[컴퓨터구조] 명령어 사이클, 인터럽트

• CPU가 하나의 명령어를 처리하는 과정에는 정해진 흐름이 있고 그 흐름을 반복하며 명령어들을 처리해 나감
• 하나의 명령어를 처리하는 정형화된 흐름을 명령어 사이클이라고 함
• CPU는 정해진 흐름에 따라 명령어를 처리하지만, 간혹 흐름이 끊어질 때가 있음. 이를 인터럽트라고 함

명령어 사이클

• 프로그램 속 각각의 명령어들은 일정한 주기가 반복되며 실행되는데 이 주기를 명령어 사이클이라고 함

인출 사이클

• 메모리에 있는 명령어를 CPU로 가져오는 단계

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실행 사이클

• 가져온 명령어를 실행하는 단계
• 제어장치가 명령어 레지스터에 담긴 값을 해석하고, 제어 신호를 발생시키는 단계

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프로그램을 이루는 수많은 명령어는 일반적으로 인출과 실행 사이클을 반복하며 실행됨

간접 사이클은 간접 주소 지정 방식과 같이 명령어를 실행하기 위해서 메모리 접근을 한번 더 해야 하는 경우 등에 사용함

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인터럽트 interrupt

• CPU의 작업을 방해하는 신호
• CPU가 꼭 주목해야 할 때, CPU가 빨리 처리해야하는 다른 작업이 생겼을 때 발생함
• 동기 인터럽트와 비동기 인터럽트가 있음

동기 인터럽트

• CPU에 의해 발생하는 인터럽트
• CPU가 실행하는 프로그래밍상의 오류와 같은 예외적인 상황에 발생함
• Exception

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비동기 인터럽트

• 입출력장치에 의해 발생하는 인터럽트 
• 키보드, 마우스와 같은 입출력장치가 어떠한 입력을 받아들였을 때 이를 처리하기 위해 CPU에 입력 알림(인터럽트)를 보냄 -> 하드웨어 인터럽트

하드웨어 인터럽트

• 하드웨어는 CPU보다 처리 속도가 훨씬 느리기 때문에 효율적으로 명령어를 처리하기 위해 인터럽트를 실시함
• 하드웨어 인터럽트 이용시 CPU는 주기적으로 하드웨어 완료 여부를 확인할 필요가 없고 인터럽트를 받기 전까지 다른 작업을 처리할 수 있음

처리 순서

1. 입출력장치는  CPU에 인터럽트 요청 신호를 보냄
2. CPU는 실행 사이클이 끝나고 명령어를 인출하기 전 할상 인터럽트 여부를 확인함
3.  CPU는 인터럽트 요청을 확인하고 인터럽트 플래그를 통해 현재 인터럽트를 받아들일 수 있는지 여부를 확인함
4. 인터럽트를 받아들일 수 있다면 CPU는 지금까지의 작업을 백업함
5. CPU는 인터럽트 벡터를 참조하여 인터럽트 서비스 루틴을 실행함
6. 인터럽트 서비스 루틴 실행이 끝나면 4에서 백업해둔 작업을 복구하여 실행을 재개함

인터럽트 요청 신호: 인터럽트 전에 보내는 신호

인터럽트 플래그: CPU가 인터럽트 요청을 수용하기 위해서 필요한 것

인터럽트 서비스 루틴: 인터럽트를 처리하기 위한 프로그램 인터럽트, 핸들러라고도 불림

인터럽트 벡터: 수많은 인터럽트 서비스 루틴을 식별하기 위한 정보 (인터럽트 서비스 루틴의 시작 주소를 알 수 있음)

 

예외의 종류

• 폴트 Fault
  • 예외를 처리한 직후 예외가 발생한 명령어부터 실행을 재개하는 예외
• 트랩 Trap
  • 예외를 처리한 직후 예외가 발생한 명령어의 다음 명령어부터 실행을 재개하는 예외
  • 주로 디버깅할 때 사용
• 중단 Abort
  • CPU가 실행 중인 프로그램을 강제로 중단시킬 수 밖에 없는 심각한 오류를 발견했을 때 발생하는 예외
• 소프트웨어 인터럽트 Software interrupt
  • 시스템 호출이 발생했을 때 나타남