3 для чего используется номер прерывания irq. Обработка прерываний, векторы прерываний, программные прерывания, IRQ. Исключаем неисправное оборудование
Вероятно, наиболее распространенный конфликт прерываний (IRQ) связан с интегрированным последовательным портом COM2, существующим в современных системных платах, и внутренним модемом (имеется в виду полноценный внутренний PC-модем, а не программный модем, который также называется WinModem). Дело в том, что в полноценном внутреннем модеме уже есть поддержка некоторого порта; по умолчанию этот порт назначается в COM2, при этом в системе также обычно включен второй последовательный порт. Таким образом, в системе оказывается два идентичных порта, использующих одни и те же ресурсы (прерывания и адреса порта ввода-вывода).
Решить эту проблему довольно просто: следует войти в BIOS Setup системы и отключить встроенный порт COM2. Кроме того, можно подумать об отключении порта COM1, который также используется крайне редко. Отключение неиспользуемых портов СОМх - один из лучших способов высвобождения прерываний (IRQ) для других устройств.
Еще один распространенный конфликт также связан с последовательными портами. В стандартной таблице распределения прерываний вы, наверное, заметили, что IRQ3 назначается порту COM2, а IRQ4 - порту COM1. Проблема возникает тогда, когда в систему добавляются дополнительные порты COM3 и/или COM4 и им не назначаются вручную свободные прерывания (по умолчанию они используют все те же IRQ3 и IRQ4).
Дополнительные сложности вносит то, что некоторые платы портов не допускают выбора прерываний, отличных от IRQ3 и IRQ4. В результате назначение IRQ3 порту COM4 и IRQ4 порту COM3 приводит к конфликту с портами COM1 и COM2, также использующими эти прерывания: два порта не могут одновременно использовать один и тот же канал управления прерываниями. При работе в DOS это допускалось, поскольку в ней одновременно могла выполняться только одна задача, но в Windows и OS/2 это совершенно невозможно. Для того чтобы в компьютере можно было применять более двух параллельных портов COM, необходима многопортовая плата, которая, помимо прерываний с номерами 3 и 4, позволяет использовать дополнительные прерывания. Совместное использование прерываний в принципе допустимо для устройств, которые в обычных условиях не работают одновременно (или постоянно). Порты не попадают в эту категорию устройств. Совместно можно применять прерывание для сканера и модема, однако и в этом случае, если они будут использоваться одновременно, возникнет конфликт. К счастью, большинство устройств, которые ранее использовали порты (например, мыши, принтеры этикеток и внешние модемы), теперь подключаются к портам USB , так что проблем с необходимостью поддержки множества портов у современных пользователей компьютеров возникать не должно.
Если все же необходимо использовать несколько последовательных портов, лучшим решением станет покупка многопортовой платы, которая либо предоставляет возможность установить неконфликтующие прерывания, либо содержит собственный процессор, позволяющий распределять одно системное прерывание между несколькими портами. Некоторые старые многопортовые карты имели интерфейс ISA, но сегодня их вытеснили карты PCI , которые к тому же имеют преимущества в быстродействии.
Если некоторое устройство, упомянутое в таблице, отсутствует (например, встроенный порт мыши (IRQ12) или второй параллельный порт (IRQ5)), их прерывания можно считать доступными. К примеру, второй параллельный порт можно встретить крайне редко, так что отведенное для него прерывание IRQ5 чаще всего используется для платы звукового адаптера. Аналогично прерывание IRQ15 используется для вторичного контроллера IDE . Если в системе к вторичному каналу IDE не подключены дисковые устройства, можно отключить этот контроллер в BIOS, тем самым освободив еще одно прерывание для других устройств.
Следует отметить, что проще всего проверить настройки прерыаний в диспетчере устройств Windows. В системе Windows 95b существует программа HWDIAG, а в Windows 98 и более поздних версиях - консоль Сведения о системе. Эти утилиты позволяют получить детальный отчет об использовании ресурсов в системе, а также об установленных драйверах устройств и записей реестра Windows для каждого из устройств. В системах Windows XP и Vista информацию о системе предоставляет программа Msinfo32.
Чтобы обеспечить максимально возможное количество совместных прерываний в современной системе без разъемов ISA, при работе с системной BIOS выполните следующие действия.
- Отключите все неиспользуемые порты в системной BIOS. Например, если вместо последовательного и параллельного портов используются порты USB, отключите их. В результате можно высвободить до трех прерываний.
- Укажите прерывание IRQ, освобожденное в п. 1, в списке доступных прерываний для устройств PCI/PnP. В зависимости от версии BIOS соответствующие параметры доступны в разделе PnP/PCI Resource Exclusion или PnP/PCI Configuration.
- Активизируйте параметр Reset Configuration Data, чтобы очистить таблицы маршрутизации IRQ в памяти CMOS.
- Сохраните изменения и завершите работу с программой настройки BIOS.
Хорошо, когда после сборки или плановой модернизации компьютер с первого раза запускается и работает устойчиво и без глюков. Гораздо хуже, если возникают неожиданные проблемы - спонтанные перезагрузки и зависания, сбои программ, неработоспособность или "невидимость" устройств и т.п. Первая причина, которая обычно приходит в голову в таком случае, - конфликт прерываний. А хорошо ли мы знаем природу этого явления, достаточно ли подготовлены к борьбе с ним?
Что такое IRQ
Прерывания - это
базовый механизм реакции системы на возникающие события. Аппаратные
прерывания, называемые обычно IRQ (Interrupt ReQuest) - это физические
сигналы, с помощью которых контроллер устройства информирует процессор о
необходимости обработать некоторый запрос. Условно схема обработки прерывания
выглядит следующим образом:
1) процессор получает сигнал прерывания и его
номер;
2) по специальной таблице отыскивается адрес программы,
ответственной за обработку прерывания с данным номером - обработчика
прерывания;
3) процессор приостанавливает текущую работу и переключается на
выполнение обработчика (в общем случае это некоторый драйвер);
4) драйвер
получает доступ к устройству и проверяет причину возникновения
прерывания;
5) запускаются запрошенные действия - инициализация,
конфигурирование устройства, обмен данными и др.
6) драйвер завершает
работу, и процессор возвращается к прерванной задаче.
Очевидно, что для
корректной работы механизма прерываний необходимо выполнение двух условий:
во-первых, сигнал запроса должен доходить до процессора и, во-вторых,
драйвер-обработчик должен правильно реагировать на этот сигнал. В случае
конфликта не соблюдается второе условие: сигнал прерывания приходит, но
реакция на него оказывается неправильной, в результате чего мы имеем (в лучшем
случае) неработоспособное устройство.
Конфликт
Можно сказать,
что конфликт - это ситуация, при которой несколько объектов одновременно
пытаются получить доступ к ресурсу, который предназначен только для одного из
них. Конфликт прерываний возникает в том случае, если несколько устройств
используют одну и ту же линию прерывания для посылки сигнала запроса и нет
механизма, позволяющего обрабатывать конкурирующие запросы. Если драйвер,
получая управление, работает не с тем устройством, которое послало запрос, то
либо происходит сбой, либо одно из устройств попросту не
работает.
Возникает вопрос: могут ли несколько устройств использовать одну
и ту же линию прерывания, или это в принципе невозможно? Ведь если драйвер
сможет определить, от кого именно пришел запрос, то он будет реагировать на
сигналы только "своего" устройства, игнорируя все остальные. Но это должно
быть каким-либо образом заранее оговорено, иначе конфликт
неизбежен.
Локальная шина PCI была спроектирована с учетом совместного
использования прерываний. Каждое устройство PCI должно корректно работать на
одной линии прерывания с другими PCI-устройствами. Это сделано следующим
образом: факт наличия сигнала на линии прерывания определяется не по фронту,
т.е. изменению уровня напряжения, а по самому факту наличия определенного
напряжения. Изменять напряжение в линии может сразу несколько устройств,
становясь как бы в очередь на обслуживание.
Таким образом, совместное
использование одного IRQ несколькими PCI-устройствами не является конфликтом
по определению. Однако иногда проблемы все-таки возникают. Во-первых, не все
устройства PCI корректно работают на одной линии прерывания с другими.
Во-вторых, иногда драйверы имеют ошибки, из-за которых они не могут правильно
определять источник сигнала, мешая другим драйверам. В-третьих, далеко не все
устройства работают на шине PCI; например, ISA-устройства, к которым
относятся, например, контроллеры COM/LPT-портов, делить прерывания с другими
не умеют. Чтобы четко представлять себе, как можно избежать конфликтов или
устранить их, нужно разобраться в механизме управления
IRQ.
Организация аппаратных прерываний в персональном компьютере
Как вы знаете, персональные компьютеры начались с IBM PC.
Его архитектура предусматривала восемь линий аппаратных прерываний (IRQ),
которыми управлял специальный контроллер. Каждой из них назначался номер,
который определял приоритет прерывания и адрес его обработчика (так называемый
вектор прерывания). Новая архитектура, IBM PC AT, предусматривала еще восемь
линий прерываний, для которых использовался второй контроллер, подключаемый к
одной из линий прерывания первого контроллера. К сожалению, данная архитектура
стала последней после того, как фирма IBM потеряла возможность управлять
развитием созданной ею платформы, поэтому все современные компьютеры
по-прежнему имеют только шестнадцать прерываний, одно из которых используется
вторым контроллером.
У компьютера IBM PC AT была только одна шина, по
которой устройства могли общаться с процессором и памятью - ISA. Большинство
линий прерываний были закреплены за стандартными ISA-устройствами, оставшиеся
были зарезервированы на будущее. Когда это будущее наступило, выяснилось, что
новой универсальной шине PCI досталось всего четыре свободных прерывания.
Поэтому и был придуман хитрый механизм совместного использования прерываний
(IRQ Sharing) и динамического переопределения номеров (IRQ Steering или
Mapping).
Суть механизма управления прерываниями PCI-устройств в следующем.
В общем случае существует четыре физических линии PCI-прерываний, называемых
PIRQ0, PIRQ1, PIRQ2 и PIRQ3. Они подключены к контроллеру прерываний. Каждое
PCI-устройство со своей стороны как бы имеет четыре разъема, называемые INT A,
INT B, INT C и INT D. Подключать линии к разъемам можно в любом порядке.
Например, для первого PCI-слота можно сделать такую разводку: PIRQ0 - INT A,
PIRQ1 - INT B, PIRQ2 - INT C, PIRQ3 - INT D. А для второго - по-другому: PIRQ0
- INT B, PIRQ1 - INT C, PIRQ2 - INT D, PIRQ3 - INT A. Обычно устройство
требует только одну линию прерывания, подключенную к INT A. Будучи
установленным в первый слот, устройство использует линию PIRQ0, а во втором
слоте на том же контакте будет линия PIRQ1. Тем самым устройства в разных
слотах будут использовать разные физические линии прерываний. Аппаратный
конфликт между ними будет исключен.
Шина AGP, являясь по сути
специализированной модификацией PCI, тоже использует одну из линий PIRQ -
обычно PIRQ0.
Для современных систем четырех линий оказывается
недостаточно, поэтому в новых чипсетах часто применяются восемь линий PIRQ,
которые точно так же в разных комбинациях подключаются к слотам PCI и
встроенным в плату устройствам.
Линии PIRQ подключаются к контроллеру
прерываний. Им, как и другим линиям, назначаются логические IRQ-номера. Если
на одной физической линии находятся несколько устройств (а это допустимо), то
все они будут иметь один и тот же номер IRQ. Если устройства находятся на
разных физических линиях, они все равно могут получить одинаковые номера IRQ.
Нормальные драйверы позволят им свободно работать без потери
производительности, так как шина PCI все равно может захватываться только
одним устройством. Главное - распознать, от какого устройства пришел
сигнал.
Номера линиям PIRQ назначаются автоматически благодаря пресловутому
механизму Plug&Play. Но ведь есть и ISA-устройства, поддерживающие
Plug&Play. Они тоже имеют возможность автоматически получить номер IRQ. Но
их линия прерывания принадлежит им монопольно, и если такой же номер получит
одна из линий PIRQ, возникнет неразрешимый конфликт.
Итак, мы выяснили, что
устройства PCI должны быть лишены проблем с конфликтами IRQ. Если они,
конечно, правильно работают, а так бывает не всегда. К тому же драйверы должны
поддерживать механизм совместного использования прерываний. Устройства ISA не
умеют делиться линиями прерываний и потому являются провокаторами конфликтов.
Следовательно, задача устранения конфликтов сводится к правильному
распределению номеров (источник проблем - ISA-устройства и "кривые" драйверы)
или к разведению по разным физическим линиям ("кривые"
PCI-контроллеры).
Давайте рассмотрим, каким образом в системе происходит
распределение номеров и как мы можем повлиять на этот процесс.
Карта
прерываний
Как я уже говорил, большинство номеров IRQ уже заняты
стандартными устройствами, точнее, назначены их линиям прерываний. Пройдемся
по порядку:
0 - системный таймер (номер всегда занят);
1 - клавиатура
(номер всегда занят);
2 - второй контроллер прерываний (всегда занят);
3
- порт COM2 (может быть отключен, а номер - освобожден);
4 - порт COM1
(может быть отключен, а номер - освобожден);
5 - порт LPT2 (обычно номер
свободен);
6 - контроллер гибких дисков (может быть отключен, а номер -
освобожден);
7 - порт LPT1 (если не в режиме EPP или ECP, то номер
свободен);
8 - часы реального времени (всегда занят);
9 -
свободен;
10 - свободен;
11 - свободен;
12 - мышь PS/2 (может быть
свободен, если нет такой мыши);
13 - сопроцессор (всегда занят);
14 и 15
- контроллер жестких дисков (может быть отключен, а номер - освобожден).
В
типичной системе свободны номера 5, 7, 9-11, то есть пять из пятнадцати. Кроме
того, можно смело отключить COM2 и LPT1-порты, увеличив число свободных
номеров до семи. Свободны - не значит, что не заняты, просто между ними
возможна свободная перетасовка.
В любой системе имеется три стандартных
PCI-устройства - ACPI-, USB-контроллеры и видеокарта, каждое из которых займет
по одному номеру. Сложное устройство (например, звуковая карта) может
потребовать несколько линий - INT A, INT B и т.д. для своих компонентов,
которые между собой не будут конфликтовать (как-никак разные физические
линии), а вот с другими устройствами - запросто.
Узнать, как в данный
момент распределены номера прерываний, можно несколькими способами. В самом
начале загрузки компьютера появляется текстовая таблица конфигурации. Сразу
после нее идет перечень PCI-устройств с указанием назначенного им номера IRQ
(см. скриншот). Другой способ работает в Windows 9x. В панели управления есть
иконка "Система", в вызываемом апплете - закладка "Устройства". Выбираем
свойства устройства "Компьютер", и там будут перечислены все устройства с
указанием их IRQ (см. скриншот).
В Windows 2000 у нас нет доступа к
управлению прерываниями, поэтому для просмотра списка IRQ нужно
воспользоваться стандартной информационной утилитой (Панель
управления/Администрирование/Управление компьютером/Сведения о системе/Ресурсы
аппаратуры).
Распределение номеров IRQ средствами BIOS
В
системе номера IRQ распределяются между физическими линиями дважды. Первый раз
это делает системный BIOS при начальной загрузке системы. Каждому
Plug&Play-устройству (все PCI, современные ISA, интегрированные
устройства), а точнее, его линии прерывания, назначается один номер из десяти
возможных. Если номеров не хватает, несколько линий получают один общий. Если
это линии PIRQ, то ничего страшного - при наличии нормальных драйверов и
поддержки со стороны операционной системы (об этом см. ниже) все будет
работать. А если один номер получают несколько ISA-устройств или PCI- и
ISA-устройства, то конфликт просто неизбежен, и тогда нужно вмешиваться в
процесс распределения.
Прежде всего, нужно отключить все неиспользуемые
ISA-устройства (в системах без слотов ISA они тоже присутствуют) - порты COM1,
COM2 и дисковод. Также можно отключить режимы EPP и ECP порта LPT, тогда
прерывание IRQ7 станет доступно.
В BIOS Setup нам понадобится раздел
"PCI/PNP Configuration". Есть два базовых способа повлиять на распределения
номеров IRQ: заблокировать конкретный номер и напрямую назначить номер линии
PIRQ.
Первый способ доступен для всех BIOS: найдите список пунктов "IRQ x
used by:" (в новых BIOS скрывается в подменю "IRQ Resources"). Тем
прерываниям, которые должны быть назначены исключительно ISA-устройствам,
нужно поставить "Legacy ISA". Тем самым при раздаче номеров PCI-устройствам
данные прерывания будут пропущены. Поступать так следует в том случае, если
какое-либо ISA-устройство упорно становится на одно прерывание с
PCI-устройством, из-за чего оба не работают. Тогда мы находим номер этого IRQ
и блокируем его в BIOS Setup. PCI-устройство переходит на новый номер IRQ, а
ISA-устройство остается. Конфликт разрешен.
Второй, более удобный способ
управления номерами IRQ - прямое назначение. В том же подменю BIOS Setup могут
быть пункты вида "Slot X use IRQ" (другие названия: "PIRQx use IRQ", "PCI Slot
x priority", "INT Pin x IRQ").
С их помощью каждой из четырех линии
PIRQ можно назначить конкретный номер. Кстати, в новых AwardBIOS 6.00 можно
наблюдать, какие именно устройства (включая встроенные) используют ту или иную
линию. Просто посмотрите на правую часть экрана BIOS Setup: на фото показано,
как я навел курсор на пункт "Slot 1/5 use IRQ no.", а справа появилась надпись
"Display Contr.". То есть первая линия PIRQ используется видеокартой. Если я
сейчас поставлю какой-либо определенный номер вместо "Auto", видеокарта будет
переведена на это прерывание.
Распределение номеров IRQ средствами
Windows
Второй раз номера прерываний распределяются операционной
системой. Как показали проведенные мной эксперименты, Windows"98 начинает
вмешиваться в произведенные BIOS"ом действия только в крайних случаях. При
наличии нормального BIOS описанные здесь приемы не понадобятся.
Следует
заметить, что для правильной работы механизмов совместного использования IRQ и
динамического распределения необходимо, чтобы Windows распознала чипсет
материнской платы и загрузила IRQ Miniport. Чем более свежая версия у Windows,
тем больше чипсетов поддерживает ее собственный минипорт (PCIIMP.PCI). Однако
всегда лучше перестраховаться и установить самые свежие драйверы чипсета.
В
Windows 98 управление системой распределения IRQ осуществляется с помощью
стандартного менеджера устройств. В списке системных устройств нужно найти
шину PCI. В ее свойствах есть особая закладка (см. скриншот). Если все
настроено правильно, там будет упомянут минипорт ("успешно загружен"), а
управление шиной PCI (Steering) будет включено. Таким образом, Windows"98
имеет средства для управления распределением номеров прерываний между
физическими линиями. Но поскольку и BIOS чаще всего с этим хорошо справляется,
этот механизм не задействуется.
Но иногда он просто необходим. Как я уже
говорил, PCI-устройства не должны конфликтовать в случае, если они используют
одно и то же логическое прерывание. Другое дело - ISA-устройства, к которым
относятся также и COM- и LPT-порты. Если устройство не-Plug&Play, BIOS
может его и не заметить, отдав занятое им прерывание PCI-устройству. Тогда
нужно прерывание зарезервировать. Это делается в диспетчере устройств
Windows"98: выбираем устройство "Компьютер", вызываем его свойства,
переключаемся на вторую закладку. Дальше все понятно.
Кроме резервирования,
можно непосредственно задать номер прерывания для устройства. Для этого нужно
в его свойствах найти закладку "Ресурсы", отключить автоматическую настройку и
попытаться изменить назначенный номер прерывания.
К сожалению, это
работает далеко не всегда.
Windows 2000 - система особая. Если у вас
современный компьютер, то он наверняка поддерживает интерфейс конфигурирования
ACPI. Windows 2000 в таком случае вообще проигнорирует действия BIOS и
"повесит" все PCI-устройства на одно логическое прерывание. В общем случае это
будет отлично работать (когда нет ISA), но иногда случаются проблемы. Чтобы
получить возможность изменять номера прерываний, нужно либо поменять HAL-ядро,
либо переустановить Windows 2000 с отключенным в BIOS ACPI. Замена ядра
производится так: в диспетчере устройств выбирайте "Компьютер"/"Компьютер с
ACPI", меняйте драйвер на "Стандартный компьютер", перезагружайтесь. Если это
не поможет, придется переустановить Windows 2000 заново.
Надеюсь,
приведенная выше информация поможет вам в борьбе с глюками "железа". И
помните: большинство возникающих проблем связано с низким уровнем компьютерной
грамотности хозяина компьютера. Поэтому нужно всегда стремиться к
самообразованию, тогда и проблем будет поменьше, а те, что все-таки возникнут
- не будут казаться неразрешимыми.
Распространенной проблемой операционной системы Windows любой редакции является загрузка ресурсов компьютера «внутренними» процессами. Одним из таких процессов является системное прерывание, которое может серьезно нагружать ресурсы компьютера, что будет отображаться в «Диспетчере задач». Наиболее часто приходится сталкиваться с ситуацией, когда системное прерывание грузит процессор, из-за чего компьютер серьезно теряет в производительности. В рамках данной статьи мы рассмотрим, почему это происходит, а также можно ли отключить системные прерывания в Windows.
Системные прерывания: что это за процесс
Процесс «Системные прерывания» по умолчанию в операционной системе Windows запущен постоянно, но при обычной работе он не должен нагружать компоненты системы более чем на 5%. Если данный процесс более серьезно воздействует на ресурсы компьютера, это говорит о наличии аппаратной проблемы, а именно о нарушении в работе одного из компонентов компьютера.
Когда «Системные прерывания» грузят процессор, это может сигнализировать о неполадках в работе видеокарты, материнской платы, оперативной памяти или другого элемента системного блока. Центральный процессор старается дополнить недостающую мощность, возникшую из-за неправильной работы компонента, при помощи собственных ресурсов, о чем свидетельствует процесс «Системные прерывания». Чаще всего проблема неправильной работы компонентов компьютера связана с полной или частичной несовместимостью запущенной программы (или игры) с драйверами компонентов компьютера.
Как отключить системные прерывания
Как было отмечено выше, системные прерывания являются не более чем указателем, что со стороны Windows идет дополнительное обращение к ресурсам центрального процессора. Отключить системные прерывания, чтобы повысить производительность компьютера, не получится, и нужно искать проблему в работе компонентов PC. Для этого удобно использовать приложение DPC Latency Checker, которое можно загрузить бесплатно в интернете с сайта разработчиков. Программа позволяет определить неисправные компоненты компьютера.
Чтобы провести диагностику системы приложением DPC Latency Checker, запустите его и подождите. Некоторое время уйдет на проверку компьютера, после чего пользователь увидит на графике, если имеются проблемы в работе компонентов системы. Также приложение укажет на возможные ошибки и посоветует их поискать, отключая устройства.
Для этого перейдите в «Диспетчер устройств», нажав правой кнопкой мыши на «Пуск» и выбрав соответствующий пункт, и начните по одному отключать устройства. После каждого отключения проверяйте в «Диспетчере задач» и приложении DPC Latency Checker, устранена ли проблемы с загрузкой процессора системными прерываниями. Если проблема сохранилась, включайте устройство обратно и переходите к следующему.
Важно: В процессе отключения компонентов в «Диспетчере устройств», не отключайте «Компьютер», «Процессор» и «Системные устройства», иначе это приведет к экстренной перезагрузке компьютера.
Когда будет найдено устройство, при отключении которого нагрузка на процессор снизится до нормального состояния, обновите драйвера для этого компонента с официального сайта разработчиков.
Обратите внимание: Если были предприняты попытки отключить все компоненты системы, но процесс «Системные прерывания» продолжает нагружать систему, попробуйте обновить драйвера для процессора.
В ситуации, когда советы, приведенные выше, не помогают справиться с проблемой загрузки процессора системными прерываниями, можно опробовать еще следующие способы исправления ситуации:
Стоит отметить, что отключать системные прерывания через «Диспетчер задач» не следует, это приведет к сбою системы, но не решит проблему.
Здесь мы разберем такие важные темы, как: обработка прерываний, векторы прерываний, программные прерывания, IRQ , в общем поговорим на темы прерывания.
Идея прерывания была предложена в середине 50-х годов и основная цель введения прерываний – реализация синхронного режима работы и реализация параллельной работы отдельных устройств ЭВМ.
Прерывания и обработка прерываний зависят от типа ЭВМ, поэтому их реализацию относят к машинно-зависимым свойствам операционных систем.
Прерывание (interrupt) – это сигнал, заставляющий ЭВМ менять обычный порядок выполнения команд процессором.
Возникновение подобных сигналов обусловлено такими событиями , как:
- завершение операций ввода-вывода.
- истечение заранее заданного интервала времени.
- попытка деления на нуль.
- сбой в работе аппаратного устройства и др.
Обработка прерывания
С каждым прерыванием связывают число, называемое номером типа прерывания или просто номером прерывания . Система умеет распознавать, какое прерывание, с каким номером оно произошло, и запускает соответствующую этому номеру программу обработки прерывания. Таким образом, при поступлении сигнала на прерывание происходит принудительная передача управления от выполняемой программы к системе, а через нее — к обработчику прерываний.
Например прерывание с номером 9 — прерывание от клавиатуры, которое генерируется при нажатии и при отжатии клавиши. Используется для чтения данных с клавиатуры. Обозначается в ОС как IRQ 1, где IRQ – обозначение прерывания, а 1 – приоритет прерывания. Данные о запросах на прерывание можно проанализировать в диспетчере устройств:
Обработчик прерываний – программа обработки прерывания, являющаяся частью ОС, предназначенная для выполнения ответных действий на условие, вызвавшее прерывание.
Предположим, что в момент поступления сигнала прерывания от некоторого источника программа А находится в решении. В результате управление автоматически передается обработчику прерываний. После завершения обработки управление может быть снова передано в ту точку программы А, где ее выполнение было прервано:
Векторы прерываний
Адреса программ, соответствующих различным прерываниям, собраны в таблицу, которая называется таблицей векторов прерываний .
Для микропроцессора требуется простой способ определения местоположения программы обработки прерывания и это осуществляется путем использования таблицы векторов прерываний .
Таблица векторов прерываний занимает первый килобайт оперативной памяти — адреса от 0000:0000 до 0000:03FF. Таблица состоит из 256 элементов — FAR-адресов обработчиков прерываний. Эти элементы называются векторами прерываний . В первом слове элемента таблицы записано смещение, а во втором — адрес сегмента обработчика прерывания. Векторами являются просто полные адреса памяти программы (в сегментированной форме), которая должна быть активизирована в случае возникновения прерывания.
Прерыванию с номером 0 соответствует адрес 0000:0000, прерыванию с номером 1 — 0000:0004 и т.д. Адрес такой состоит из пары 2-байтовых слов, поэтому каждый из векторов занимает четыре байта.
Можно просмотреть таблицу векторов прерываний в компьютере, если воспользоваться программой DEBUG. Используйте команду D для вывода содержимого начала памяти: D 0:0. Программа DEBUG покажет вам первые 128 байтов или 32 вектора, которые могут иметь вид наподобие следующего:
0000:0000 E8 4E 9A 01 00 00 00 00-C3 E2 00 F0 00 00 00 00
0000:0010 F0 01 70 00 54 FF 00 F0-05 18 00 F0 05 18 00 F0
0000:0020 2C 08 51 17 D0 0A 51 17-AD 08 54 08 E8 05 01 2F
0000:0030 FA 05 01 2F 05 18 00 F0-57 EF 00 F0 F0 01 70 00
0000:0040 90 13 C7 13 4D F8 00 F0-41 F8 00 F0 3E 0A 51 17
0000:0050 5C 00 B7 25 59 F8 00 F0-E2 0A 51 17 9C 00 B7 25
0000:0060 00 00 00 F6 8E 00 DE 09-6E FE 00 F0 F2 00 7B 09
0000:0070 27 08 51 17 A4 F0 00 F0-22 05 00 00 00 00 00 F0
Векторы хранятся как «слова наоборот»: сначала смещение, а потом сегмент. Например, первые четыре байта, которые программа DEBUG показала выше (E8 4E 9A 01) можно преобразовать в сегментированный адрес 019A:4EE8.
Можно встретить три вида адресов в таблице векторов . Это могут быть адреса, указывающие на ROM-BIOS, которые можно идентифицировать шестнадцатеричной цифрой F, которая предшествует номеру сегмента. Это могут быть адреса, которые указывают на главную память (как в примере: 019A:4EE8). Эти адреса могут указывать на подпрограммы ДОС или на резидентную программу (например, SideKick или Prokey), либо они могут указывать на саму программу DEBUG (поскольку DEBUG должна временно управлять прерыванием). Также векторы могут состоять из одних нулей, когда прерывание с данным номером не обрабатывается в текущий момент.
Инициализация таблицы происходит частично BIOS после тестирования аппаратуры и перед началом загрузки операционной системой, частично при загрузке операционной системы.
Ниже приведено назначение некоторых векторов:
| № | Описание |
|---|---|
| 0 | Ошибка деления. Вызывается автоматически после выполнения команд DIV или IDIV, если в результате деления происходит переполнение (например, при делении на 0). |
| 2 | Аппаратное немаскируемое прерывание. Это прерывание может использоваться по-разному в разных машинах. Обычно вырабатывается при ошибке четности в оперативной памяти и при запросе прерывания от сопроцессора. |
| 5 | Печать копии экрана. Генерируется при нажатии на клавиатуре клавиши PrtScr. Обычно используется для печати образа экрана. |
| 8 | IRQ0 — прерывание интервального таймера, возникает 18,2 раза в секунду. |
| 9 | IRQ1 — прерывание от клавиатуры. Генерируется при нажатии и при отжатии клавиши. Используется для чтения данных от клавиатуры. |
| A | IRQ2 — используется для каскадирования аппаратных прерываний в машинах класса AT |
| B | IRQ3 — прерывание асинхронного порта COM2. |
| C | IRQ4 — прерывание асинхронного порта COM1. |
| D | IRQ5 — прерывание от контроллера жесткого диска для XT. |
| E | IRQ6 — прерывание генерируется контроллером флоппи-диска после завершения операции. |
| F | IRQ7 — прерывание принтера. Генерируется принтером, когда он готов к выполнению очередной операции. Многие адаптеры принтера не используют это прерывание. |
| 10 | Обслуживание видеоадаптера. |
| 11 | Определение конфигурации устройств в системе. |
| 12 | Определение размера оперативной памяти в системе. |
| 13 | Обслуживание дисковой системы. |
| 14 | Последовательный ввод/вывод. |
| 1A | Обслуживание часов. |
| 1B | Обработчик прерывания Ctrl-Break. |
| 70 | IRQ8 — прерывание от часов реального времени. |
| 71 | IRQ9 — прерывание от контроллера EGA. |
| 75 | IRQ13 — прерывание от математического сопроцессора. |
| 76 | IRQ14 — прерывание от контроллера жесткого диска. |
| 77 | IRQ15 — зарезервировано. |
IRQ0 — IRQ15 — это аппаратные прерывания.
Механизм обработки прерываний
При обработке каждого прерывания должна выполняться следующая последовательность действий:
- Восприятие запроса на прерывание: прием сигнала и идентификация прерывания.
- Запоминание состояния прерванного процесса: определяется значением счетчика команд (адресом следующей команды) и содержимым регистров процессора.
- Передача управления прерывающей программе (в счетчик команд заносится начальный адрес подпрограммы обработки прерываний, а в соответствующие регистры – информация из слова состояния процессора).
- Обработка прерывания.
- Восстановление прерванного процесса и возврат в прерванную программу.
Главные функции механизма прерывания:
- распознавание или классификация прерываний.
- передача управления соответственно обработчику прерываний.
- корректное возвращение к прерванной программе (перед передачей управления обработчику прерываний содержимое регистров процессора запоминается либо в памяти с прямым доступом либо в системном стеке).
Типы прерываний
Прерывания, возникающие при работе вычислительной системы, можно разделить на 4 группы:
Аппаратные прерывания вызываются физическими устройствами и возникают по отношению к программе асинхронно, т.е. в общем случае невозможно предсказать, когда и по какой причине программа будет прервана.
Аппаратные прерывания не координируются c работой программного обеспечения. Когда вызывается прерывание, то процессор оставляет свою работу, выполняет прерывание, a затем возвращается на прежнее место.
Внешние прерывания возникают по сигналу какого-либо внешнего устройства например:
- Прерывание, которое информирует систему о том, что требуемый сектор диска уже прочитан, его содержимое доступно программе.
- Прерывание, которое информирует систему о том, что завершилась печать символа на принтере и необходимо выдать следующий символ.
- Прерывания по нарушению питания.
- Нормальное завершение некоторой операции ввода-вывода (нажатие клавиши на клавиатуре).
- Прерывание по таймеру.
Прерывание по таймеру вызывается интервальным таймером. Этот таймер содержит регистр, которому может быть присвоено определенное начальное значение посредством специальной привилегированной команды. Значение этого регистра автоматически уменьшается на 1 по истечении каждой миллисекунды времени. Когда это значение становятся равным нулю, происходит прерывание по таймеру. Подобный интервальный таймер используется операционной системой для определения времени, в течение которого программа пользователя может оставаться под управлением машины.
Маскируемые и немаскируемые внешние прерывания
Существуют два специальных внешних сигнала среди входных сигналов процессора, при помощи которых можно прервать выполнение текущей программы и тем самым переключить работу центрального процессора. Это сигналы NMI (Non Mascable Interrupt, немаскируемое прерывани ) INTR (interrupt request, запрос на прерывание ).
Соответственно внешние прерывания подразделяются на два вида: немаскируемые и маскируемые.
Часто при выполнении критических участков программ, для того чтобы гарантировать выполнение определенной последовательности команд целиком, приходится запрещать прерывания (т.е. сделать систему нечувствительной ко всем или отдельным прерываниям). Это можно сделать командой CLI. Ее нужно поместить в начало критической последовательности команд, а в конце расположить команду STI, разрешающую процессору воспринимать прерывания. Команда CLI запрещает только маскируемые прерывания, немаскируемые всегда обрабатываются процессором.
Таким образом, наличие сигнала прерывания не обязательно должно вызывать прерывание исполняющейся программы. Процессор может обладать средствами защиты от прерываний: отключение системы прерываний, маскирование (запрет) отдельных сигналов прерываний. Прерывания, которые замаскировать нельзя — это немаскируемые прерывания.
Внутренние прерывания вызываются событиями, которые связаны с работой процессора и являются синхронными с его операциями, а именно прерывание происходит, когда:
- при нарушении адресации (в адресной части выполняемой команды указан запрещенный или несуществующий адрес, обращение к отсутствующему сегменту или странице при организации механизмов виртуальной памяти);
- при наличии в поле кода не задействованной двоичной комбинации.
- при делении на нуль.
- при переполнении или исчезновении порядка.
- при обнаружении ошибок четности, ошибок в работе различных устройств аппаратуры средствами контроля.
Программные прерывания
Программы могут сами вызывать прерывания с заданным номером. Для этого они используют команду INT. По этой команде процессор осуществляет практически те же действия, что и при обычных прерываниях, но только это происходит в предсказуемой точке программы – там, где программист поместил данную команду. Поэтому программные прерывания не являются асинхронными (программа «знает», когда она вызывает прерывание).
Программные прерывания в прямом смысле прерываниями не являются, поскольку представляют собой лишь специфический способ вызова процедур — не по адресу, а по номеру в таблице.
Механизм программных прерываний был специально введен для того, чтобы:
- переключение на системные программные модули происходило не просто как переход в подпрограмму, а точно таким же образом, как и обычные прерывания. Этим обеспечивается автоматическое переключение процессора в привилегированный режим с возможностью исполнения любых команд.
- использование программных прерываний приводит к более компактному коду программ по сравнению с использованием стандартных команд выполнения процедур.
Пример (программные прерывания):
- привилегированная команда в режиме пользователя.
- адрес вне диапазона.
- нарушение защиты памяти.
- арифметическое переполнение, отсутствует страница.
- нарушение защиты сегмента.
- выход за границу сегмента.
В упрощенном виде схему обработки различных видов прерываний можно представить следующим образом:
КП – контроллер прерываний, имеет несколько уровней (линий) для подключения контроллеров устройств (на схеме обозначены КУ). Возможно каскадное подключение контролеров, когда на один из его входов подключается еще одни контроллер прерываний. ЦП – центральный процессор.
Аппаратные прерывания вырабатываются устройствами компьютера, когда возникает необходимость их обслуживания. В отличие от программных прерываний, вызываемых запланировано самой прикладной программой, аппаратные прерывания всегда происходят асинхронно по отношению к выполняющимся программам. Кроме того, может возникнуть одновременно несколько прерываний. Выбор одного из них для обработки осуществляется на основе приоритетов, приписанных каждому типу прерывания.
Каждому прерыванию назначается свой уникальный приоритет. Если происходит одновременно несколько прерываний, то система отдает предпочтение самому высокоприоритетному, откладывая на время обработку остальных прерываний.
В случае о прерывании самой программы обработки прерывания говорят о вложенном прерывании . Уровни приоритетов обозначаются сокращенно IRQ0 — IRQ15 или IRQ0 – IRQ23 (в зависимости от микросхемой реализации).
Пpepывaнию вpeмeни cутoк дан мaкcимaльный пpиopитeт, пocкoльку ecли oнo будет пocтoяннo тepятьcя, то будут нeвepными пoкaзaния cиcтeмныx чacoв. Пpepывaниe от клaвиaтуpы вызывaeтcя при нaжaтии или oтпуcкaнии клавиши; oнo вызывaeт цепь coбытий, кoтopaя oбычнo зaкaнчивaeтcя тем, что код клавиши пoмeщaeтcя в буфep клaвиaтуpы (oткудa он зaтeм мoжeт быть пoлучeн пpoгpaммными пpepывaниями).
Ну и наконец реализация механизма обработки прерываний
В машине для каждого класса прерываний имеется соответствующая ему рабочая область прерываний . Например, имеется область, соответствующая прерыванию по таймеру. Когда происходит прерывание по таймеру, содержимое всех регистров сохраняется в этой области (например, пропустив первые несколько слов). Затем из этих пропущенных слов извлекаются заранее занесенные туда значения, которые перезаписываются в счетчик (указатель) команд машины и в слово состояния (или во флаговый регистр). Загрузка и сохранение регистров осуществляется аппаратными средствами машины автоматически.
Загрузка счетчика команд новым значением адреса автоматически вызывает передачу управления на соответствующую команду. Этот адрес, заранее сохраненный в рабочей области прерывания, представляет собой начальный адрес стандартной программы обработки прерываний по таймеру. Загрузка слова состояния также вызывает определенные изменения в состоянии процессора.
После выполнения в ответ на запрос на прерывание любого требуемого действия стандартная программа обработки прерываний выполняет команду загрузки состояния процессора, в результате чего управление передается прерванной программе. Происходит это следующим образом: команда загрузки состояния процессора вызывает загрузку сохраненного содержимого слова состояния, счетчика команд и других регистров из соответствующих слов области сохранения, начиная с адреса, указанного в команде. Это приводит к восстановлению содержимого регистров и состояния процессора, которые были в момент прерывания. Управление затем передается на команду, перед выполнением которой произошло прерывание.
Сохранение и восстановление состояния процессора и содержимого регистров называют операцией контекстного переключения .
У большинства машин имеется так называемое слово состояния, которое содержит часть информации, используемой при обработке прерываний. Одним из элементов этого слова (например, первый) является признак, определяющий, в каком режиме находится процессор: в пользовательском или супервизора .
Обычные программы находятся в пользовательском режиме (признак равен нулю). Когда происходит прерывание, новое загружаемое содержимое слово состояния имеет признак, равный 1, что автоматически переводит процессор в режим супервизора. В этом режиме становится возможным использование привилегированных команд. Перед тем, как значение слова состояния будет сохранено, в другом его элементе (например, втором) будет установлено значение, указывающее на причину прерывания:
- при программном прерывании отражается тип вызвавшего его условия, например деление на нуль.
- при прерывании по вводу-выводу заносится номер канала, вызвавший прерывание.
В третьем элементе указывается, выполняет ли процессор команды или простаивает. В четвертом элементе содержится указатель, идентифицирующий текущую выполняемую программу. В пятом элементе содержится маска прерываний, которая используется для контроля за разрешением прерываний (поле MASK).
Это поле используется, чтобы не допустить наступления прерываний определенного типа, пока первое из них не будет обработано. В MASK каждый бит соответствует некоторому классу прерываний. Если какой-то бит установлен в 1, то прерывания соответствующего класса разрешены, если в 0, то запрещены. В последнем случае говорят, что они маскированы (их также называют запрещенными или закрытыми ). Однако маскированные прерывания не теряются, потому что сигнал, вызвавший прерывание, сохраняется аппаратурой. Временно задержанное таким способом прерывание называется отложенным . Когда (вследствие того, что значение MASK сброшено) прерывания соответствующего класса вновь разрешаются, сигнал опознается и происходит прерывание.
Маскирование прерываний находится под контролем операционной системы и зависит от значения MASK в слове состояния, которое заранее сохраняется в рабочей области каждого прерывания. Можно запретить все прерывания, установив все биты MASK в нуль. В действительности поступать подобным образом нет необходимости.
Системные процессы, о которых рядовые пользователи компьютеров, часто не имеют представления, очень часто могут вызвать повышенные нагрузки на вычислительные ресурсы компьютера. К таковым, в частности, относятся так называемые системные прерывания. Что это такое, большинство не знает и часто пытается завершить работу данной службы непосредственно в «Диспетчере задач», где и отображается загрузка центрального процессора и оперативной памяти. Несколько забегая вперед, следует сказать, что заниматься такими вещами не стоит ни в коем случае. Но как тогда привести систему в чувство? Об этом предлагается поговорить более подробно, тем более, что при рассмотрении основного вопроса попутно могут обнаружиться и другие проблемы, связанные с некорректным функционированием «железных» компонентов, самих операционных систем Windows и установленного в их среде программного обеспечения. Но обо всем по порядку.
что это такое?
Прежде чем предпринимать какие бы то ни было шаги по устранению возникающих неполадок, следует выяснить, что собой представляет этот системный компонент. В «Диспетчере задач» за его функционирование отвечает процесс «Системные прерывания», который работает постоянно.
Но что это такое? Не вдаваясь в технические подробности и говоря о том, что это, системные прерывания можно сравнить с некой лакмусовой бумажкой или индикатором, который сигнализирует о том, что в системе наблюдаются сбои в работе какого-то оборудования. Кроме того, повышение нагрузки на ресурсы может быть связано еще с несовместимостью программной и аппаратной части компьютера. В обычном своем состоянии нагрузка на процессор со стороны этого процесса обычно не превышает пяти процентов или чуть больше, чего вполне достаточно для проведения диагностики всех используемых в данный момент «железных» устройств на предмет корректного функционирования в Если же нагрузка возрастает выше указанного лимита, необходимо срочно выявлять причину и устранять проблемы с оборудованием.
Как это работает: простейшее объяснение
Но давайте разберем, что собой представляют системные прерывания в Windows 7 или других модификациях на простом примере. Сразу следует отметить тот факт, что относительно программного обеспечения работу этого компонента связывают с неисполняемыми элементами программ, которые могут загружаться, например, в оперативную память (динамические библиотеки, драйверы устройств и т. д.).
Предположим, у вас на компьютере установлена какая-то современная игра, но видеокарта соответствует лишь минимальным ее системным требованиям, или конфигурация находится ниже этого порога. Если графический чип не справляется с обработкой программных компонентов, что ведет к повышению на него нагрузки, в дело включаются системные прерывания. За их счет обработка команд перенаправляется на центральный процессор, который и пытается помочь видеокарте справиться с возросшим числом обращений. Соответственно, и со стороны описываемого процесса в «Диспетчере задач» наблюдается увеличение нагрузки. И нередко возникновение таких ситуаций приводит не только к зависанию всей системы, но и даже к появлению синих экранов. То же самое относится и к случаям, когда оборудование начинает выходить из строя. К сожалению, при поломках «железных» компонентов системы все это в равной степени может относиться к любому из них (например, сыпется жесткий диск, дают сбои планки оперативной памяти и т. д.).
Системные прерывания грузят процессор: что делать в первую очередь?
Исходя из приведенных выше теоретических сведений, перейдем к практическим мерам, которые позволяют устранить возникающие проблемы и исправить такие ситуации. Что предпринять в первую очередь? Как ни странно это звучит, но иногда бывает достаточно выполнить самую обычную перезагрузку, что позволяет деактивировать все сторонние программные компоненты. Но ведь при повторном запуске какого-то приложения ситуация может повториться. В этом случае сразу же следует проверить состояние драйверов, используя для этого «Диспетчер устройств». Вполне возможно, что конфликт между программной и аппаратной частью как раз и был спровоцирован именно ими.
По возможности установите управляющее программное обеспечение для проблемных устройств, которые в «Диспетчере» могут быть помечены желтым треугольником с восклицательным знаком, и обновите драйверы для всего остального оборудования, используя для этого автоматизированные утилиты вроде Driver Booster.
Отслеживание нагрузок при помощи специальной утилиты
В случае, если действия с установкой и обновлением драйверов желаемого результата не дадут, придется использовать другие методы. Увы, в инструментарии Windows-систем таких средств нет.
Поэтому, если замечено, что системные прерывания грузят ресурсы, большинство специалистов рекомендует воспользоваться небольшой программой под названием DPC Latency Checker, которая представлена в портативном виде и не требует установки на ПК. В ней первым делом необходимо включить сканирование, после чего в результатах проверки будут приведены рекомендации по устранению проблем. Однако чаще всего связаны они только с завершением каких-то процессов, соответствующих и программам, и используемому в данный момент оборудованию, или будет выдана рекомендация обратиться к «Диспетчеру устройств». А вот его-то нам и нужно использовать, оставив диагностическую утилиту активной в качестве своеобразного средства изменения отслеживания нагрузок. Не путайте нагрузки, показанные в этой программе, с теми, которые видны в «Диспетчере задач».
Отключение компонентов в «Диспетчере устройств»
Что касается этого раздела управления оборудованием, суть устранения проблем сводится к тому, что последовательно отключать установленные в системе устройства с последующей проверкой нагрузок вышеупомянутой утилитой.
Обратите внимание, что категорически запрещается отключать оборудование, представленное в разделах «Компьютер», «Процессоры» и «Системные устройства», поскольку такие действия могут привести к несанкционированному завершению работы и перезагрузке компьютера. Чего доброго, еще и вся операционная система выйдет из строя.
Для остальных компонентов, предварительно включив в меню вида показ скрытых устройств, каждый компонент через меню ПКМ следует отключать, а затем заново активировать диагностику в программе отслеживания нагрузок. Когда в результатах тестирования после деактивации какого-то устройства нагрузка упадет до нормы, и будет понятно, что именно этот компонент является сбойным. Если не помогает переустановка драйвера, устройство придется заменить.
Что делать, если проблема с нагрузкой не устраняется?
Но что это? Системные прерывания все равно дают повышенную нагрузку на процессор. Что еще могло повлиять на возникновение такой ситуации? Почему-то (а это так и есть) в большинстве случаев первопричиной такого поведения системы называют проблему с устаревшим или встроенным в материнскую плату звуковым оборудованием, для которого задействовано улучшение саундэффектов.
Как вариант - в настройках звука средствами Windows, отключите данный пункт, что автоматически приведет к деактивации всех установленных эффектов. Заметьте, они относятся именно к программному, а не к аппаратному типу, поэтому отключение основного устройства может и не дать результата.
Проблемы с первичными системами ввода/вывода
Наконец, многие специалисты не исключают и появление неполадок в работе первичных систем BIOS/UEFI, которые могут быть связаны с устареванием оригинальной прошивки. В этом случае новое и более современное оборудование может определяться некорректно. Как уже понятно, выходом станет загрузка и инсталляция обновления для прошивки. Но, если запустить такие процессы для UEFI можно непосредственно в работающей операционной системе, с экспериментами в BIOS следует быть крайне осторожным. Несоответствующая прошивка или некорректная установка могут привести и к тому, что вся компьютерная система перестанет работать.
Краткие итоги
Это вкратце и все, что касается системных вызовов прерываний. Исходя из всего вышесказанного, устранять возникающие проблемы рекомендуется с задействованием указанной диагностической программы с последовательным отключением оборудования. При необходимости сбойные компоненты придется менять. В качестве дополнительного инструмента, который может быть использован для выявления проблем с планками оперативной памяти, целесообразно применять утилиту Memtest86+, однако без необходимых знаний толку от нее не будет никакого.
