeneruje signál INTR – „někdo“ žádá o přerušení a vyšle ho k procesoru.
4. Procesor se na základě maskování rozhodne obsloužit přerušení a signálem INTA se zeptá, jaké zařízení žádá o přerušení.
5. Řadič přerušení identifikuje zařízení, které žádá o přerušení a odešle číslo typu přerušení k procesoru.
6. Procesor uloží stavové informace o právě zpracovávaném programu do zásobníku.
7. Podle čísla typu příchozího přerušení nalezne ve vektoru přerušení adresu příslušného obslužného podprogramu.
8. Vyhledá obslužný podprogram obsluhy přerušení v paměti a vykoná ho.
9. Po provedení obslužného programu opět obnoví uložené stavové informace ze zásobníku a přerušený program pokračuje dál.

Schéma obsluhy hardwarového přerušení

1. Při příchodu přerušení se uloží stavové informace o právě zpracovávaném programu do zásobníku.
2. Zakáže se další přerušení.
3. Procesor zjistí vektor přerušení (podle operandu).
4. Nalezne obslužný podprogram a vykoná ho.
5. Po návratu z podprogramu obnoví uložené stavové informace o přerušeném programu.

Architektura x86 má dvě instrukce pro softwarové přerušení: int a int03, speciální jednobajtovou formu určenou jako breakpoint pro debuggery.

Dolních 32 přerušení je vyhrazeno pro výjimky, přerušení generovaná přímo procesorem. Ne všechny z nich se využívají, na 8086 jich existovalo jen prvních sedm, později (počínaje procesorem i386) přibyly další:

1. dělení nulou
2. krokovací přerušení – na i386 rozšířeno na víceúčelové ladicí přerušení
3. NMI – externí nemaskovatelné přerušení
4. breakpoint – vyvolaný již zmíněnou instrukcí int03
5. přetečení – je vyvolané instrukcí into, pokud je v příznacích zaznamenáno přetečení
6. překročení mezí – volané instrukcí bound, pokud byly překročeny meze pole (přidáno v 80186)
7. chybná instrukce
8. nedostupnost koprocesoru – nepřítomnost nebo nepřepnutá úloha – dříve bylo hlášeno externím nemaskovatelným přerušením
9. dvojitá chyba – vyvoláno, pokud dojde k výjimce při vyvolávání výjimky
10. překročení limitu segmentu koprocesorem
11. chybný TSS – chyba při pokusu o změnu úlohy
12. nepřístupný segment
13. překročení limitu zásobníku
14. obecná chyba ochrany – většina chyb související se segmentací kromě těch obsloužených ostatními výjimkami
15. výpadek stránky – pokus o přístup ke stránce, která je namapována, avšak není v operační paměti přítomna
16. (nepoužito)
17. chyba koprocesoru
18. chyba zarovnání – pokus o přístup k adrese nedělitelné odpovídající mocninou dvou, pokud je zapnuta kontrola zarovnání