CPU에 많은 영향을 주는 Interrupt에 대해 알아보자
Interrupt
인터럽트는 사전적 의미로 “끼어들다”, “방해하다”의 의미를 가지고 있다. CPU이 프로그램을 실행시키고 있는 과정에서 장치의 예외사항이 발생하여 처리가 필요한 경우에 CPU에게 우선적으로 처리하도록 하는 것을 인터럽트라고 한다.
종류
인터럽트는 크게 외부 인터럽트, 내부인터럽트, 소프트웨어 인터럽트로 나뉜다.
외부 인터럽트
- 전원 이상 인터럽트(Power Fail Interrupt): 정전이나 파워이상
- 기계 착오 인터럽트(Machine Check Interrupt): CPU의 기능오류
- 외부 신호 인터럽트(External Interrupt): I/O 장치가 아닌 오퍼레이터나 타이머에 의해 의도적으로 프로그램이 중단된 경우
- 입출력 인터럽트(I/O Interrupt): 입출력장치가 데이터 전송을 요구하거나 전송이 끝나 다음 동작이 수행되어야 하거나 입출력 데이터에 이상이 있는 경우
내부 인터럽트
- CPU 내부에서 자신이 실행한 명령이나 CPU의 명령 싱행에 관련된 모듈이 변화하는 경우 발생
- Trap 또는 exception이라도 함
- 프로그램의 오류에 의해 생기는 인터럽트
- 프로그램 검사 인터럽트(Program Check Interrupt)
- Division by zero
- Overflow/Underflow
- 기타 Exception
소프트웨어 인터럽트(SVC: SuperVisor Call)
- 사용자가 프로그램을 실행시키거나 감시프로그램(Supervisor)을 호출하는 동작을 수행하는 경우
- 소프트웨어 이용중 다른 프로세스를 실행시키면 시분할 처리(CPU의 처리시간을 세분화하여 이용하는 방식)를 위해 자원 할당 등의 동작이 수행된다.
- SuperVisor Call: System call을 수행하기 위한 CPU 명령어
- System Call: 운영체제가 제공하는 서빗즈에 대한 프로그래밍 인터페이스
- 사용자 프로세스가 운영체제의 서비스를 요정하기 위해 커널의 함수를 초훌하는 것
Interrupt 우선순위
여러장치에서 동시에 인터럽트가 발생하거나 인터럽트 서비스 루틴 수행 중 인터럽트가 발생했을 경우 우선순위를 따져서 처리한다.
전원 이상 > 기계 착오 > 외부 신호 > 입출력(I/O)> 명령어 잘못 > 프로그램 검사 > SVC(SuperVisor call)
일반적으로 하드웨어 인터럽트가 소프트웨어 인터럽트보다 우선 순위가 높고, 외부 인터럽트가 내부 인터럽트보다 우선 순위가 높다.
인터럽트 우선순위 판별 방식
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소프트웨어적인 방법(Polling)
인터럽트 요철 플래그를 차례로 비교하여 우선순위가 가장 높은 인터럽트 자원을 찾고, 이에 해당하는 인터럽트 서비스 루틴을 수행한다. 속도에 따른 장치에 높은 등급을 부여한다.
- 장점 우선순위의 변경이 쉽다. 회로가 간단하고 융통성이 있고 별도의 하드웨어가 필요없다.
- 단점 많은 인터럽트가 존재할때 하드웨어적인 방법에 비해 속도가 드리다.
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하드웨어적인 방법(Vectored Interrupt)
인터럽트를 요청할 수 있는 장치와 CPU사이에 장치번호를 식별할 수 있는 버스를 직렬/병렬로 연결한다. 인터럽트 백터는 인터럽트가 발생한 장치가 실행될 순서에 대한 정보이다.
- 장점 별도의 소프트웨어 없이 하드웨오로 처리되므로 속도가 빠르다.
- 단점 회로가 복잡하고 융통성이 없다. 소프트웨어적인 방법에 비해 비경제적이다.
Daisy Chain
인터럽트가 발생하는 모든 장치를 하나의 직렬 회선으로 연결한다. 우선순위가 높은 장치를 상위에 두고 우선순위 차례대로 배치한다.
병렬(Parallel) 우선순위 부여 방식
인터럽트가 발생하는 모든 장치를 하나의 병렬 회선으로 연결한다.
각 장치별 우선순위를 판별하기 위한 Mask register에 bit를 설정한다.
Mask register상에 우선순위가 높은 서비스 루틴중 우선순위가 낮은 bit들을 비활성화 시킬 수 있다. 우선순위가 높은 인터럽트는 낮은 인터럽트 수행중에도 우선 실행된다.
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