المقاطعات هي آلية تستخدم في أنظمة الكمبيوتر لاعتراض ومعالجة الأحداث أو الإشارات الخارجية.
المبدأ الأساسي للمقاطعات هو أنها تسمح للكمبيوتر بالتعامل مع الأحداث الخارجية بشكل منفصل دون مقاطعة تنفيذ البرنامج الحالي. يمكن أن تحدث المقاطعات بسبب أحداث مختلفة ، مثل الضغط على مفتاح ، وتلقي البيانات عبر الشبكة ، وإغلاق جهاز خارجي ، وما إلى ذلك
. المقاطعات مفيدة في المواقف التي يكون فيها من الضروري معالجة الأحداث المهمة في أسرع وقت ممكن. على سبيل المثال ، يمكن استخدام المقاطعات لمعالجة إشارة حول الضغط على زر الإيقاف أثناء تشغيل نظام آلي أو لتحديث البيانات من قاعدة بيانات في الوقت الفعلي.
عند حدوث مقاطعة ، يرسل جهاز النظام إشارة إلى المعالج ، والتي تنقل التحكم إلى وظيفة معالج خاصة-المقاطعة. يمكن معالجة المقاطعة على الفور أو ، في حالة الأولوية المنخفضة ، وضعها في قائمة الانتظار للمعالجة.
يتطلب العمل مع المقاطعات عناية خاصة ودقة من المبرمج ، لأن التعامل غير السليم مع المقاطعة يمكن أن يؤدي إلى عواقب لا يمكن التنبؤ بها وفشل النظام.
- المقاطعات: ما هو ولماذا هم بحاجة
- المحتوى الرئيسي
- كيف تعمل المقاطعات
- أنواع المقاطعات
- معالجة المقاطعة
- قيمة المقاطعات في الأنظمة الحديثة
- سؤال وجواب
- ما هي المقاطعات?
- كيف المقاطعات العمل?
- ما هي أهمية المقاطعات في أنظمة الكمبيوتر?
- ما هو هيكل المقاطعة?
- كيف يقطع عمل المعالجة?
- يمكن أن تكون المقاطعات هرمية?
المقاطعات: ما هو ولماذا هم بحاجة
المقاطعة في أنظمة الكمبيوتر هي إشارة تقاطع تنفيذ البرنامج الحالي لمعالجة حدث أو شرط.
المقاطعات ضرورية لضمان إدارة الموارد الفعالة والتفاعل مع الأجهزة الخارجية. إنها تسمح لوحدة المعالجة المركزية (وحدة المعالجة المركزية) بالتبديل من مهمة إلى أخرى دون الحاجة إلى إجراء فحوصات متعددة أو انتظار اكتمال العمليات.
عند حدوث مقاطعة ، يتم تعليق المهمة الحالية ويتم نقل التحكم إلى معالج المقاطعة المناسب. يقوم المعالج بتنفيذ الإجراءات اللازمة المتعلقة بالحدث المتقطع ، ثم يقوم بإرجاع التحكم إلى البرنامج الرئيسي.
يتم تصنيف المقاطعات إلى داخلية وخارجية. تحدث المقاطعات الداخلية بسبب أحداث داخل المعالج نفسه ، مثل خطأ أو إشارة إكمال أمر. تحدث المقاطعات الخارجية ، أو المقاطعات من الأجهزة الخارجية ، بسبب الأحداث التي تحدث خارج المعالج ، مثل النقر فوق زر الماوس أو تلقي البيانات بواسطة محول شبكة.
لكل نوع من المقاطعة في النظام ، يوجد متجه مقاطعة خاص يشير إلى عنوان المعالج. عند حدوث مقاطعة ، يتحقق المعالج من متجه المقاطعة المقابل وينتقل إلى عنوان المعالج ، والذي يحتوي على الإرشادات اللازمة لتنفيذ إجراءات معالجة المقاطعة.
تتضمن أمثلة المقاطعات في أنظمة الكمبيوتر معالجة إشارات لوحة المفاتيح أو العمل مع قرص ثابت أو أجهزة شبكة. بفضل المقاطعات ، يمكن للمعالج المركزي تخصيص موارده بكفاءة والاستجابة بسرعة للأحداث الخارجية.
المحتوى الرئيسي
المقاطعات هي آلية تسمح للكمبيوتر بإيقاف مهمة مستمرة والتحول إلى معالجة حدث خارجي. إنها تسمح للأجهزة بالتفاعل مع المعالج المركزي ومقاطعة تنفيذه للبرنامج الحالي لمعالجة المهام العاجلة.
البيانات الأساسية حول الانقطاعات وتشغيلها:
- تتيح لك المقاطعات التعامل مع الأحداث الخارجية مثل ضغطات المفاتيح على لوحة المفاتيح والإشارات من أجهزة الإدخال/الإخراج والأحداث المهمة الأخرى.
- عند حدوث حدث ، يتم إنشاء إشارة مقاطعة ، والتي يتم إرسالها إلى المعالج.
- يتوقف المعالج عن تنفيذ البرنامج الحالي ويحفظ حالته.
- ثم يشرع المعالج في معالجة المقاطعة عن طريق تنفيذ المعالج المناسب.
- بعد تنفيذ معالج المقاطعة ، يقوم المعالج باستعادة حالة البرنامج الذي تمت مقاطعته ويستمر في تنفيذه.
- تسمح المقاطعات بالمزامنة والتحكم في أجهزة الكمبيوتر المختلفة.
- عادة ما يكون للمقاطعات أولويات لتحديد المقاطعة التي ستتم معالجتها في نفس الوقت.
- يمكن إخفاء المقاطعات لتعطيل معالجة أحداث معينة مؤقتا.
تعد المقاطعات جزءا مهما من تشغيل الكمبيوتر لأنها تسمح للأجهزة بالتفاعل مع المعالج وأداء المهام العاجلة. بفضل المقاطعات ، يمكن أن يكون الكمبيوتر نشطا ويستجيب للأحداث الخارجية.
كيف تعمل المقاطعات
المقاطعات هي آلية تستخدم في أنظمة الكمبيوتر للتعامل مع الأحداث غير المتوقعة. إنها تسمح لك باعتراض تنفيذ البرنامج الحالي ومعالجة الإجراءات اللازمة ، وبعد ذلك يمكنك العودة إلى تنفيذ البرنامج الرئيسي.
المبادئ الأساسية لعملية المقاطعة:
- توليد إشارة المقاطعة: يتطلب الانقطاع إشارة يمكن إنشاؤها بواسطة مصادر داخلية أو خارجية. قد تكون المصادر الداخلية مرتبطة بأخطاء تنفيذ البرنامج أو أعطال الأجهزة أو المواقف الأخرى التي تتطلب اهتماما من نظام الكمبيوتر. يمكن إنشاء المقاطعات الخارجية بواسطة أجهزة خارجية مثل لوحة المفاتيح أو الماوس أو بطاقة الشبكة.
- معالجة المقاطعة: عند حدوث إشارة مقاطعة ، يحدث الانتقال إلى معالج المقاطعة. معالج المقاطعة هو جزء خاص من رمز البرنامج الذي ينفذ الإجراءات اللازمة لمعالجة المقاطعة. يمكن للمعالج حفظ حالة البرنامج الحالي وإجراء عمليات معينة وإعادة التحكم إلى البرنامج الرئيسي.
- استعادة تنفيذ البرنامج الرئيسي: بعد اكتمال معالجة المقاطعة ، يعود التحكم إلى البرنامج الرئيسي. يمكن للبرنامج الرئيسي متابعة التنفيذ من المكان الذي تمت مقاطعته فيه ، أو يمكن للمقاطعة تغيير تقدم البرنامج ، على سبيل المثال ، التسبب في تنفيذ إجراء آخر أو تعديل حالة النظام.
تسمح لك المقاطعات بالتحكم في تنفيذ البرنامج في الوقت الفعلي ، وإعطاء الأولوية لمعالجة الأحداث المختلفة والتعامل مع المواقف الحرجة. إنها جزء لا يتجزأ من تشغيل أنظمة الكمبيوتر وتسمح لها بالمرونة والاستجابة للتأثيرات الخارجية والداخلية.
أنواع المقاطعات
يمكن أن تكون المقاطعات في أنظمة الكمبيوتر مختلفة وتستخدم لأغراض مختلفة.
فيما يلي بعض الأنواع الأكثر شيوعا من المقاطعات:
- المقاطعات الخارجية: تحدث من مصادر خارجية مثل الأجهزة الطرفية أو الإشارات من أجهزة الكمبيوتر الأخرى. على سبيل المثال ، قد يتسبب زر على لوحة المفاتيح أو قارئ الباركود في حدوث انقطاع خارجي.
- المقاطعات الداخلية: تحدث داخل المعالج نفسه أو المكونات الأخرى لنظام الكمبيوتر. على سبيل المثال ، يمكن أن يتسبب القسمة على خطأ صفري أو تجاوز حدود المصفوفة في حدوث مقاطعة داخلية.
- المقاطعات البرمجيات: يتم البدء بها من خلال تعليمات البرنامج التي تؤدي إلى تنفيذ مهام معينة أو معالجة أحداث معينة. يمكن للمبرمجين استخدام مقاطعات البرامج لتنفيذ معالجة الأخطاء وإشارات حالات البرنامج.
- مقاطعة الأجهزة: تنشأ من مكونات الأجهزة مثل أجهزة ضبط الوقت أو واجهات الشبكة. يمكن استخدام مقاطعات الأجهزة لمزامنة تنفيذ المهمة أو لمعالجة الإدخال/الإخراج.
- المقاطعات المتجهة: تستخدم لتحديد عنوان معالج المقاطعة. عند حدوث مقاطعة ، ينتقل المعالج تلقائيا إلى العنوان المناسب حيث يوجد رمز معالج المقاطعة.
اعتمادا على المتطلبات والمهمة المحددة ، يمكن استخدام أنواع مختلفة من المقاطعات لضمان التشغيل الفعال والموثوق لنظام الكمبيوتر.
معالجة المقاطعة
المقاطعة هي آلية في بنية الكمبيوتر ونظام التشغيل تسمح للبرنامج بمقاطعة تنفيذه ونقل التحكم إلى برنامج (إجراء) آخر يسمى معالج المقاطعة.
قد تحدث أحداث خارجية مختلفة أثناء تشغيل الكمبيوتر ، على سبيل المثال ، الضغط على مفتاح على لوحة المفاتيح ، أو تلقي البيانات عبر الشبكة ، أو حدوث خطأ في تشغيل أجهزة الفيديو أو الصوت. بدلا من التحقق باستمرار من مثل هذه الأحداث ، يستخدم الكمبيوتر نظام المقاطعة.
يعمل نظام المقاطعة على النحو التالي:
- يرسل الجهاز الخارجي إشارة حول وقوع حدث (مقاطعة).
- يقطع المعالج التنفيذ الحالي للبرنامج ويحفظ حالته ، بما في ذلك قيمة عداد التعليمات وحالة السجلات.
- يقوم المعالج بنقل التحكم إلى معالج المقاطعة ، والذي يقوم بتنفيذ الإجراءات اللازمة لمعالجة الحدث.
- في نهاية معالجة المقاطعة ، يستعيد المعالج الحالة المحفوظة للبرنامج ويستأنف تنفيذه من نفس المكان الذي تمت مقاطعته فيه.
يمكن تنفيذ معالج المقاطعة كإجراء فرعي منفصل أو وظيفة يتم استدعاؤها بواسطة المعالج عند حدوث مقاطعة. ينفذ الإجراءات اللازمة لمعالجة الحدث ويعيد التحكم إلى تدفق تنفيذ البرنامج الرئيسي.
تسمح المقاطعات للبرامج بالاستجابة للأحداث الخارجية في الوقت الفعلي وزيادة كفاءة الكمبيوتر بشكل كبير. يتم استخدامها في أنظمة التشغيل للتحكم في أجهزة الإدخال/الإخراج ومعالجة طلبات الشبكة والتحكم في الأخطاء وحل المهام الأخرى.
كل مقاطعة لها معرف فريد خاص بها (رقم) ، والذي يحدد المعالج من خلاله المقاطعة التي حدثت وأي معالج مقاطعة للاتصال به. يتم تخصيص أرقام المقاطعة ومعالجاتها بواسطة نظام التشغيل أو برمجيا على مستوى أدنى.
وبالتالي ، تعد معالجة المقاطعة جانبا مهما من جوانب تشغيل الكمبيوتر ونظام التشغيل ، مما يسمح لك بإدارة الأحداث الخارجية بفعالية وضمان التشغيل الموثوق للأجهزة والبرامج.
قيمة المقاطعات في الأنظمة الحديثة
المقاطعة هي إشارة يتم إرسالها إلى معالج النظام للفت انتباهه إلى حدث أو عملية معينة تتطلب التنفيذ الفوري. تعد المقاطعات مكونا مهما لأنظمة الكمبيوتر الحديثة وتؤدي وظائف مختلفة.
القيمة الرئيسية للمقاطعات:
- التفاعل مع الأجهزة الخارجية: تسمح المقاطعات للمعالج بمعالجة البيانات الواردة من الأجهزة الخارجية مثل لوحة المفاتيح والماوس والطابعة وغيرها. إنها تسمح لنظام الكمبيوتر بالاستجابة للإشارات الخارجية والتفاعل مع المستخدم;
- معالجة الأخطاء: يمكن استخدام المقاطعات للتعامل مع الأخطاء التي تحدث أثناء تنفيذ البرنامج. على سبيل المثال ، في حالة القسمة على صفر في العمليات الحسابية ، قد يقوم المعالج بإنشاء مقاطعة حتى يتمكن نظام التشغيل من التعامل مع هذا الخطأ.;
- إدارة الوقت: تستخدم المقاطعات للتحكم في الوقت في نظام الكمبيوتر. على سبيل المثال ، تستخدم أنظمة التشغيل متعددة المهام المقاطعات لتبديل السياق بين المهام المختلفة;
- شبكة الاتصالات: المقاطعات يمكن استخدامها لمعالجة حزم البيانات القادمة عبر واجهات الشبكة. إنها تسمح للنظام بمعالجة حركة مرور الشبكة بكفاءة والتواصل مع أجهزة الكمبيوتر الأخرى;
- تنظيم تنفيذ البرنامج: يمكن أيضا استخدام المقاطعات لتنظيم تنفيذ البرامج ، على سبيل المثال ، لتشغيل معالجات الأحداث أو الوظائف التي يجب تنفيذها في وقت محدد.
تلعب المقاطعات دورا مهما في ضمان تشغيل أنظمة الكمبيوتر الحديثة. إنها تسمح للأنظمة بأن تكون مرنة وسريعة الاستجابة وفعالة في استخدام الموارد.
سؤال وجواب
ما هي المقاطعات?
المقاطعات هي آلية خاصة في أنظمة الكمبيوتر تسمح لك بمعالجة الأحداث التي تحدث خارجيا من المعالج ، مثل ضغطات المفاتيح أو تلقي البيانات من الأجهزة الخارجية.
كيف المقاطعات العمل?
تعمل المقاطعات على مبدأ أن المعالج يراقب باستمرار خطوط الإدخال / الإخراج للإشارات. عندما تظهر إشارة على أحد الخطوط ، يقوم المعالج بتعليق العملية الحالية ويشرع في مقاطعة المعالجة.
ما هي أهمية المقاطعات في أنظمة الكمبيوتر?
تلعب المقاطعات دورا رئيسيا في أنظمة الكمبيوتر ، لأنها تسمح لك بمعالجة الأحداث في الوقت الفعلي. بفضل المقاطعات ، يمكنك الرد على الأحداث الخارجية على الفور دون مقاطعة العمل الرئيسي للمعالج.
ما هو هيكل المقاطعة?
يتضمن هيكل المقاطعة عدة مكونات. في أبسط الحالات ، تتكون المقاطعة من إشارة إدخال ومعالج مقاطعة وعودة إلى البرنامج الرئيسي بعد اكتمال المعالجة.
كيف يقطع عمل المعالجة?
تبدأ معالجة المقاطعة بحفظ الحالة الحالية للمعالج. ثم يتم تحديد معالج المقاطعة المناسب ، والذي يقوم بالعمليات اللازمة. بعد اكتمال المعالجة ، تتم استعادة حالة المعالج السابقة.
يمكن أن تكون المقاطعات هرمية?
نعم ، يمكن أن تكون المقاطعات هرمية. هذا يعني أن هناك عدة مستويات من المقاطعات ، والتي قد يكون لها أولويات مختلفة. عند حدوث مقاطعة ، يقوم المعالج بمعالجة المقاطعة ذات الأولوية القصوى ثم يعود إلى مستوى المقاطعة السابق.