control y manejo de interrupciones

CONTROL Y MANEJO DE INTERRUPCIONES

Una interrupción es un mecanismo que permite ejecutar un bloque de instrucciones interrumpiendo la ejecución de un programa, y luego restablecer la ejecución del mismo sin afectarlo directamente. De este modo un programa puede ser interrumpido temporalmente para atender alguna necesidad urgente de la computadora y luego continuar su ejecución de manera normal y como si nada hubiera pasado.

Las interrupciones son un método del que disponen los dispositivos e incluso los procesos para hacer notar a la CPU la aparición de alguna circunstancia que requiera su intervención. De este modo, los dispositivos pueden provocar que la CPU deje por el momento la tarea que estaba realizando y atienda la interrupción. Una vez atendida, seguirá con su labor anterior.

Cuando no existían interrupciones, era el procesador el que tenía que estar continuamente comprobando el estado del dispositivo cuando lo necesitaba. Todo ese tiempo que el procesador estaba sondeando el estado de los dispositivos era tiempo que no se podía dedicar a otros procesos, lo que significa esto una afectación al rendimiento.

Por todo ello se. Pensó que lo mejor era que existiera una línea especial entre el procesador y los dispositivos, por la que los dispositivos indicaban al procesador que ya estaban listos.

Cuando al procesador le llega una interrupción, la atiende inmediatamente dejando de hacer lo que estuviera haciendo, para poder atenderla de la forma correcta, debe saber con anterioridad cómo tratarla. Las computadoras tienen en un sitio conocido de memoria, las distintas rutinas de tratamiento para las diferentes interrupciones, el procesador reconoce la interrupción de la que se trata y busca en memoria la rutina correspondiente.

Una vez terminado el tratamiento de la interrupción, es muy importante que el procesador siga con lo que estaba haciendo, es importante que antes de tratar la interrupción se guarde de alguna forma el estado en que se encuentra la computadora, y al terminar la rutina de tratamiento se restaure el estado.

Se pueden distinguir dos tipos de interrupciones: interrupciones software e interrupciones hardware; Las interrupciones software son provocadas por los programas usando una función especial del lenguaje, tienen

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como objetivo el que la CPU ejecute algún tipo de función, al terminar de ejecutarse esta función, se seguirá ejecutando el programa que provocó la interrupción.

Un dispositivo periférico puede generar una señal eléctrica llamada interrupción que modifica ciertas banderas que se encuentran en el CPU. La detección de una interrupción es parte del ciclo de instrucción. En cada ciclo de instrucción, el CPU revisa las banderas hardware para ver si algún dispositivo necesita atención.

Las interrupciones generadas por los dispositivos periféricos son generalmente asíncronos con respecto al programa que se está ejecutando. Un evento es asíncrono a una entidad si el momento cuando ocurre no está determinado por la entidad. Las interrupciones no siempre ocurren en el mismo punto dentro de la ejecución de un programa. En contraste, un evento de error como la división por cero es síncrono en el sentido de que siempre ocurre durante la ejecución de una instrucción particular si el mismo dato es presentado a la instrucción.

Las rutinas del Sistema de Operación llamadas manejadores de dispositivos usualmente manejan las interrupciones generadas por el dispositivo. Los Sistemas de Operación usan interrupciones pare implementar el tiempo compartido. Tienen un dispositivo llamado timer que genera una interrupción después de un intervalo específico de tiempo. El Sistema de Operación inicializa el timer antes de actualizar el Program Counter pare ejecutar un programa de un usuario. Cuando el timer expira, genera una interrupción causando que el CPU ejecute la rutina de servicio de la interrupción timer.

Una señal o signal es la notificación por software de que un evento ocurrió. Por lo general es la respuesta del Sistema de Operación. Por ejemplo, ctrl-C genera una interrupción para el manejador de dispositivo que maneja el teclado. El manejador notifica al proceso apropiado mandando un signal. El Sistema de Operación también puede enviar signals a un proceso para notificar la finalización de una E/S o de un error.

Las interrupciones pueden ser producidas por Hardware o por Software

Las interrupciones por Hw son producidas por un dispositivo y viajan por el mismo bus del sistema.


Las interrupciones por Sw son producidas por medio de la ejecución de una operación especial que se conoce como "llamada al sistema" (system call) o por errores producidos dentro de un proceso, también conocidas como excepciones.

Hay muchos tipos de interrupciones y pare cada uno de estas existe una rutina en el sistema de operación que le da servicio. Los sistemas de operación actuales permiten a los dispositivos tales como E/S o reloj del sistema interrumpir el CPU asíncronamente.

Pasos durante una interrupción

El CPU suspende lo que estaba realizando. El hw transfiere el control al sistema de operación.

Deshabilita las interrupciones, mientras se atiende una interrupción no se puede atender otra que llegue, algunas arquitecturas con manejo de interrupciones sofisticadas permiten, mediante un esquema de prioridades, interrumpir un servicio de interrupción para atender otra de mayor prioridad, por lo que, aquellas interrupciones de menor o igual prioridad son deshabilitadas.

El kernel del sistema de operación salva el estado actual del proceso interrumpido, transfiere su ejecución a una dirección fija, esta dirección por lo general contiene la dirección de comienzo donde la rutina de servicio de la interrupción se encuentra, cada diseño de computadora tiene su propio mecanismo de interrupciones, una forma de manejar las interrupciones es invocando una rutina general que examine la información de la interrupción y determine el tipo de interrupción ocurrida, y de allí llama a la rutina que se encarga de atender dicha interrupción.


Por lo general se maneja mediante un vector de interrupciones, indexado por el tipo de interrupción, en este vector se encuentra la dirección de comienzo de la rutina que da servicio a dicho tipo, se le conoce como vector de interrupción, otra forma de localizar la rutina apropiada es mediante el pooling, es decir, preguntando a cada dispositivo pare ver quien requirió el servicio.

Se ejecuta la rutina de interrupción

Se restaura el estado anterior

Se habilitan las interrupciones

La arquitectura de interrupciones debe también almacenar la dirección de la instrucción interrumpida.

DENTRO DE UN COMPUTADOR

Cuando una computadora se encuentra realizando un proceso este puede interrumpirse por cualquiera de las dos causas siguientes:

1.- Que se haya presentado una causa que impida que siga adelante un trabajo o un programa que no haya terminado:

En este caso las interrupciones pueden darse:

Por Software: quiere decir que la interrupción se hace por medio de una instrucción del Sistema operativo que demanda la detención del proceso o por una instrucción del programa mismo que demanda la acción de otro dispositivo.

Por Hardware: se refiere a interrupciones provocadas por la acción de algún elemento físico ya sea por una falla, por requerirlo el circuito, por falta de energía eléctrica u otra causa que impida la


continuación de un programa dado algunas de estas fallas pueden ser manejadas por el sistema operativo ya sea por normalizar el proceso o para indicar al operador la causa de la interrupción.

2.- Es que haya llegado el fin lógico de un programa o de un trabajo: en este caso el sistema operativo debe retirar el control al programa que ha terminado de introducir una nueva tarea si se tiene alguna espera esta interrupción no representa un mayor problema ya que solo puede darse cuando el programa que se encuentra en proceso demanda a través de una instrucción su propio fin.

INTERRUPCIÓN DE E/S

Con el fin de iniciar una operación de E/S la CPU carga los registros apropiados dentro del controlador del dispositivo, el controlador a su vez examina el contenido de estos registros para determinar que acción debe realizar, por ejemplo, si se encuentra una solicitud de lectura, el controlador iniciara la transferencia de datos del dispositivo a su buffer local, cuando haya terminado de hacer esto el controlador informara al CPU que ha completado su operación, esta comunicación se genera por medio de una interrupción.

Esto caso se da en general como resultado de una solicitud de E/S por parte de un proceso del usuario, una vez iniciada la E/S; luego al completarse la operación el control se devuelve al proceso del usuario, este caso se conoce como E/S sincrónica, pero existe otra posibilidad llamada E/S asíncrona que devuelve el control al programa del usuario sin esperar que se complete la E/S así esta puede continuar mientras se realizan otras operaciones del sistema.


INTERRUPCIONES DE PROGRAMA

Las interrupciones software son provocadas por los programas usando una función especial del lenguaje, tienen como objetivo el que la CPU ejecute algún tipo de función, al terminar de ejecutarse esta función, se seguirá ejecutando el programa que provocó la interrupción.

Este tipo de interrupciones es la forma más importante que tendrán los programas de ejecutar funciones especiales del DOS (Disk Operating System) o del BIOS (Basic Input Output System). Estas funciones tienen un número de interrupción software asociada, cuando un programa lanza una interrupción de este tipo, la CPU ejecuta su función de tratamiento asociada, por lo que debemos saber qué es lo que hace cada interrupción para conseguir el efecto deseado.


Las Interrupciones son principalmente subrutinas de la BIOS o el DOS que pueden ser llamadas por un programa, su función es controlar el hardware, servir de contacto entre los programas y las funciones del BIOS y del dos.

Las interrupciones de software pueden ser activadas directamente por el ensamblador invocando al número de interrupción deseada con la instrucción INT.

El uso de las interrupciones nos ayuda en la creación de programas, utilizándolas en programas, son más cortos, es más fácil entenderlos y usualmente tienen un mejor desempeño debido en gran parte a su menor tamaño.

Este tipo de interrupciones podemos separarlas en dos categorías: las interrupciones del sistema operativo DOS y las interrupciones del BIOS.

La diferencia entre ambas es que las interrupciones del sistema operativo son más fáciles de usar pero también son más lentas ya que estas interrupciones hacen uso del BIOS para lograr su cometido, en cambio las interrupciones del BIOS son mucho más rápidas pero tienen la desventaja que, como son parte del hardware son muy específicas y pueden variar dependiendo incluso de la marca del fabricante del circuito.

La elección del tipo de interrupción a utilizar dependerá únicamente de las características que le quiera dar a su programa: velocidad (utilizando las del BIOS) o portabilidad (utilizando las del DOS).

INTERRUPCIONES EXTERNAS

El uso de las interrupciones nos ayuda en la creación de programas, utilizándolas nuestros programas son más cortos, es más fácil entenderlos y usualmente tienen un mejor desempeño debido en gran parte a su menor tamaño.


Las interrupciones externas las generan los dispositivos periféricos, como pueden ser: teclado, impresoras, tarjetas de comunicaciones; también son generadas por los coprocesadores.

Estas interrupciones no son enviadas directamente a la UCP, sino que se mandan a un circuito integrado cuya función es exclusivamente manejar este tipo de interrupciones.

Por ejemplo en un circuito llamado PIC 8259A si es controlado por la UCP utilizando para tal control una serie de vías de comunicación llamadas puertos:

Interrupción 10H Propósito: Llamar a diversas funciones de video del BIOS. Sintaxis: Int 10H

Esta interrupción tiene diversas funciones, todas ellas nos sirven para controlar la entrada y salida de video, la forma de acceso a cada una de las opciones es por medio del registro AH.

Funciones comunes de la interrupción 10H.

1. 02H Selección de posición del cursor

2. 09H Escribe atributo y carácter en el cursor

3. 0AH Escribe carácter en la posición del cursor

4. 0EH Escritura de caracteres en modo alfanumérico

Función 02H Uso: Posiciona el cursor en la pantalla dentro de las coordenadas válidas de texto. Registros de llamada: AH = 02H

1. BH = Página de video en la que se posicionará el cursor.

2. DH = Fila

3. DL = Columna

Función 09H Uso: Desplegar un carácter un determinado número de veces con un atributo definido empezando en la posición actual del cursor. Registros de llamada: AH = 09H


1. AL = Carácter a desplegar

2. BH = Página de video en donde se desplegará

3. BL = Atributo a usar

Esta función despliega un carácter el número de veces especificado en CX pero sin cambiar la posición del cursor en la pantalla.

Función 0AH Uso: Desplegar un carácter en la posición actual del cursor. Registros de llamada: AH = 0AH

1. AL = carácter a desplegar

2. BH = Página en donde desplegar

3. BL = Color a usar (sólo en gráficos).

4. CX = Número de repeticiones

La única diferencia entre esta función y la anterior es que ésta no permite modificar los atributos, simplemente usa los atributos actuales. Tampoco se altera la posición del cursor con esta función.

Función 0EH Uso: Desplegar un carácter en la pantalla actualizando la posición del cursor. Registros de llamada: AH = 0EH

1. AL = carácter a desplegar

2. BH = Página donde se desplegara el carácter

3. BL = Color a usar (solo en gráficos)

Interrupción 16H Propósito: Manejar la entrada/salida del teclado. Sintaxis: Int 16H

La interrupción 16H, son llamadas utilizando el registro AH.

Funciones de la interrupción 16H 00H Lee un carácter de teclado 01H Lee estado del teclado

Función 00H Uso: Leer un carácter del teclado. Registros de llamada: AH = 00H Registros de retorno: AH = código de barrido (scan code) del teclado AL = Valor ASCII del carácter.


Cuando se utiliza esta interrupción se detiene la ejecución del programa hasta que se introduzca un carácter desde el teclado, si la tecla presionada es un carácter ASCII su valor será guardado en el registro AH, de lo contrario el código de barrido será guardado en AL y AH contendrá el valor 00H.

Función 01H Uso: Leer estado del teclado. Registros de llamada: AH = 01H Interrupción 17H Propósito: Manejar la entrada/salida de la impresora. Sintaxis: Int 17H

Esta interrupción es utilizada para escribir caracteres a la impresora, inicializarla y leer su estado.

Funciones de la interrupción 16H

1. 00H Imprime un carácter ASCII

2. 01H Inicializa la impresora

3. 02H Proporciona el estado de la impresora

Función 00H Uso: Escribir un carácter a la impresora. Registros de llamada: AH = 00H

1. AL = carácter a imprimir

2. DX = Puerto a utilizar

Registros de retorno: AH = Estado de la impresora.

El estado de la impresora se codifica bit por bit como sigue:

BIT 1/0 SIGNIFICADO

0 1 Se agotó el tiempo de espera 3 1 Error de entrada/salida 4 1 Impresora seleccionada 5 1 Papel agotado 6 1 Reconocimiento de comunicación 7 1 La impresora se encuentra libre Los bits 1 y 2 no son relevantes.

La mayoría de los BIOS únicamente soportan 3 puertos paralelos aunque existen algunos que soportan 4.


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