Що таке системні переривання?

Хоча деякі комп’ютери, наприклад той, на якому працює тостер, виконують одне завдання за раз, настільні ПК, смартфони та мейнфрейми мають кілька процесів, які працюють одночасно. Комп’ютер керує цим за допомогою системних переривань – механізму, за допомогою якого одна програма тимчасово отримує пріоритет над іншими. Центральний процесор дозволяє виконувати різні види переривань на основі заздалегідь визначеної ієрархії завдань.

Сучасний комп’ютер, смартфон або сервер містить кілька програм у пам’яті, хоча центральний процесор в будь-який момент працює лише кілька програм; більшість простоює. Програми включають такі програми, як текстовий процесор, електронні таблиці та електронна пошта, допоміжні функції, такі як монітори пам’яті та спулери друку, а також програми, які керують мережевою картою, клавіатурою та динаміки. Коли важлива програма потребує обслуговування, вона видає переривання в ЦП, яке зупиняє іншу роботу, що виконується, щоб подбати про невідкладне завдання. ЦП обслуговує переривання, тільки якщо воно має пріоритет над іншими завданнями.

Жорсткі диски, мережеві карти, принтери та інші пристрої видають апаратні переривання, щоб привернути увагу ЦП. Наприклад, програма запитує дані з жорсткого диска; хоча це завдання займає близько 10 мілісекунд, це тривалий час для ЦП, який виконує іншу роботу протягом проміжку часу. Коли жорсткий диск знаходить дані, він видає апаратне переривання, кажучи ЦП тимчасово припинити те, що він робить, і доставити дані програмі, яка запитує.

Програми видають програмні переривання для обробки спеціальних запитів через операційну систему комп’ютера. Наприклад, у текстовому процесорі ви хочете вставити дату в заголовок сторінки. Текстовий процесор видає програмне переривання, запитуючи дату в Microsoft Windows. Текстовий процесор ненадовго чекає, поки Windows отримає дату з системного календаря. Коли дата буде готова, Windows повертає керування текстовому процесору. Програмні переривання мають відносно низький пріоритет. якщо під час отримання дати ЦП отримує запит від жорсткого диска, ЦП спочатку обслуговує переривання жорсткого диска, а потім завершує отримання дати.

Операційна система резервує кілька високопріоритетних переривань на випадок надзвичайних ситуацій. Наприклад, дані програми стають пошкодженими, що призводить до збою. Операційна система видає пастку CPU, яка зупиняє програму та відображає попереджувальне повідомлення на екрані, повідомляючи вам, що сталося. У більш екстремальних випадках сама операційна система виникає серйозну проблему. Він видає іншу пастку ЦП, яка відображає діагностичне повідомлення та зупиняє всю обробку.