Как изменить очередность прерывания устройств компьютера. Аппаратные прерывания IRQ. Действия для изменения приоритета IRQ

Михаил Тычков aka Hard

Доброго времени суток.

Давайте рассмотрим такую вот ситуевину: процессор обрабатывает какие-то данные, не важно какие. В этот момент у какого-нить устройства тоже появились данные для обработки. Че делать? Надо просить процессор, что бы тот соизволил обратить на просьбу внимание и решил бы, сейчас обрабатывать эти данные или потом. Так вот эта просьба и есть IRQ или прерывания (вообще-то существуют два типа прерываний: аппаратные (внешние) и программные (внутренние), но поскольку мой раздел называется «Железо и сети», то разговор я буду вести только об аппаратных прерываниях). Строго говоря IRQ – это каналы запросов прерывания, которые используются всевозможными девайсами для того, что бы сообщить процессору о том, что необходимо обработать определенный запрос. Физически, IRQ представляют собой отдельно проложенные линии (проводники) и соответствующие этим линиям контакты в интерфейсах. Все это находится, ессесно на материнской плате. Линии IRQ предназначены только для передачи запросов прерывания.

А ну-ка разберемся, как вся эта фигня с IRQ происходит. Итак, после получения запроса прерывания, камень сохраняет в стеке содержимое регистров. Затем он обращается к таблице векторов прерываний, где есть список адресов памяти программ, соответствующих определенным номерам прерываний. От номера прерывания зависит, какая программа будет запущена. В основном этими программами являются драйвера, относящиеся к устройствам, пославшим запрос (а уж драйвера туго знают свое дело и разберутся, что дальше делать). После всего этого, процедура обработки возвращает из стека то, с чем работал камень, а проще говоря, отдается управление системой той программе, что работала до запроса прерывания. И так постоянно. Сама таблица находится в оперативной памяти и состоит из 256 элементов по 4 байта и начинается с адреса 0000:0000. Занимает она 1024 Кбайт. Надеюсь, что Вы усвоили простую истину: если необходимо обработать хотя бы один новый байт от какого-либо устройства, необходимо сначала обработать IRQ этого устройства.

Что бы не было путаницы у IRQ есть иерархия или говоря другим языком – приоритеты. Чем меньше номер прерывания, тем выше приоритет и наоборот, чем больше номер прерывания, тем ниже приоритет. IRQ всего 16. Самый высокий приоритет у IRQ 0, а самый низкий у IRQ 15. Приведу таблицу иерархии:

Стандартная функция

Системный таймер

Контроллер клавиатуры

Программируемый контроллер прерываний

Последовательный порт COM 2

Последовательный порт COM 1

Стандартный контроллер гибких дисков

Параллельный порт LPT

CMOS и часы

Звуковая или сетевая карты или свободен

Свободен

USB или SCSI или свободен

PS/2 совместимый порт мыши

Сопроцессор

Основной контроллер IDE

Дополнительный контроллер IDE

А хотите посмотреть свои прерывания? Выберите «Пуск – Выполнить», наберите «msinfo32». В появившимся окне «Сведения о системе», слева, выберите вкладку «Ресурсы аппаратуры – Прерывания IRQ».

С прерываниями случаются и геморрои. Если произойдет генерация большого количества IRQ, то стек может переполниться и тогда…. тогда Вы потянитесь к кнопочке . Ежели такая фигня будет происходить часто, то необходимо в файле Config.sys увеличить параметр Stacks. Кроме, этого двум различным устройствам PCI может быть назначено одно и то же прерывание. Теоретически такое не должно происходить, но вот на практике случается. В этом случае Вам придется самому назначить прерывание одному из заглючивших устройств. Как это сделать? Жмем . Выскакивает окно «Свойства: Система». Выбираем вкладку «Устройства», ищем в списке то устройство, IRQ которого будем подправлять и жмем на него пару раз мышью. Выскочит окно его свойств, где выберем вкладку «Ресурсы» и снимем галку «Автоматическая настройка». Затем чуть ниже выбираем «Запрос на прерывания» и кликаем опять два раза мышью. Появится окно, где можно изменить номер IRQ. Ни фиг себе и сложно. Но… Назначать прерывания надо с умом. Сверьтесь с таблицей: какие IRQ для чего предназначены. Посмотрите у себя, какие свободны. Может так случится, что свободных прерываний у Вас и не будет. Думаете – все, жопа? Нет! Новых IRQ Вы конечно не добавите, но подумайте, все ли устройства Вам необходимы. Например, как часто Вы используете порты COM. Я ими последние года три не пользуюсь вообще. Ну и на фиг их из системы. Это можно сделать из BIOS. И вот Вам свободные IRQ. Короче, в решении подобной проблемы надо приложить голову и все у Вас получится. А всяких там кулых спецов хочу предупредить сразу - не пишите мне письма типа: «После твоей статьи клиенты пачками стали нести к нам в магазин компы с развороченными настройками!». Я не отвечаю за действия людей, у которых голова и руки растут из того же места, что и ноги. Когда-то я и сам в этом ни черта не смыслил, но ведь разобрался же. Причем мне никто ничего не объяснял. Дорогу осилит идущий!

Двигаемся дальше. Вообще, следует отметить, что каналы запросов прерывания относятся к системным ресурсам. Дам короткое но очень меткое определение: системными ресурсами называются коммуникационные каналы, адреса и сигналы, используемые узлами компьютера для обмена данными с помощью шин. Вот так вот просто и понятно. К системным ресурсам кроме IRQ относятся: адреса памяти, каналы прямого доступа к памяти и адреса портов ввода/вывода. Но об этом в других статьях. А на сегодня все. Удачи в Ваших начинаниях.

Бывало ли у вас так: вы включаете сканер или подключаете внешний привод компакт дисков, и в этот момент вся система начинает заметно тормозить и вести себя неадекватно: мышь по экрану двигается рывками, звук начинает заикаться или отключается... Бывают и более тяжелые случаи. Например, после установки новой звуковой платы, при любых попытках вывести звук, даже при старте Windows, компьютер зависает насмерть. Если бывало, то эта статья – о вашем случае. Если нет, то все равно прочтите эту статью – если вдруг это случится, то вы будете знать, что делать.

Эти проблемы, чаще всего, вызваны конфликтом аппаратных прерываний компьютера. Забавно, но довольно серьезная часть проблем с компьютером после установки нового железа как раз и связана с этими самыми конфликтами, только о них никто не говорит и вообще, эта тема мало обсуждается. Понимание всего вопроса в целом довольно обширная тема и каждый случай конфликта часто отличается от предыдущего, как по симптомам, так и по методам решения. В этой статье мы попытаемся объяснить сложившуюся ситуацию для пользователей, которые уже не боятся компьютеров, но еще не набрали достаточно опыта для решения проблем с конфликтами железа самостоятельно. К сожалению, некоторые моменты статьи довольно тяжело могут восприниматься из-за описаний систем построенных на нечеткой логике, которая, кстати, и является сильной стороной человека по отношению к компьютерам.

Немного истории

Многим эта часть статьи покажется необязательной, так как рассказ будет о старых временах, где-то с 1985 года, но эта информация важна тем, кто хочет разобраться в сути проблемы и понять, почему всё сложилось так неоднозначно.

Давным-давно, в далекой Америке, был разработан процессор x86, который является прародителем всех процессоров, используемых в персональных компьютерах стандарта IBM PC. То есть все Pentium и Athlon имеют в своей основе старый, добрый процессор x86. Архитектура современных процессоров уже очень сильно отличается от первого x86, тем не менее, некоторые моменты сохранились с тех давних времен, когда x86 процессор находился в начале своего пути, а именно с середины восьмидесятых годов прошлого века. Одним из таких моментов является ограничение количества линий аппаратных прерываний для центрального процессора.

Аппаратное прерывание – это реакция процессора на события, происходящие асинхронно по отношению к исполняемому программному коду. То есть прерывание – это момент когда центральный процессор по запросу от вызвавшего прерывание устройства откладывает выполняемую задачу и переключается на задачу, необходимую для работы устройства. После того, как задача для устройства выполнена, процессор вновь переключается на выполнение основной программы. Звуковую карту прерывание заставляет проиграть следующую микросекунду звука, а видеокарту прерывание заставляет сделать следующий кадр. С помощью прерываний центральный процессор заставляет жить весь компьютер. Линия аппаратного прерывания – это, утрированно говоря, физический провод, соединяющий микросхему контроллера прерываний и устройство. Количество линий аппаратных прерываний центрального процессора ограничено цифрой 16, то есть и устройств, использующих линии аппаратного прерывания, не может быть больше 16. Для организации линий аппаратных прерываний внутри компьютера используется специализированная микросхема - контроллер прерываний (PIC, Programmable Interupt Controller). Эта микросхема совместима по системе программных команд с микросхемой 8259A, которая имела всего 8 входов и использовалась в компьютерах класса IBM PC XT (8086 процессор). С выходом IBM PC AT (процессор 80286) внутренняя структура организации прерываний изменилась. Прерываний стало вдвое больше за счет использования еще одной микросхемы 8259A, которую подключили ко второй линии первой микросхемы. Такая архитектура стандартного контроллера прерываний сохранилась и по сей день, причем никаких изменений на ближайшее будущее не намечается. Даже с приходом на рынок 64-битных x86 совместимых процессоров ситуация не изменится. Линии аппаратных прерываний обозначили значением – IRQ (Interupt ReQuest). Как уже упоминалось, физически у компьютера имеется 16 линий аппаратных прерываний, но эта цифра сильно уменьшается за счет прерываний? уже использованных встроенными устройствами. Некоторые прерывания имеют статус системных, поэтому их использование и переназначение их номера по желанию пользователя невозможно. В таблице они выделены буквой S перед номером. По умолчанию заняты следующие прерывания:

Системность		Устройство
		Системный таймер
		Клавиатура
		Часы реального времени
		Свободно
		Свободно
		Свободно
		Свободно
		Сопроцессор
		Com Port 1 (Мышь)
		Com Port 2 (Модем)
		Свободно
		Floppy (Дисковод)
		LPT (Принтер)

Такая раскладка прерываний очень долго сохранялась на многих бытовых компьютерах. Почти все компьютеры на базе процессоров 386, 486 и Pentium имеют такой список использованных прерываний. При таком раскладе свободных прерываний в компьютере оказывается всего пять (5, 9, 10, 11, 12), но этого количества для большинства случаев было вполне достаточно. Устройств, требующих прерывание и устанавливаемых в компьютер в виде плат расширения, редко было больше трех. Стандартный набор того времени выглядел так: видеокарта, звуковая плата и сетевая карта. При этом было важно, чтобы одно прерывание ни в коем случае не использовалось двумя устройствами одновременно, так как это повлечет конфликт системных ресурсов, и оба устройства, находящихся на одном прерывании, работать не будут. Задачей сборщика компьютера на тот момент было разведение всех устройств по прерываниям таким образом, чтобы ни одно устройство не пересекалось с другим.

Наверное, самое время объяснить, что такое конфликт прерываний. Если два устройства находятся на одной линии прерываний, то драйвер может их спутать и переслать исполняемый кусок программы не той «железке», при этом заставляя ее исполнить этот кусок кода. Например, сетевая плата и звуковая карта находятся на 10 прерывании. Сетевая карта получает пакет из локальной сети с запросом на получение файла и отправляет запрос на прерывание центральному процессору.

Процессор отрабатывает прерывание, останавливает исполняемую задачу и передает управление драйверу сетевой карты, для отработки необходимых для приемки файла действий. Драйвер начинает работу с устройством, от которого пришло прерывание. Вот только работать он начинает не с сетевой платой, а со звуковой картой, находящейся на той же линии, передавая ей команды для приемки файла. Звуковая карта исполняет принятые команды, и полностью завешивает компьютер с BSOD (Blue Screen Of Death).

Существует еще одна небольшая тонкость. Все линии прерываний имеют свой приоритет. Чем выше приоритет у линии прерывания, тем быстрее процессор ответит на запрос от устройства находящегося на этой линии. Приоритеты прерываний приведены в таблице ниже в порядке убывания.

Приоритет прерываний

Исторически сложившаяся архитектура наложила очень сильный отпечаток на приоритеты линий прерываний. Подключенная вторая микросхема контроллера ко второй линии первой микросхемы вклинивается в приоритеты. Поэтому линии второй микросхемы имеют более высокий приоритет, чем линии первой. При этом, обе микросхемы выглядят для пользователя единым модулем контроллера прерываний – PIC (Program Interrupt Controller). Более того, уже давно две микросхемы для этих целей не используется, всё это встроено в северный мост чипсета, но раскладка приоритетов прерываний сохранилась. Чем больше ресурсов от компьютера требует устройство, тем более высокий приоритет должен быть у линии IRQ присвоенной этому устройству. То есть, для видеокарты желательно отдавать девятое или десятое прерывание, если оно свободно. Для звуковой карты тоже желательно найти прерывание, находящееся на втором контроллере. Подробнее об этом вопросе мы поговорим чуть ниже.

Но время не стоит на месте, и ситуация с прерываниями начала ухудшаться одновременно с разработкой новых технологий и развитием всей компьютерной области. Появились новые стандарты портов ввода-вывода, которые требуют собственного прерывания. Например, порты USB или PS/2, которые являются на настоящий момент стандартом де-факто для всех компьютеров. Свободных прерываний становилось всё меньше, а решение системных конфликтов становилось всё более сложным.

Настоящее …

Вся ситуация сильно изменилась с появлением систем ACPI и IRQ Sharing. К сожалению, эти системы никак нельзя описать в одно предложение, поэтому мы рассмотрим их чуть подробнее.

Система ACPI (Advanced Configuration and Power Interface, Расширенный интерфейс конфигурирования и управления питанием) была разработана в 1997 году тремя компаниями Microsoft, Intel и Toshiba. Если ваш компьютер поддерживает ACPI в железе, то при инсталляции операционных систем WindowsXP и Windows 2000 поддержка ACPI автоматически встраивается в ядро операционной системы. Система ACPI занимается менеджментом энергосберегающих функций компьютера, таких, как автоматическое выключение блока питания после успешного завершения работы операционной системы, экономия заряда батарей, перевод компьютера в режим сна и пробуждение его от сна. Если ваш компьютер не - ноутбук, то единственно полезная функция от ACPI в плане управления питанием – это автоматическое отключение блока питания.

Вторая функция ACPI - это автоматическое распределение системных ресурсов внутри компьютера. Пока ACPI в действии, вы не можете изменить никаких параметров, связанных с прерываниями. Более того, система ACPI поддерживает работу расширенного контроллера прерываний APIC.

APIC (Advanced Programmable Interrupt Controller) - усовершенствованный программируемый контроллер прерываний. Для многопроцессорных систем это необходимая система, так как позволяет распределить меж процессорами нагрузку по работе с устройствами. То есть, этот контроллер можно запрограммировать на обработку некоторых линий прерываний первым процессором, а некоторых - вторым. Для однопроцессорных систем эта опция всего лишь включает возможность использования в операционных системах WindowsXP и Windows2000 виртуальных прерываний. Мы не будем приводить алгоритмы работы виртуальных прерываний. Это бессмысленно, их нельзя менять, и они сильно зависят от реальных. Если у вас однопроцессорная система, то отключение этой функции весьма рекомендовано, но об этом позднее.

IRQ Sharing – система? позволяющая двум устройствам одновременно находиться на одном прерывании. Физически получается так, что на одной линии IRQ может висеть несколько устройств, при этом менеджмент между ними обеспечивается операционной системой. IRQ Sharing - неоднозначная система, так как использование её необходимо для нормальной работы ПК, но при этом возможны самые разнообразные проблемы и глюки. На самом деле, использование и укрощение именно этой системы и есть цель этой статьи.

Совокупность вышеописанных систем была признана стандартом и включена в список требований к компьютерному оборудованию - PC2001. После реализации ACPI и IRQ Sharing на всех материнских платах, начиная с материнских плат для Pentium 1 (VX и TX чипсеты от Intel), сложилась раскладка прерываний, которая существует в каждом компьютере и по сей день. Вот она:

Системность		Устройство
		Системный таймер
		Клавиатура
		Cascad (Вывод на вторую микросхему контроллера линий прерываний)
		Часы реального времени
		Свободно
		Сопроцессор
		IDE Primary (Контроллер жестких дисков)
		IDE Secondary (Контроллер жестких дисков)
		Com Port 1 (Мышь)
		Com Port 2 (Модем)
		Свободно
		Floppy (Дисковод)
		LPT (Принтер)

Как видно из таблицы, свободных прерываний практически не осталось. Свободными можно считать только IRQ 5 и 10, всё остальное занято. По логике, как раз их-то и надо использовать для видеокарты и аудиоплаты. Но устройств, требующих собственное прерывание и не описанных в этой таблице, может быть куда больше. В таблицу они не включены, так как являются опциями, то есть могут быть в системе, а могут и не быть. Например: сетевая карта, контроллер RAID или SCSI, ТВ-тюнер, SATA, IEEE1394 (FireWire) и так далее. То есть, может сложиться ситуация, когда на два свободных прерывания будет восемь устройств, требующих собственного прерывания. Есть три способа решения этой проблемы. Каждый способ имеет свои плюсы и минусы.

Первый способ – это полноценное использование систем ACPI и IRQ Sharing. Если системы ACPI, а соответственно и APIC, включены, то операционная система считает, что у неё 256 прерываний, при этом реальных прерываний как было 16, так и осталось. Оставшиеся 240 прерываний – это виртуальные прерывания, которые являются клонами реальных. ACPI автоматически распределяет прерывания и не позволяет пользователю их менять. Если устройство соглашается работать в режиме кооперации с другим устройством, то есть все шансы, что ACPI посадит их на одну физическую линию. Если не контролировать данную ситуацию, то на одном физическом прерывании могут оказаться практически все устройства, установленные в компьютере, даже если есть свободные прерывания. Это приведет к сильнейшему торможению всей системы и серьезным сбоям в работе.

Решение:
Плюс данного подхода в отсутствии потребности вмешательства со стороны пользователя. То есть, делать ничего не надо. Просто воткнуть в материнскую плату видеоадаптер, процессор, память и так далее, а затем поставить операционную систему, которая нормально поддерживает ACPI. А это Windows XP или Windows 2000. Всё. Компьютер заработает. Именно в таком виде продаются почти все компьютеры, собранные в России. Подход прост: если работает и тормозит – то это не гарантийный случай, а проблема пользователя.

Второй способ заключается в отказе от использования ACPI и APIC, но с параллельным использованием IRQ Sharing. Отказ от систем ACPI и APIC означает, что операционная система знает о наличии у неё только 16 прерываний, а не 256, но система IRQ Sharing позволяет находиться на одном прерывании нескольким устройствам. При этом отслеживать картину прерываний уже можно, и выбирать соседей по своему усмотрению - тоже. То есть, если у вас есть сетевая плата и звуковая карта, и при этом нужны все порты ввода-вывода установленные в материнскую плату, то от IRQ Sharing уже никак не отделаться.

Решение:
Современные материнские платы обладают некоторыми особенностями, которые необходимо знать для корректного разведения линий прерываний по устройствам. Так, все встроенные в материнскую плату устройства чаще всего имеют жесткую привязку к слотам расширения PCI, а некоторые слоты жестко привязаны друг к другу. К примеру, у вас есть встроенная в материнскую плату звуковая карта, при этом она автоматически кооперируется с устройством в третьем слоте PCI. Если вы вставите сетевую плату в третий слот, то встроенная звуковая карта и сетевая плата будут висеть на одном прерывании, чтобы вы ни делали. Решить этот конфликт можно, переставив сетевую карту в другой слот. Или другой пример: пятый и первый слот PCI привязаны друг к другу, и установив два устройства в эти слоты, вы автоматически вешаете их на одну линию прерывания. Опять же, это лечится переустановкой одного из устройств в другой слот. К сожалению, современные материнские платы имеют столько встроенных устройств, что найти свободный слот PCI без запаралеленных устройств бывает невозможно. В этом случае всё зависит от устройства.

Все локальные устройства, находящиеся в компьютере можно разбить на четыре группы по степени зависимости от прерывания.

К первой группе можно отнести видеокарту и контроллеры жестких дисков. Эти устройства должны иметь выделенное прерывание и ни в коем случае не должны его делить с чем бы то ни было. То есть, на одном прерывании с видеокартой не должно находиться ни одного устройства, в противном случае страшные глюки и тормоза гарантированы. Ко второй группе можно отнести менее ресурсоемкие устройства, например аудиоплату, ТВ-тюнер, софтверный внутренний модем (WinModem) или сетевую карту. Эти устройства могут сосуществовать на одном прерывании с устройствами из групп, которые мы опишем ниже. Тем не менее, если есть возможность, устройства, относящиеся ко второй группе, тоже желательно разместить на отдельном прерывании, так как при серьезной нагрузке возможны различные сбои. Вторая группа - эта зона риска, так как абсолютно непонятно, какое устройство с каким может войти в конфликт при использовании уже задействованных ими прерываний. Стабильность в этом случае достигается методом проб и ошибок. Единственное, что можно сказать однозначно – на одном прерывании не стоит размещать два устройства второй группы, это приведет к сбоям в работе. Третья группа - это все порты ввода вывода, USB, COM-порты, возможно LPT, IEEE1394 (FireWire), аппаратные внутренние модемы и прочие устройства не сильно загружающие компьютер. Устройства из третьей группы могут присоединяться к устройствам из второй и к самим себе. То есть, на одном прерывании могут висеть все порты USB или же один порт USB висит вместе с аудиокартой или ТВ-тюнером. Также можно повесить контроллер FireWire вместе с USB или СOM портом. Ну а четвертая группа - это устройства, не требующие прерываний. Это довольно редкая группа, и тем не менее, она существует. Например, к этой группе относились ускорители трехмерной графики от 3dfx – Voodoo и Voodoo 2. Да, кстати, если вдруг вы видите что у вашей видеокарты или USB-портов прерывание отсутствует (буковки NA - то есть Not Available), то это не значит что у вас такая редкая, хорошая видеокарта. Это с большой долей вероятности значит, что у вашего компьютера проблемы, которые надо решать немедленно. У устройств, не требующих прерывания, в инструкции об этом написано большими буквами.

Надо понимать, что все вышеперечисленные устройства могут обладать уникальными свойствами в зависимости от производителя или прошивки. Все вышеописанные правила работают не всегда и не однозначно. У вас легко может оказаться ТВ-тюнер или сетевая карта, которая напрочь откажется работать с кем-либо в паре. Или наоборот, ваша звуковая карта может вдруг повести себя стабильно на одном прерывании вместе с ТВ-тюнером. Конфликтовать умеют даже устройства, относящиеся к четвертой группе. Чаще всего они начинают глючить, если поставить их в запаралеленный с AGP слот. При этом на понимание всех особенностей конкретно вашего железа может уйти значительное время.

Пожалуй, второй способ - самый часто используемый. При некотором понимании вопроса можно создать практически безглючный компьютер, в котором все устройства, установленные в него, будут функционировать. Минусом второго способа является потеря функций ACPI и наивысшая из всех способов сложность. Для рядового пользователя достижение нормальных результатов может занять долгое время и вызовет сильный перегруз мозгов. Плюс к этому, компьютер больше не будет сам выключаться (его придется выключать кнопкой «Power») и не будет засыпать. Что же касается режима Hybernate, то он полностью сохранит свою функциональность.

Третий способ - самый правильный, но требует жертв.

Суть способа в полном отказе от систем ACPI и IRQ Sharing. А устройства, которые лезут на одну линию IRQ нужно просто отключать. Must be only one!, как говорил товарищ из фильма «Горец».

Решение:
Для начала нужно отключить все порты, которые не используются. Не пользуетесь LPT – отключить. Не пользуетесь вторым COM-портом и дополнительными USB-каналами – та же судьба, отключить. Каждое устройство должно иметь отдельное прерывание и ни с кем не пересекаться. Это вопрос приоритетов и потребностей, потому что при использовании данного способа половина компьютера оказывается «в отключке», зато всё остальное работает как часы. Плюс этого способа в возможности использования устаревших операционных систем и сложных программ. Например, для установки WindowsNT 4.0 на достаточно сложную машину этот способ просто необходим. Также плюс такого подхода - максимальное быстродействие всей системы без проблем со стабильностью. Если есть возможность, желательно идти именно этим путем.

Как понять, есть ли конфликты в вашем компьютере, и что делать

Самый простой способ разобраться в конфликтах - это нажать кнопку PAUSEBREAK в момент начальной загрузки компьютера, а точнее, на втором экране BIOS. Для этого нужно обладать некоторой реакцией, так как второй экран загрузки пролетает очень быстро, и его еще нужно поймать. Также загрузку операционной системы можно остановить, поставив в BIOS приоритет загрузки с флоппика и засунув в оный какую-нибудь странную дискету. Во втором экране BIOS есть вся системная информация о железе - тактовая частота процессора, количество памяти и модели установленных жестких дисков, но самое интересное находится внизу экрана. Там перечислены установленные устройства, а напротив них стоит цифра прерывания. Показываемые на этом этапе устройства сильно зависят от модели материнской платы, а точнее от реализации BIOS.

Бывает, что список отображаемых устройств бывает полным и включает в себя контроллеры жестких дисков и все устройства, находящиеся на плате, вплоть до COM-портов. Бывает и наоборот: информации довольно мало, тогда видно только установленные устройства (как на скриншоте). А бывает, что второй экран BIOS вообще не содержит информации о прерываниях. В таком случае стоит воспользоваться другими программами, которые способны отображать физическое распределение прерываний.

Например, можно использовать стандартный диспетчер устройств, переключив его вид на «ресурсы по подключению» и раскрыв раздел «запрос на прерывания (IRQ)», или воспользоваться сторонними программами типа SiSoft Sandra.

Единственный минус их использования состоит в том, что они видят номера прерываний через призму операционной системы. Если используется система ACPI и APIC, то получить корректную информацию об аппаратных прерываниях будет весьма непросто, так как номеров будет не 16, а 256. Нас интересует ситуация, когда цифры не повторяются. Если одна и та же цифра стоит напротив USB Cntrlr, Display Cntrlr и Multimedia Device (аудиоплата или TB-тюнер), то дело совсем плохо. Например, данное окно говорит о следующем:

В компьютере используется система ACPI, APIC и IRQ Sharing, так как прерываний больше 15, и они пересекаются. Есть конфликт меж сетевой картой и звуковой платой, которые находятся на 18 прерывании. Также есть совсем несущественный конфликт меж всеми ветками USB на 21 прерывании, но это скорее норма. В целом - система стабильна, но для обеспечения большей стабильности требуется отключить ACPI и развести на разные прерывания сетевую и звуковую плату.

Как решать и что делать

Нужно понимать, что действия по разрешению конфликтов могут привести к полному падению операционной системы и потере данных. Сделайте резервные копии ваших документов, запишите все пароли и сетевые настройки, и только после этого предпринимайте действия. Лучше всего экспериментировать на свежеустановленной операционной системе и иметь возможность переустановить её после проведения всех действий, если что-то сложится некорректно. Само собой, автор и редакция не несут никакой ответственности за результаты ваших экспериментов.

Шаг первый: изучаем BIOS

Для начала нужно посмотреть на опции в BIOS вашего компьютера. И ничего там не трогать, в противном случае шансы на загрузку уже установленной операционной системы сильно падают. Вне зависимости от производителя BIOS и материнской платы, необходимые для работы опции могут присутствовать, а могут и отсутствовать. Стандарта для этих опций не существует, поэтому они могут иметь разные названия и находится в разных разделах BIOS. Но, применяя дедуктивный метод Шерлока Холмса, их все же можно найти. Для примера мы приведем названия этих опций в Award BIOS материнской платы GigaByte. Самые важные для нас опции находятся в разделе PnPPCI Configuration и выглядят как номера слотов и привязанные к ним номера прерываний, которые можно менять.

С помощью этих опций можно добиться правильного распределения приоритетов линий прерываний к устройствам:
PCI 1 IRQ Assigment: Auto (Auto, 3,4,5,7,9,10,11,14,15)
PCI 2 IRQ Assigment: Auto (Auto, 3,4,5,7,9,10,11,14,15)
PCI 3 IRQ Assigment: Auto (Auto, 3,4,5,7,9,10,11,14,15)
PCI 4 IRQ Assigment: Auto (Auto, 3,4,5,7,9,10,11,14,15)

То есть, можно руками менять прерывания для слотов и привязанных к ним устройств. Если все опции выставлены в Auto, то распределением прерываний занимается автомат с алгоритмом, очень схожим с алгоритмом системы ACPI. Иногда бывает указание прерываний не цифрами, а буквами – A,B,C,D. Так же, как в случае с цифрами, буквенные прерывания позволяют собой управлять, при этом наивысший приоритет – у буквы А.

Если же этих опций нет, то приоритеты менять нельзя и единственный способ воздействия на раскладку прерываний - это отключение устройств и перестановка плат расширений по слотам.

PnP OS Installed: Yes (No)

Эта опция сообщает BIOS, что распределением прерываний занимается сама операционная система. Иногда после изменения значения на NO открывается возможность контроля приоритетов по слотам.

ACPI Function: Enable (Disable)

Понятное дело, эта опция включает и отключает поддержку ACPI в BIOS. Если отключить эту опцию перед инсталляцией операционной системы, то, возможно, ядро ACPI и не будет инсталлировано (сильно зависит от версии и типа BIOS).

Interrupt Controller: APIC (PIC)

Как уже описывалось ранее, эта функция имеет разное значение на однопроцессорным и многопроцессорных системах. На однопроцессорных системах она разрешает операционной системе использование виртуальных прерываний. Если опцию поменять на PIC при инсталлированной операционной системе с ACPI ядром, то операционная система больше не загрузится, до исправления этого значение обратно на APIC. Если выставить опцию в PIC до инсталляции операционной системы, то ACPI-ядро не будет использовать виртуальные прерывания и нбудет слушать предписания BIOS при сохранении энергосберегающих функций. Полезная вещь, так как при присутствии этой опции и возможности реинсталлировать операционную систему есть возможность сохранить функции ACPI при отключении проблемной части ACPI с самостоятельным разведением прерываний. Минус - крайне редко встречается на однопроцессорных системах.

Также полезны опции по отключению устройств:
Midi Port Adress – можно отключить Миди порт
Onboard Parallel Port – можно отключить LPT порт
Onboard Audio – можно отключить встроенную звуковую плату
Onboard LAN Control – можно отключить встроенный сетевой адаптер
USB Host Controller – можно отключить USB порты
Onboard Serial ATA – можно отключить Serial ATA
Onboard RAID – можно отключить RAID-контроллер.

Если указанные выше устройства не используются, то выставление Disabled отключит их и освободит используемые ими ресурсы.

Шаг второй – Карта прерываний

Ищем документацию от материнской платы. Если повезет, то в ней вы найдете карту прерываний для вашей материнской платы, которая выглядит следующим образом:

Буквами вверху обозначены линии прерываний IRQ, левый столбец - это список устройств и слотов, установленных на вашей материнской плате. Указание shared означает, что устройство может работать в режиме кооперации с другими устройствами, used означает невозможность режима кооперации. Обратите внимание: линий прерываний целых 7, а раньше мы говорили, что полностью свободных линий всего пять. Это означает, что буквенные индексы тоже могут кооперироваться при нехватке ресурсов. После расшифровки информации в этой таблице получается вот что. Если у вас есть графический акселератор, установленный в AGP слот, то установка устройств во второй и шестой PCI-слоты строго запрещена, так как они используют идентичную физическую линию IRQ. Одновременная установка плат расширения в 1 и 5 слот также запрещена. У вас есть выбор: 1 или 5 слот, в противном случае оба устройства будут висеть на одном прерывании. Установка устройства в третий слот вызовет конфликт прерываний с портом 1394 и контроллером SerialATA. Если эти порты не используются, то их отключение освободит третий слот. К тому же, если вы используете SerialATA, который относится к устройствам первой группы, то просто необходимо отключить порт 1394 и не пользоваться третьим слотом. Все USB контроллеры висят на одном прерывании и вы с этим ничего не сделаете, впрочем, и не надо. Встроенная сетевая карта разделяет четвертый слот. Если используется, то четвертый слот тоже не занимать. Отключив сетевую карту, можно использовать четвертый слот по своему усмотрению. Вывод прост: в компьютер безболезненно можно установить одну плату расширения в 1 или 5 слот и видеоакселератор в слот AGP. Если нужны еще слоты, то нужно что-то отключать.

Более того, прерываний на все эти устройства всё равно не хватит, поэтому нужно освободить неиспользуемые линии IRQ. Радует только одно: типов установленных устройств не так много. Редко бывают нужны в компьютере две сетевые платы или две звуковые карты. Если используется SerialATA, то чаще всего не нужны оба канала контроллера UATA, занимающий 14 и 15 прерывание. Одно из них можно освободить, учитывая, что второе занимает CD-ROM. И так далее.

Если вы обратили внимание, не все буквенные индексы в таблице привязаны к слотам расширения PCI. Например, линия F, на которой висит USB, не привязана к слотам, в то время как из BIOS контролируются только номера прерываний для слотов. Линией F управляет внутренняя автоматика BIOS. А эта автоматика будет кооперировать эту линию IRQ с чем попало. Чтобы разрешить конфликты с этой веткой? вам потребуются шаманский бубен, кроличья лапка и большая подкова. На самом деле вам придется менять конфигурацию раскладок прерываний для слотов до тех пор, пока линия F не встанет на устраивающее вас значение. Каждым изменением вы заставляете автоматику пересчитать всю конфигурацию, и каждый раз автоматика будет назначать новое значение для линии F. Если таких бесконтрольных линий больше чем одна, задача усложняется. В нашем случае бесконтрольной осталась линия G. Но терпение и труд, как известно, всё перетрут.

Мы описали карту прерываний от материнской платы Asustek A7V8X, конкретные же карты прерываний у каждой материнской платы свои. Но основные принципы вычисления зависимостей по этому описанию можно понять.

Если же у вас нет карты прерываний в документации, то это просто осложняет задачу. Вам придется составить эту карту самостоятельно. Для опытных людей, занимающихся железом, составить эту карту в голове, ничего не записывая, не очень сложно. Для новичков может потребоваться бумага и ручка. Нарисуйте таблицу, схожую с приведенной выше. Слева перечислите устройства, сверху - линии IRQ. Зайдите в BIOS, выставите для каждого слота разное прерывание, а затем устанавливайте плату расширения в слоты PCI по порядку и смотрите номер прерывания во втором экране BIOS. Номер IRQ у переставляемой вами платы будет меняться в зависимости от слота. Также изменятся номера прерываний у скооперированных со слотами PCI встроенных в материнскую плату устройств, причем изменятся в соответствии с выставленными вами номерами IRQ для слотов PCI в BIOS. Если же устройство обладает собственной линией, как, например линия F для USB, то оно будет менять значение совсем нелогично, например перескакивая номером IRQ с одного слота на другой.

Шаг третий – Изменения в операционной системе

Самым первым изменением, с которого мы начнем настройку системы, будет замена ядра операционной системы для отключения функций ACPI. Как уже упоминалось ранее, после этого компьютер потеряет все энергосберегающие функции и перестанет сам выключаться после завершения работы операционной системы. Для этого нужно зайти в контрольную панель, выбрать иконку «Система», затем перейти в закладку «Оборудование» и нажать на «Диспетчер устройств». Затем открыть раздел «Компьютер» и двойным кликом нажать на «Компьютер с ACPI». Выбрать закладку «Драйвер» и нажать на кнопку «Обновить».

Выбрать «установку из указанного места», а затем отказаться от автоматического поиска драйвера и выбрать установку драйвера вручную. В появившемся окне убрать галочку «только совместимые устройства» и выбрать драйвер «Стандартный компьютер».

После нажатия на кнопку «Далее» компьютер скопирует необходимые файлы и уйдет на перезагрузку. После перезагрузки компьютер начнет находить ВСЕ устройства заново, включая системные устройства, но будет находить драйверы для них в автоматическом режиме. Некоторые устройства не проходят автоматическую установку, но для них достаточно выбрать автоматический поиск драйверов. После этого компьютер еще раз перезагрузится и после этого заработает в нормальном режиме. Всё, система ACPI отключена. Для того, чтобы снова включить ACPI, нужно повторить все вышеописанные действия, только выбрать «Компьютер с поддержкой ACPI».

Теперь вся системная информация касательно линий прерываний внутри операционной системы соответствует действительности. Номера прерываний соответствуют реальным. Это означает, что для мониторинга прерываний теперь можно использовать различные утилиты, показывающие прерывания в среде Windows.

Так выглядит раскладка прерываний после отключения ACPI и с сохранением IRQ Sharing. Кстати сказать, на скриншоте приведена раскладка прерываний с разрешенными основными конфликтами. Только RAID массив конфликтует с SMBus, но этот конфликт разрешить нет возможности, так как встроенный RAID-контроллер связан с SMBus картой прерываний. Приоритеты линий прерываний соответствуют типу устройств. В этом компьютере конфликты решены вторым способом, никаких доработок и изменений не требуется.

Шаг четвертый – Изменения в BIOS

Фактически, этот шаг является обобщением действий, описанных выше, только если выше были описания, то сейчас нужно предпринимать реальный действия, поэтому прошу прощения за некоторые повторения. Первым делом меняем опции в BIOS, если они конечно присутствуют:
PnP OS Installed: NO
ACPI Function: Disabled
Interrupt Controller: PIC

Далее отключаем ненужные порты и устройства, использовать которые вы в ближайшее время не собираетесь, за счет этого освобождаете дополнительные ветви прерываний. Из получившейся картины с помощью карты прерываний вычисляем свободные слоты PCI. Если таковых нет, то ищем слоты PCI, которые делят прерывание с устройствами из третьей группы (порты ввода-вывода). Переставляем платы расширения именно в эти слоты, соблюдая правила описанные во втором способе (ссылка). Далее снова заходим в BIOS и с помощью опций назначения номера IRQ определенному слоту выставляем приоритеты для устройств, располагая их следующим образом. Чем выше группа, к которой принадлежит устройство, тем выше приоритет линии прерывания для него. То есть, для видеокарты это 9, 10 или 11, то же самое для контроллера жесткого диска (RAID, SATA, SCSI) и аудиоплаты. ТВ-Тюнер и сетевую карту можно повесить на 3, 4 или 5 прерывание. А для USB подойдет 7. Естественно, вы знаете лучше свой компьютер и свои потребности. Возможно, для вас наибольшее значение будет иметь как раз USB, и тогда вы будете стараться повесить USB на 10 или 11 прерывание. Все это вы должны решить для себя сами. Далее, нужно настроить устройства, которые не имеют контроля номера линии прерывания из BIOS. Для этого нужно менять прерывания для устройств в пределах приоритетов прерываний для них, то есть, погонять видеокарту с 9 по 11, так же аудио и остальные устройства. Методом перебора вы загоните автоматическую линию на требуемое значение. Скорее всего, это окажет некоторые воздействие на конечную раскладку прерываний. То есть, вы хотели повесить видео на 10, но в результате повесили на 11, только для того, чтобы USB ушло на 7. Как только вы добьетесь результата, который вас устроит, загружайте операционную систему и наслаждайтесь скоординированной работой компьютера. Только помните, включение в BIOS или физическое добавление еще одного устройства приведет снова всю систему прерываний в ХАОС, который придется решать заново.

Выводы

Весьма непросто бывает объяснить системы, которые представляют из себя не линейную информацию, а переплетение различных кусков информации в сочетании с интуицией и логикой, человеческой логикой, а не компьютерной. Из-за отсутствия упорядоченной информации и отточенных технологий, каждый человек умеющий решать конфликты внутри компьютера считает себя чуть-чуть магом, потому что каждый это делает немного по своему. У всех есть маленькие хитрости и секреты. Для того, чтобы сделать этот текст хотя бы немного понятным я старался не заострять внимания на объяснениях всех действий и точным описанием всех функций и спецификаций. Тем не менее, если у вас возникнут вопросы или комментарии, автор статьи с удовольствием выслушает и ответит на них. Мы надеемся, что эта статья поможет начинающим компьютерщикам разобраться в сложившейся ситуации.

Хорошо, когда после сборки или плановой модернизации компьютер с первого раза запускается и работает устойчиво и без глюков. Гораздо хуже, если возникают неожиданные проблемы - спонтанные перезагрузки и зависания, сбои программ, неработоспособность или "невидимость" устройств и т.п. Первая причина, которая обычно приходит в голову в таком случае, - конфликт прерываний. А хорошо ли мы знаем природу этого явления, достаточно ли подготовлены к борьбе с ним?

Что такое IRQ

Прерывания - это базовый механизм реакции системы на возникающие события. Аппаратные прерывания, называемые обычно IRQ (Interrupt ReQuest) - это физические сигналы, с помощью которых контроллер устройства информирует процессор о необходимости обработать некоторый запрос. Условно схема обработки прерывания выглядит следующим образом:
1) процессор получает сигнал прерывания и его номер;
2) по специальной таблице отыскивается адрес программы, ответственной за обработку прерывания с данным номером - обработчика прерывания;
3) процессор приостанавливает текущую работу и переключается на выполнение обработчика (в общем случае это некоторый драйвер);
4) драйвер получает доступ к устройству и проверяет причину возникновения прерывания;
5) запускаются запрошенные действия - инициализация, конфигурирование устройства, обмен данными и др.
6) драйвер завершает работу, и процессор возвращается к прерванной задаче.
Очевидно, что для корректной работы механизма прерываний необходимо выполнение двух условий: во-первых, сигнал запроса должен доходить до процессора и, во-вторых, драйвер-обработчик должен правильно реагировать на этот сигнал. В случае конфликта не соблюдается второе условие: сигнал прерывания приходит, но реакция на него оказывается неправильной, в результате чего мы имеем (в лучшем случае) неработоспособное устройство.

Конфликт

Можно сказать, что конфликт - это ситуация, при которой несколько объектов одновременно пытаются получить доступ к ресурсу, который предназначен только для одного из них. Конфликт прерываний возникает в том случае, если несколько устройств используют одну и ту же линию прерывания для посылки сигнала запроса и нет механизма, позволяющего обрабатывать конкурирующие запросы. Если драйвер, получая управление, работает не с тем устройством, которое послало запрос, то либо происходит сбой, либо одно из устройств попросту не работает.
Возникает вопрос: могут ли несколько устройств использовать одну и ту же линию прерывания, или это в принципе невозможно? Ведь если драйвер сможет определить, от кого именно пришел запрос, то он будет реагировать на сигналы только "своего" устройства, игнорируя все остальные. Но это должно быть каким-либо образом заранее оговорено, иначе конфликт неизбежен.
Локальная шина PCI была спроектирована с учетом совместного использования прерываний. Каждое устройство PCI должно корректно работать на одной линии прерывания с другими PCI-устройствами. Это сделано следующим образом: факт наличия сигнала на линии прерывания определяется не по фронту, т.е. изменению уровня напряжения, а по самому факту наличия определенного напряжения. Изменять напряжение в линии может сразу несколько устройств, становясь как бы в очередь на обслуживание.
Таким образом, совместное использование одного IRQ несколькими PCI-устройствами не является конфликтом по определению. Однако иногда проблемы все-таки возникают. Во-первых, не все устройства PCI корректно работают на одной линии прерывания с другими. Во-вторых, иногда драйверы имеют ошибки, из-за которых они не могут правильно определять источник сигнала, мешая другим драйверам. В-третьих, далеко не все устройства работают на шине PCI; например, ISA-устройства, к которым относятся, например, контроллеры COM/LPT-портов, делить прерывания с другими не умеют. Чтобы четко представлять себе, как можно избежать конфликтов или устранить их, нужно разобраться в механизме управления IRQ.

Организация аппаратных прерываний в персональном компьютере

Как вы знаете, персональные компьютеры начались с IBM PC. Его архитектура предусматривала восемь линий аппаратных прерываний (IRQ), которыми управлял специальный контроллер. Каждой из них назначался номер, который определял приоритет прерывания и адрес его обработчика (так называемый вектор прерывания). Новая архитектура, IBM PC AT, предусматривала еще восемь линий прерываний, для которых использовался второй контроллер, подключаемый к одной из линий прерывания первого контроллера. К сожалению, данная архитектура стала последней после того, как фирма IBM потеряла возможность управлять развитием созданной ею платформы, поэтому все современные компьютеры по-прежнему имеют только шестнадцать прерываний, одно из которых используется вторым контроллером.
У компьютера IBM PC AT была только одна шина, по которой устройства могли общаться с процессором и памятью - ISA. Большинство линий прерываний были закреплены за стандартными ISA-устройствами, оставшиеся были зарезервированы на будущее. Когда это будущее наступило, выяснилось, что новой универсальной шине PCI досталось всего четыре свободных прерывания. Поэтому и был придуман хитрый механизм совместного использования прерываний (IRQ Sharing) и динамического переопределения номеров (IRQ Steering или Mapping).
Суть механизма управления прерываниями PCI-устройств в следующем. В общем случае существует четыре физических линии PCI-прерываний, называемых PIRQ0, PIRQ1, PIRQ2 и PIRQ3. Они подключены к контроллеру прерываний. Каждое PCI-устройство со своей стороны как бы имеет четыре разъема, называемые INT A, INT B, INT C и INT D. Подключать линии к разъемам можно в любом порядке. Например, для первого PCI-слота можно сделать такую разводку: PIRQ0 - INT A, PIRQ1 - INT B, PIRQ2 - INT C, PIRQ3 - INT D. А для второго - по-другому: PIRQ0 - INT B, PIRQ1 - INT C, PIRQ2 - INT D, PIRQ3 - INT A. Обычно устройство требует только одну линию прерывания, подключенную к INT A. Будучи установленным в первый слот, устройство использует линию PIRQ0, а во втором слоте на том же контакте будет линия PIRQ1. Тем самым устройства в разных слотах будут использовать разные физические линии прерываний. Аппаратный конфликт между ними будет исключен.
Шина AGP, являясь по сути специализированной модификацией PCI, тоже использует одну из линий PIRQ - обычно PIRQ0.
Для современных систем четырех линий оказывается недостаточно, поэтому в новых чипсетах часто применяются восемь линий PIRQ, которые точно так же в разных комбинациях подключаются к слотам PCI и встроенным в плату устройствам.
Линии PIRQ подключаются к контроллеру прерываний. Им, как и другим линиям, назначаются логические IRQ-номера. Если на одной физической линии находятся несколько устройств (а это допустимо), то все они будут иметь один и тот же номер IRQ. Если устройства находятся на разных физических линиях, они все равно могут получить одинаковые номера IRQ. Нормальные драйверы позволят им свободно работать без потери производительности, так как шина PCI все равно может захватываться только одним устройством. Главное - распознать, от какого устройства пришел сигнал.
Номера линиям PIRQ назначаются автоматически благодаря пресловутому механизму Plug&Play. Но ведь есть и ISA-устройства, поддерживающие Plug&Play. Они тоже имеют возможность автоматически получить номер IRQ. Но их линия прерывания принадлежит им монопольно, и если такой же номер получит одна из линий PIRQ, возникнет неразрешимый конфликт.
Итак, мы выяснили, что устройства PCI должны быть лишены проблем с конфликтами IRQ. Если они, конечно, правильно работают, а так бывает не всегда. К тому же драйверы должны поддерживать механизм совместного использования прерываний. Устройства ISA не умеют делиться линиями прерываний и потому являются провокаторами конфликтов. Следовательно, задача устранения конфликтов сводится к правильному распределению номеров (источник проблем - ISA-устройства и "кривые" драйверы) или к разведению по разным физическим линиям ("кривые" PCI-контроллеры).
Давайте рассмотрим, каким образом в системе происходит распределение номеров и как мы можем повлиять на этот процесс.

Карта прерываний

Как я уже говорил, большинство номеров IRQ уже заняты стандартными устройствами, точнее, назначены их линиям прерываний. Пройдемся по порядку:
0 - системный таймер (номер всегда занят);
1 - клавиатура (номер всегда занят);
2 - второй контроллер прерываний (всегда занят);
3 - порт COM2 (может быть отключен, а номер - освобожден);
4 - порт COM1 (может быть отключен, а номер - освобожден);
5 - порт LPT2 (обычно номер свободен);
6 - контроллер гибких дисков (может быть отключен, а номер - освобожден);
7 - порт LPT1 (если не в режиме EPP или ECP, то номер свободен);
8 - часы реального времени (всегда занят);
9 - свободен;
10 - свободен;
11 - свободен;
12 - мышь PS/2 (может быть свободен, если нет такой мыши);
13 - сопроцессор (всегда занят);
14 и 15 - контроллер жестких дисков (может быть отключен, а номер - освобожден).
В типичной системе свободны номера 5, 7, 9-11, то есть пять из пятнадцати. Кроме того, можно смело отключить COM2 и LPT1-порты, увеличив число свободных номеров до семи. Свободны - не значит, что не заняты, просто между ними возможна свободная перетасовка.
В любой системе имеется три стандартных PCI-устройства - ACPI-, USB-контроллеры и видеокарта, каждое из которых займет по одному номеру. Сложное устройство (например, звуковая карта) может потребовать несколько линий - INT A, INT B и т.д. для своих компонентов, которые между собой не будут конфликтовать (как-никак разные физические линии), а вот с другими устройствами - запросто.
Узнать, как в данный момент распределены номера прерываний, можно несколькими способами. В самом начале загрузки компьютера появляется текстовая таблица конфигурации. Сразу после нее идет перечень PCI-устройств с указанием назначенного им номера IRQ (см. скриншот). Другой способ работает в Windows 9x. В панели управления есть иконка "Система", в вызываемом апплете - закладка "Устройства". Выбираем свойства устройства "Компьютер", и там будут перечислены все устройства с указанием их IRQ (см. скриншот).
В Windows 2000 у нас нет доступа к управлению прерываниями, поэтому для просмотра списка IRQ нужно воспользоваться стандартной информационной утилитой (Панель управления/Администрирование/Управление компьютером/Сведения о системе/Ресурсы аппаратуры).

Распределение номеров IRQ средствами BIOS

В системе номера IRQ распределяются между физическими линиями дважды. Первый раз это делает системный BIOS при начальной загрузке системы. Каждому Plug&Play-устройству (все PCI, современные ISA, интегрированные устройства), а точнее, его линии прерывания, назначается один номер из десяти возможных. Если номеров не хватает, несколько линий получают один общий. Если это линии PIRQ, то ничего страшного - при наличии нормальных драйверов и поддержки со стороны операционной системы (об этом см. ниже) все будет работать. А если один номер получают несколько ISA-устройств или PCI- и ISA-устройства, то конфликт просто неизбежен, и тогда нужно вмешиваться в процесс распределения.
Прежде всего, нужно отключить все неиспользуемые ISA-устройства (в системах без слотов ISA они тоже присутствуют) - порты COM1, COM2 и дисковод. Также можно отключить режимы EPP и ECP порта LPT, тогда прерывание IRQ7 станет доступно.
В BIOS Setup нам понадобится раздел "PCI/PNP Configuration". Есть два базовых способа повлиять на распределения номеров IRQ: заблокировать конкретный номер и напрямую назначить номер линии PIRQ.
Первый способ доступен для всех BIOS: найдите список пунктов "IRQ x used by:" (в новых BIOS скрывается в подменю "IRQ Resources"). Тем прерываниям, которые должны быть назначены исключительно ISA-устройствам, нужно поставить "Legacy ISA". Тем самым при раздаче номеров PCI-устройствам данные прерывания будут пропущены. Поступать так следует в том случае, если какое-либо ISA-устройство упорно становится на одно прерывание с PCI-устройством, из-за чего оба не работают. Тогда мы находим номер этого IRQ и блокируем его в BIOS Setup. PCI-устройство переходит на новый номер IRQ, а ISA-устройство остается. Конфликт разрешен.
Второй, более удобный способ управления номерами IRQ - прямое назначение. В том же подменю BIOS Setup могут быть пункты вида "Slot X use IRQ" (другие названия: "PIRQx use IRQ", "PCI Slot x priority", "INT Pin x IRQ").
С их помощью каждой из четырех линии PIRQ можно назначить конкретный номер. Кстати, в новых AwardBIOS 6.00 можно наблюдать, какие именно устройства (включая встроенные) используют ту или иную линию. Просто посмотрите на правую часть экрана BIOS Setup: на фото показано, как я навел курсор на пункт "Slot 1/5 use IRQ no.", а справа появилась надпись "Display Contr.". То есть первая линия PIRQ используется видеокартой. Если я сейчас поставлю какой-либо определенный номер вместо "Auto", видеокарта будет переведена на это прерывание.

Распределение номеров IRQ средствами Windows

Второй раз номера прерываний распределяются операционной системой. Как показали проведенные мной эксперименты, Windows"98 начинает вмешиваться в произведенные BIOS"ом действия только в крайних случаях. При наличии нормального BIOS описанные здесь приемы не понадобятся.
Следует заметить, что для правильной работы механизмов совместного использования IRQ и динамического распределения необходимо, чтобы Windows распознала чипсет материнской платы и загрузила IRQ Miniport. Чем более свежая версия у Windows, тем больше чипсетов поддерживает ее собственный минипорт (PCIIMP.PCI). Однако всегда лучше перестраховаться и установить самые свежие драйверы чипсета.
В Windows 98 управление системой распределения IRQ осуществляется с помощью стандартного менеджера устройств. В списке системных устройств нужно найти шину PCI. В ее свойствах есть особая закладка (см. скриншот). Если все настроено правильно, там будет упомянут минипорт ("успешно загружен"), а управление шиной PCI (Steering) будет включено. Таким образом, Windows"98 имеет средства для управления распределением номеров прерываний между физическими линиями. Но поскольку и BIOS чаще всего с этим хорошо справляется, этот механизм не задействуется.
Но иногда он просто необходим. Как я уже говорил, PCI-устройства не должны конфликтовать в случае, если они используют одно и то же логическое прерывание. Другое дело - ISA-устройства, к которым относятся также и COM- и LPT-порты. Если устройство не-Plug&Play, BIOS может его и не заметить, отдав занятое им прерывание PCI-устройству. Тогда нужно прерывание зарезервировать. Это делается в диспетчере устройств Windows"98: выбираем устройство "Компьютер", вызываем его свойства, переключаемся на вторую закладку. Дальше все понятно.
Кроме резервирования, можно непосредственно задать номер прерывания для устройства. Для этого нужно в его свойствах найти закладку "Ресурсы", отключить автоматическую настройку и попытаться изменить назначенный номер прерывания.
К сожалению, это работает далеко не всегда.
Windows 2000 - система особая. Если у вас современный компьютер, то он наверняка поддерживает интерфейс конфигурирования ACPI. Windows 2000 в таком случае вообще проигнорирует действия BIOS и "повесит" все PCI-устройства на одно логическое прерывание. В общем случае это будет отлично работать (когда нет ISA), но иногда случаются проблемы. Чтобы получить возможность изменять номера прерываний, нужно либо поменять HAL-ядро, либо переустановить Windows 2000 с отключенным в BIOS ACPI. Замена ядра производится так: в диспетчере устройств выбирайте "Компьютер"/"Компьютер с ACPI", меняйте драйвер на "Стандартный компьютер", перезагружайтесь. Если это не поможет, придется переустановить Windows 2000 заново.
Надеюсь, приведенная выше информация поможет вам в борьбе с глюками "железа". И помните: большинство возникающих проблем связано с низким уровнем компьютерной грамотности хозяина компьютера. Поэтому нужно всегда стремиться к самообразованию, тогда и проблем будет поменьше, а те, что все-таки возникнут - не будут казаться неразрешимыми.

Управление приоритетами IRQ

Управление запросами на аппаратное прерывание

Большинству компонентов, непосредственно присоединенных к системной плате, включая PCI-слоты, IDE-контроллеры, последовательные порты, порт клавиатуры даже CMOS системной платы, присвоены отдельные IRQ. Запрос на аппаратное прерывание, или IRQ, прерывает нормальный ход работы процессора, позволяя устройству функционировать. Windows 7 позволяет расположить по приоритету один или более IRQ (которые преобразовываются в одно или более устройств), потенциально улучшая произво­дительность этих устройств.

Действия для изменения приоритета IRQ

1. Начните с запуска утилиты информации о системе (msinfo32.exe) и откройте ветвь Сведения о системе Аппаратные ресурсы Прерывания (IRQ), чтобы про­смотреть, какие IRQ и для каких устройств используются.
2. Затем откройте редактор реестра (см. главу 3) и перейдите к ветви HKEY_LOCAL_ MACHINE\SYSTEM\CurrentControlSet\Control\PriorityControl.
3. Создайте новое значение DWORD в этом разделе и назовите параметр IRQ#Priority, где # - номер IRQ-устройства, для которого вы хотите задать приоритет (напри­мер, IRQ13Priority соответствует IRQ 13, то есть арифметическому сопроцес­сору).
4. Дважды щелкните на новом значении и укажите номер приоритета. Введите 1 для высшего приоритета, 2 для второго и т. д. Удостоверьтесь, что не ввели одно и то же число для двух записей, и не пытайтесь сделать все сразу, лучше поэкспериментируйте с одним или двумя значениями.
5. По окончании закройте редактор реестра и перезагрузите компьютер.

• Алиева Елена Викторовна , студент
• Уфимский государственный авиационный технический университет

• КОНТРОЛЛЕР ПРЕРЫВАНИЙ
• КОНТРОЛЛЕР
• АППАРАТНЫЕ ПРЕРЫВАНИ
• ПРЕРЫВАНИЕ

Прерывание означает временное прекращение основного процесса вычислений для выполнения некоторых запланированных или незапланированных действий, вызываемых работой аппаратуры или программы. Механизм прерываний поддерживается на аппаратном уровне. Аппаратные прерывания возникают как реакция микропроцессора на физический сигнал от некоторого устройства (клавиатура, системные часы, клавиатура, жесткий диск и т.д.), по времени возникновения эти прерывания асинхронны, т.е. происходят в случайные моменты времени. Контроллер прерываний предназначен для обработки и арбитража поступающих запросов на обслуживание к центральному процессору от переферийных устройств. Прерывания имеют определённый приоритет, который позволяет контроллеру прерываний отдавать предпочтение в данный момент времени одному устройству, а не другому. В современном компьютере существует до 16 внешних и переферийных устройств, генерирующие прерывания.

• Автоматизация документооборота склада производственного предприятия
• Calls-технологии, особенности, применение и эффективность
• Разработка модели информационной системы юридического отдела по сопровождению и заключению договоров предприятия

Введение

Прерывание означает временное прекращение основного процесса вычислений для выполнения некоторых запланированных или незапланированных действий, вызываемых работой аппаратуры или программы. Т.е. это процесс, временно переключающий микропроцессор на выполнение другой программы с последующим возвратом к прерванной программе. Нажимая клавишу на клавиатуре, мы инициируем немедленный вызов программы, которая распознает клавишу, заносит ее код в буфер клавиатуры, из которого он считывается другой программой. Т.е. на некоторое время микропроцессор прерывает выполнение текущей программы и переключается на программу обработки прерывания, так называемый обработчик прерывания. После того, как обработчик прерывания завершит свою работу, прерванная программа продолжит выполнение с точки, где было приостановлено ее выполнение. Адрес программы-обработчика прерывания вычисляется по таблице векторов прерываний.

Механизм прерываний поддерживается на аппаратном уровне. В зависимости от источника, прерывания делятся на:

• аппаратные - возникают как реакция микропроцессора на физический сигнал от некоторого устройства (клавиатура, системные часы, клавиатура, жесткий диск и т.д.), по времени возникновения эти прерывания асинхронны, т.е. происходят в случайные моменты времени;
• программные - вызываются искусственно с помощью соответствующей команды из программы (int), предназначены для выполнения некоторых действий операционной системы, являются синхронными;
• исключения - являются реакцией микропроцессора на нестандартную ситуацию, возникшую внутри микропроцессора во время выполнения некоторой команды программы (деление на ноль, прерывание по флагу TF (трассировка)) .

Аппаратные средства системы прерываний

Система прерываний - это совокупность программных и аппаратных средств, реализующих механизм прерываний.

К аппаратным средствам системы прерываний относятся:

• выводы микропроцессора - на них формируются сигналы, извещающие микропроцессор либо о том, что некоторое внешнее устройство «просит уделить ему внимание» (INTR), либо о том, что требуется безотлагательная обработка некоторого события или катастрофическая ошибка (NMI)
• INTR - вывод для входного сигнала запроса на прерывание,
• NMI - вывод для входного сигнала немаскируемого прерывания
• INTA - вывод для выходного сигнала подтверждения получения сигнала прерывания микропроцессором (этот сигнал поступает на одноименный вход микросхемы контроллера 8259А;
• программируемый контроллер прерываний 8259А (предназначен для фиксирования сигналов прерываний от восьми различных внешних устройств; он выполнен в виде микросхемы; обычно используют две последовательно соединенные микросхемы, поэтому кол-во возможных источников внешних прерываний до 15 плюс одно немаскируемое прерываний; именно он формирует номер вектора прерывания и выдает его шину данных);
• внешние устройства (таймер, клавиатура, магнитные диски и т.п.)

Обработка прерываний

Прерывание вызывает ряд событий, которые происходят как в аппаратном, так и в программном обеспечении. На рис. 1 показана типичная последовательность этих событий.

После завершения работы устройства ввода-вывода происходит следующее:

• Устройство посылает процессору сигнал прерывания.
• Перед тем как ответить на прерывание, процессор должен завершить исполнение текущей команды (см. рис. 1).
• Процессор производит проверку наличия прерывания, обнаруживает его и посылает устройству, приславшему это прерывание, уведомляющий сигнал об успешном приеме. Этот сигнал позволяет устройству снять свой сигнал прерывания.

Рисунок 1. Временная диаграмма программы: медленный ввод-вывод

Теперь процессору нужно подготовиться к передаче управления обработчику прерываний. Сначала необходимо сохранить всю важную информацию, чтобы в дальнейшем можно было вернуться к тому месту текущей программы, где она была приостановлена. Минимальная требуемая информация - это слово состояния программы и адрес очередной выполняемой команды, который находится в программном счетчике. Эти данные заносятся в системный управляющий стек.

Рисунок 2. Обработка простого прерывания

Далее в программный счетчик процессора загружается адрес входа программы обработки прерываний, которая отвечает за обработку данного прерывания. В зависимости от архитектуры компьютера и устройства операционной системы может существовать как одна программа для обработки всех прерываний, так может быть и своя программа обработки для каждого устройства и каждого типа прерываний. Если для обработки прерываний имеется несколько программ, то процессор должен определить, к какой из них следует обратиться. Эта информация может содержаться в первоначальном сигнале прерывания; в противном случае для получения необходимой информации процессор должен по очереди опросить все устройства, чтобы определить, какое из них отправило прерывание.

Как только в программный счетчик загружается новое значение, процессор переходит к следующему циклу команды, приступая к ее извлечению из памяти. Так как команда извлекается из ячейки, номер которой задается содержимым программного счетчика, управление переходит к программе обработки прерываний. Исполнение этой программы влечет за собой следующие операции.

Содержимое программного счетчика и слово состояния прерываемой программы уже хранятся в системном стеке. Однако это еще не вся информация, имеющая отношение к состоянию исполняемой программы. Например, нужно сохранить содержимое регистров процессора, так как эти регистры могут понадобиться обработчику прерываний. Поэтому необходимо сохранить всю информацию о состоянии программы. Обычно обработчик прерываний начинает свою работу с записи в стек содержимого всех регистров. Другая информация, которая должна быть сохранена, обсуждается в главе 3, "Описание процессов и управление ими". На рис. показан простой пример, в котором программа пользователя прерывается после выполнения команды из ячейки N. Содержимое всех регистров, а также адрес следующей команды (N+1), в сумме составляющие М слов, заносятся в стек. Указатель стека при этом обновляется, указывая на новую вершину стека. Обновляется и программный счетчик, указывая на начало программы обработки прерывания.

Теперь обработчик прерываний может начать свою работу. В процесс обработки прерывания входит проверка информации состояния, имеющая отношение к операциям ввода-вывода или другим событиям, вызвавшим прерывание. Сюда может также входить пересылка устройствам ввода-вывода дополнительных инструкций или уведомляющих сообщений.

После завершения обработки прерываний из стека извлекаются сохраненные ранее значения, которые вновь заносятся в регистры, возобновляя таким образом то состояние, в котором они пребывали до прерывания.

Последний этап - восстановление из стека слова состояния программы и содержимого программного счетчика. В результате следующей будет выполняться команда прерванной программы.

Из-за того, что прерывание не является подпрограммой, вызываемой из программы, для полного восстановления важно сохранить всю информацию состояния прерываемой программы. Однако прерывание может произойти в любой момент и в любом месте программы пользователя. Это событие непредсказуемо .

Контроллер прерываний

Контроллер прерываний предназначен для обработки и арбитража поступающих запросов на обслуживание к центральному процессору от переферийных устройств. По аналогии функции контроллера прерываний можно сравнить с секретарём какого–нибудь начальника. Секретарь должен решить, кого из посетителей допустить к боссу в первую очередь, а кого и потом, исходя из приоритетов, отдаваемых боссом и статуса самого посетителя. Так и в компьютерной системе, возможна такая ситуация, когда несколько переферийных устройств послали сигнал прерывания или запрос на прерывание. В компьютерной литературе этот сигнал обозначается IRQ (Interrupt Request).

Как уже выше говорилось, прерывания имеют определённый приоритет, который позволяет контроллеры прерываний отдавать предпочтение в данный момент времени одному устройству, а не другому. В современном компьютере существует до 16 внешних и периферийных устройств, генерирующие прерывания. Вот эти устройства:
–IRQ 0, системный таймер; –IRQ 1, клавиатура; –IRQ 2, исползуется для запросов устройств, подключенных каскадом; –IRQ 8, часы реального времени; –IRQ 9, зарезервировано; –IRQ 10, зарезервировано; –IRQ 11, зарезервировано; –IRQ 12, ps/2–мышь; –IRQ 13, сопроцессор; –IRQ 14, контроллер «жёсткого» диска; –IRQ 15, зарезервировано; –IRQ 3, порты COM2,COM4; –IRQ 4, порты COM1,COM3; –IRQ 5, порт LPT2; –IRQ 6, контроллер дисковода; –IRQ 7, порт LPT1,принтер.

Здесь сигналы приведены в порядке убывания приоритетов. Можно заметить, что после IRQ 2, следует IRQ 8. Дело в том, что в своё время контроллер прерываний состоял из двух микросхем, одна была подключена к другой. Вот эта вторая микросхема и подключается к линии IRQ 2, образуя каскад. Она обслуживает линии IRQ8–IRQ 15. А затем следуют линии первой микросхемы .

Работа контроллера прерывания

Работа контроллеов прерываний рассматривается на основе микросхем фирмы Intel 8259A, которые применялись в теперь уже очень старых компьютерах с процессорами до 386 серии. В этих компьютерах обычно было 2 микросхемы 8259A, подключенных каскадно, то–есть одна к другой. Одна из микросхем, подключенная по линии запроса на прерывание непосредственно к процессору является ведущей или мастером. Остальные,подключаются к ведущей через аналогичные выводы, называются ведомыми.

Рисунок 3. Схема подключения контроллеров прерываний и их взаимодействие с центральным процессором

На рисунке 3 изображена схема подключения контроллеров прерываний и их взаимодействие с центральным процессором. Сигналы на прерывание от переферийных устройств или ведомых контроллеров поступают на входы IR0–IR7 ведущего контроллера. Внутренняя логика ведущего контроллера обрабатывает поступившие запросы с точки зрения приоритета. Если приоритет запроса устройства достаточен, то на выходе INT контроллера вырабатывается сигнал, поступающий на вход INTR процессора. В противном случае, запрос блокируется.

Если процессор разрешает прерывания, то после завершения выполнения текущей команды, он вырабатывает по линии INTA последовательность сигналов, которая переводит ведомый контроллер в состояние невосприимчивости к поступающим новым запросам на прерывание, а кроме того, на линию данных выводится информация из внутренних регистров контроллера по которой процессор распознаёт тип прерывания.

Разрешение на прерывание процессор передаёт контроллеру прерываний через контроллер шины. Сигнал RD предназначен для того, чтобы контроллер прерываний поместил на шину данных содержимое внутренних регистров. По сигналу WR контроллер прерываний, наоборот, принимает данные с одноимённой шины и записывает их во внутренние регистры. Соответственно, это влияет на режим работы контроллера прерываний.

Вход CS подключается к шине адреса и по этому сигналу происходит идентификация конкретного контролллера прерываний. Вход A0 указывает на порт контроллера прерываний в пространстве ввода–вывода.

Входы IR0–IR7 предназначены для приёма запросов на прерывание от переферийных устройств и ведомых контроллеров.

Выходы CAS0–CAS2 предназначены для идентификации конкретного ведомого контроллера .

В статье рассмотрены аппаратные прерывания и устройство, функции, работу контроллера прерываний. Данный контроллер прерываний появился ещё в первых PC–совместимых компьютерах. С тех пор, и процессоры, и сам компьютер во многом изменились, хотя некоторые моменты остались. Поэтому, для того, чтобы было понятней и была рассмотрена организация контроллера прерываний 8295A.

На приведенной выше схеме показаны сигналов приходящие не только на ведомый и ведущий контроллеры прерываний, но и на остальные ведомые. Однако на вашем компьютере или ноутбуке на самом деле 2 контроллера прерываний, как выше указывалось: ведущий и ведомый. Но можно создавать свои компьютерные системы, используя таким образом до 64 ведомых контроллеров прерываний.

В современных компьютерах уже давно функции контроллера прерываний выполняют не микросхемы 8259A, а южный мост. Однако, для всех программ и устройств всё остаётся по–прежнему. Более того, контроллер прерываний можно программировать, и обращаться к внутренним регистрам и портам необходимо точно также, как и к контроллеру 8259A .

Заключение

В данной работе были рассмотрены прерывания, а именно аппаратные средства обработки прерываний и принцип обработки прерываний. Также рассмотрены контроллеры прерываний и принцип их работы.

Прерывание означает временное прекращение основного процесса вычислений для выполнения некоторых запланированных или незапланированных действий, вызываемых работой аппаратуры или программы. Механизм прерываний поддерживается на аппаратном уровне. Аппаратные прерывания возникают как реакция микропроцессора на физический сигнал от некоторого устройства (клавиатура, системные часы, клавиатура, жесткий диск и т.д.), по времени возникновения эти прерывания асинхронны, т.е. происходят в случайные моменты времени.

Контроллер прерываний предназначен для обработки и арбитража поступающих запросов на обслуживание к центральному процессору от переферийных устройств. Прерывания имеют определённый приоритет, который позволяет контроллеру прерываний отдавать предпочтение в данный момент времени одному устройству, а не другому. В современном компьютере существует до 16 внешних и переферийных устройств, генерирующие прерывания.

Список литературы

1. Лекция. Прерывания. Эл. Ресурс. http://hromatron.narod.ru/_lekcii/prerivania_lekcia_g2013.htm
2. Системные прерывания | Аппаратное прерывание | Обработка прерываний http://life-prog.ru/view_os.php?id=16
3. Контроллер прерываний. Эл. Ресурс http://sdelaycomputersam.ru/Controller_irq.php,
4. Прерывания. Контроллер прерываний. Устройство, функции, работа. Эл. Ресурс http://sdelaycomputersam.ru/Controller_irq.php
5. Структура и инициализация контроллера прерываний Intel 8259A Эл.ресурс https://dev64.wordpress.com/2012/05/30/8259-programming/