Seite(n) für Einsteiger

von Otto Fößel

Wissenswertes über Interrupts !!

In den Geburtsjahren der Computer galt das Hauptinteresse der Verarbeitung von Zahlenmaterial. Die Möglichkeiten dieser neue Entwicklung führten zu den bekannten Großrechenanlagen in der Größenordnung ganzer Gebäudekomplexe. Erst in den 60er Jahren eröffnete sich durch neue Technologien zur Miniaturisierung die Möglichkeit, frei programmierbare Geräte auch für Steuerungsaufgaben einzusetzen.​Mit diesem Ziel vor Augen, entstanden die Mikroprozessoren, deren Struktur den neuen Anforderungen angepaßt wurde.

Man opferte die Fähigkeit zur direkten Verarbeitung von Gleitkommazahlen, die Möglichkeit komplexer arithmetischer Operationen usw. und beschränkte sich auf 8 Bit breite Datenworte. Mit der Abmagerung bekannter Prozessorelemente war es aber nicht getan. Eine der wichtigsten neuen Anforderungen war es, den Kontakt mit der Außenwelt herzustellen. Die Lösung dieser neuen Aufgabe kennzeichnet die Mikroprozessoren und damit sind wir auch (endlich) beim Thema.

Wie allen bekannt, geht es in so einem Mikroprozessor, solange er funktioniert, recht geordnet und nach strengen Regeln zu. Der Ober-Aufpasser ist der Taktgenerator, der sämtliche Abläufe im Griff hat, und wenn die Sache einmal läuft, wird mit jedem neuen Takt eine neue Operation eingeleitet, aber wie gesagt, immer schön synchron zum Takt und streng nach den Regeln und Programmanweisungen.

Dem gegenüber steht eine Außenwelt, die sich um diesen Taktgenerator überhaupt nicht kümmert, weil sie entweder nichts von ihm weiß oder ihm einfach nicht folgen kann, da er zu schnell ist. Trotzdem muß bei Steuerungsaufgaben diese Umwelt mit in die Abläufe des Computers einbezogen werden. Dafür eröffnen sich zwei Möglichkeiten, die zuerst allgemein dargestellt werden sollen.

1.) Der Mikroprozessor wird so programmiert, daß er regelmäßig durch spezielle Befehle bestimmte Zustände der Außenwelt abfragt. Diese Möglichkeit, „polling“ genannt, beruht alleine auf der Software und ist relativ unproblematisch. Bestimmte Zustände, z.B. ob ein Schalter geöffnet oder geschlossen ist, werden in entsprechende „TTL-Pegel“ (d.h. 0V oder 5V) umgewandelt und über ein E/A-Port eingelesen. Dementsprechend kann dann im Programm verzweigt und reagiert werden.

In der Realisierung stellt sich aber diese Möglichkeit als sehr unbefriedigend heraus, da der Prozessor im Grunde nichts anderes macht, als zyklisch eine Verzögerungsschleife zu durchlaufen, an deren Ende das E/A-Port abgefragt wird. Viel mehr kann er nebenbei nicht machen. Ein weiterer Nachteil ist die eingeschränkte Reaktionsfähigkeit auf externe Ereignisse. Als Paradebeispiel die Situation des Stromausfalls. Würde dies sofort dem Prozessor mitgeteilt, könnte er in der kurzen verbleibenden Zeit bis auch die Pufferkapazitäten im Netzteil entladen sind, die wichtigen Informationen, wie Stand des Programmzählers und den Zustand der Register, in einen batteriegepufferten Speicher retten. Das würde genügen, um das Programm später genau dort fortsetzen zu können, wo der Strom ausfiel.

2.) Die Möglichkeit zu diesem schnellen Eingreifen bietet der Interrupt. Die Außenwelt wartet nicht mehr, bis sie bedient wird, sondern meldet dies sofort, wenn etwas los ist. Die interne Steuerung des Prozessors sorgt dafür, daß der laufende Befehl noch abgearbeitet wird, unterbricht dann den Programmablauf, so wie er vom Programmierer geplant war, und springt zu einem ganz anderen Programmteil, der Interrupt-Service-Routine, die dann auf die Unterbrechung reagiert. Danach wird dorthin im Programmablauf zurückgekehrt, wo die Unterbrechung eintraf.

Soweit ganz allgemein das Problem der Interruptbehandlung. Was aber, wenn mehrere Geräte einen Interrupt senden wollen, was ist, wenn zwei Geräte gleichzeitig unterbrechen, woher weiß der Prozessor, von wem die Unterbrechung kommt, und welche soll er zuerst bedienen, und woher weiß er vor allem, wo das entsprechende Unterbrechungsprogramm im Speicher liegt?

Also genug Probleme, die es noch zu lösen gibt, und gerade in der Lösung dieser Probleme liegt das Erfolgsrezept eines guten Mikroprozesors. Im weiteren soll untersucht werden ,​wie beim Z80 dieses Problem in Angriff genommen wurde. Wichtig für die Interrupt Struktur des Z80 waren die Vorarbeiten von Intel. Nachdem der Z80 Software-kompatibel zum 8080 von Intel sein sollte, d.h. Programme dieses bis dahin schon weitverbreiteten Typen sollten unverändert auf dem Z80 laufen können, mußten auch die