ＣＰＵの割込みについて

質問

ＣＰＵの割込みの仕組みと、周辺機器がＣＰＵに対して割込みを発行した場合のＣＰＵの動作の流れについてどうなるのか教えてください。

回答No.1

hero1000 · ベストアンサー

CPUの「回路としての」仕組みはよくわかりませんので、あくまでもソフトが
利用するモノとしての仕組みを書きます。

CPUの割り込みの種類には「ノンマスカブル割り込み（NMI）」「内部割込み」
「外部割込み」があり、後者２つは「マスカブル割り込み」と総称されます。
周辺機器がCPUに発行する割り込みは「外部割込み」にあたり、これをIRQと呼んで
優先順位が高い方から順に番号が振られています。
内部割込みはタイマーなどに使い、ノンマスカブルはリセット割り込みです。

外部割込みはIRQに割り当てられたポートの状態によってCPUが認識しますが、
この「状態」には「立ち上がりエッジ」「立下りエッジ」があります。（ポート
の電圧がＬ状態からＨ状態になった瞬間が「立ち上がりエッジ」、「立下りエッ
ジ」はその逆です）CPUの種類によっては「Ｈ状態である時間が経ったら」など
も要因として認識します。

割り込みが発生すると、CPU内部のレジスタ「割り込み状態フラグ」の、対応する
ビットが１になり、CPUは例外処理（割り込み発生の処理）に移ります。
この最初の処理をしているのが「割り込みコントローラ」です。

するとまず、「割り込みマスクレジスタ」というレジスタをチェックし、マスク
の状態が検出されるとその割り込みは無視されます。（NMIはマスクできません）
そしてマスクされていないときは、通常、NMI→内部割込み→外部割込みの順に
「割り込み状態フラグ」の状態をチェックしていき、１のところを見つけると
該当する「割り込みベクタ」という領域に処理を移します。
ここでわかるのは、同時に複数のビットが１になっていても、優先順位の高い
ところで引っかかってしまうということです。

さて、「割り込みベクタ」というのは、割り込み処理への分岐先のアドレスが
記述してあるテーブルです。プログラマーはここに、割り込みルーチンのアド
レスを登録しておきます。CPUによっては「セカンダリベクタ」という所が
用意されており、プログラマーはセカンダリベクタに割り込みルーチンを登録
するものもあります。

そして「割り込みベクタ」（→「セカンダリベクタ」）から割り込みルーチン
に処理が移されるとき、CPUは現在のプログラムの実行状態をすべて退避させ
ます（この退避先はCPUによってさまざまです）。それから処理を移し、通常
ここから割り込み処理終了まではNMI以外のすべての割り込みが禁止されます。
（このため、割り込みルーチンは短めにしておかないと、他の割り込みが実行
　されなくなってしまいます）
そして割り込み処理ルーチンが終了すると、CPUは「割り込み状態フラグ」のビット
を０にし、退避していたプログラムの実行状態を元に戻し、再び通常の処理に戻り
ます。

以上が大まかな流れです。
長文になってしまいましたがわかりましたでしょうか・・・？？
もし焦点のズレた回答になってしまってたならご指摘下さい。