[CS 스터디] 인터럽트 (Interrupt)

참고: tech-interview-for-developer

참고: 인터럽트

인터럽트 (Interrupt)

프로그램을 실행하는 도중 예기치 않은 상황이 발생할 경우, 현재 실행 중인 작업을 즉시 중단하고 발생된 상황에 대한 우선 처리가 필요함을 CPU에게 알리는 것

• 지금 수행하는 작업보다 우선순위가 더 높은 작업을 먼저 처리하고 하던 일을 이어서 수행한다.
• 인터럽트가 발생하면 CPU는 해당 인터럽트를 무시할 수도 있다.
  • Non maskable 인터럽트 (NMI): 항상 응답해야 하는 인터럽트
  • Maskable 인터럽트: 그렇지 않은 경우

 

인터럽트 종류

인터럽트를 발생시키기 위해 하드웨어/소프트웨어는 CPU 내에 있는 인터럽트 라인을 세팅하여 인터럽트를 발생시킨다.

• 하드웨어 인터럽트 : 하드웨어 신호에 의해 발생 (외부/내부)
• 소프트웨어 인터럽트 : 명령어의 수행에 의해 발생

 

• 외부 인터럽트 :
  • 입출력 장치, 타이밍 장치, 전원 등 외부적인 요인으로 발생
  • ex) 전원 이상, 기계 착오, 외부 신호, 입출력
• 내부 인터럽트(Trap) :
  
  • 잘못된 명령 또는 데이터를 사용할 때 발생
  • ex) 0으로 나누기, 오버플로우, 명령어 잘못 사용 (Exception)
• 소프트웨어 인터럽트 :
  • 프로그램 처리 중 명령의 요청에 의해 발생 (SVC 인터럽트)
  • ex) 소프트웨어 이용 중에 다른 프로세스를 실행시키면, 시분할 처리를 위해 자원 할당 동작이 수행된다.

 

인터럽트 처리 과정

(입출력 장치를 예시로)

1. 특정 장치가 CPU에게 인터럽트를 요구한다.
2. CPU는 인터럽트 확인 신호(INTA)를 보낸다.
3. INTA를 받은 입출력 장치는 인터럽트 요구 신호(INTR)를 삭제한다.
4. CPU는 PC, PSW, 레지스터 등을 스택에 저장한다.
5. CPU는 인터럽트 서비스 루트의 주소를 PC에 적재하고, 인터럽트 서비스 루틴(ISR)을 수행한다.
6. CPU는 PSW, 레지스터 등을 스택으로부터 복귀한다.
7. 본래 실행 중이던 프로그램을 수행한다.

 

컨트롤러가 입력을 받아들이는 방법

• 폴링 방식
  • 사용자가 명령어를 사용해 입력 핀의 값을 계속 읽어 변화를 알아내는 방식
  • 인터럽트 요청 플래그를 차례로 비교하여 우선순위가 가장 높은 인터럽트 자원을 찾아 이에 맞는 인터럽트 서비스 루틴을 수행한다. < 하드웨어에 비해 속도가 느림
• 인터럽트 방식
  • MCU 자체가 하드웨어적으로 변화를 체크하여 변화 시에만 일정 동작을 수행하는 방식
  • Daisy chain
  • 병렬 우선순위 부여

인터럽트 기능이 없다면 컨트롤러는 어떤 일을 할 시기를 알기 위해 계속 체크해야 한다.(= 폴링) 이로 인해 컨트롤러는 상당한 시간을 소비하게 된다.

 

인터럽트 방식은 하드웨어를 사용해야 한다는 제약이 있지만, 폴링에 비해 신속하게 대응이 가능하다. 따라서 실시간 대응이 필요할 때는 필수적인 기능이다.

→ 인터럽트는 발생 시기를 예측하기 힘든 경우 컨트롤러가 가장 빠르게 대응할 수 있는 방법

MCU (microcontroller unit) : 마이크로 프로세스와 입출력 모듈의 하나의 칩으로 만들어 정해진 기능을 수행하는 컴퓨터

 

다중 인터럽트

CPU가 인터럽트를 처리하는 중에 또 인터럽트가 발생하는 경우 두 가지 처리 방식이 있다.

1. CPU가 인터럽트 서비스 루틴을 처리하는 중 새로운 인터럽트가 들어오더라도 수행 중인 ISR이 끝날 때까지 새로운 인터럽트 사이클을 수행하지 않도록 하는 방식
2. 인터럽트 간 우선순위를 정하고, 우선순위가 더 높은 인터럽트가 발생한다면, 현재 수행 중인 명령어를 멈춰두고 새로운 인터럽트를 먼저 처리하도록 하는 방식