Прерывания. Альтернатива опросу, применяемая практически во всех современных процессорах, называется прерываниями (interrupt)

Альтернатива опросу, применяемая практически во всех современных процессорах, называется прерываниями (interrupt), и состоит в значительном усложнении логики обработки команд процессором.

Процессор имеет один или несколько входов, называемых сигналами или линиями запроса прерывания. При появлении сигнала на одном из входов, процессор дожидается завершения исполнения текущей команды и, вместо перехода к исполнению следующей команды, инициирует обработку прерывания.

Обработка состоит в сохранении счетчика команд и, возможно, некоторых других регистров (слово состояния процессора, регистры диспетчера памяти в процессорах с виртуальной памятью), и в передаче управления на адрес, определяемый типом прерывания. По этому адресу размещается программа, обработчик прерывания, которая и осуществляет и осуществляет реакцию на соответствующее прерыванию событие. Перед завершением обработчик восстанавливает регистры, и исполнение основной программы возобновляется с той точки, где она была прервана.

Адреса программ, соответствующих различным прерываниям собраны в таблицу, называемую таблицей векторов прерываний, размещаемую в определённом месте адресного пространства. У микроконтроллеров каждому возможному сигналу прерывания обычно соответствует свой вектор. Процессоры общего назначения часто используют более сложную схему, в которой устройство, запрашивающее прерывание, передает процессору номер прерывания или сразу адрес обработчика.

Прерывания лишены недостатков, которые свойственны для обработки событий при помощи опроса – ожидая событие, процессор может заниматься какой либо другой полезной работой, а когда событие произойдёт, он приступит к обработке, не дожидаясь полного завершения этой работы.

Однако этот механизм имеет и собственные недостатки. В частности, обработка прерывания сопряжена с гораздо большими накладными расходами, чем проверка флага и условный переход в режиме ожидания.

Однако у процессоров общего назначения, которые при обработке прерывания вынуждены сохранять несколько регистров и осуществлять относительно сложный диалог с вызвавшим прерывание устройством, задержка между установкой сигнала прерывания и исполнением первой команды его обработчика — этот интервал и называется задержкой прерывания (interrupt latency) — составляет десятки тактов.

Современные суперскалярные процессоры при обработке прерываний вынуждены сбрасывать очередь предварительной выборки команд и, по крайней мере, часть кэшей команд и данных, поэтому у них накладные расходы, еще больше. Задержка прерывания у современных реализаций архитектуры х8б лишь ненамного лучше, чем у 80386, хотя по скорости исполнения последовательных программ современные процессоры превосходят 80386 на несколько порядков. Поэтому младшие модели процессоров с архитектурой х86, 8086 и даже 8085, хотя и не находят применения в персональных компьютерах, но продолжают выпускаться для использования во встраиваемых приложениях или в качестве периферийных процессоров.

Это же обстоятельство является дополнительным доводом в пользу включения в систему канальных процессоров, в данном случае с целью освобождения центрального процессора не от опроса, а от обработки прерываний. Разработчики больших компьютеров часто реализовывали канальные процессоры старших моделей на основе центральных процессоров младших моделей той же серии.