Ngắt là một tín hiệu được gửi từ phần cứng hoặc phần mềm khi một tiến trình hoặc sự kiện cần được chú ý khẩn cấp. Nó cảnh báo bộ xử lý về một tiến trình có độ ưu tiên cao cần được xử lý, làm gián đoạn tiến trình hiện tại.

Có hai loại ngắt chính làm gián đoạn hoạt động bình thường của một chương trình:

1. Ngắt bên ngoài
2. Ngắt bên trong

Ngắt bên ngoài

Các tín hiệu ngắt bên ngoài xuất phát từ các thiết bị đầu vào-đầu ra (I/O).

Một số ví dụ về ngắt bên ngoài:

• Một thiết bị I/O yêu cầu truyền dữ liệu.
• Thiết bị I/O đã hoàn tất việc truyền dữ liệu. Khi một chương trình thực thi trong một vòng lặp vô hạn và vượt quá giới hạn thời gian, một ngắt bên ngoài sẽ xảy ra, được gọi là ngắt hết thời gian chờ.
• Trong quá trình chuyển toàn bộ trạng thái CPU sang bộ nhớ để tránh mất dữ liệu, một ngắt bên ngoài xảy ra vài mili giây trước khi nguồn điện bị ngắt.

Ưu điểm của việc sử dụng ngắt bên ngoài

• Tăng tính linh hoạt: Các ngắt bên ngoài cho phép hệ thống phản hồi theo thời gian thực với các sự kiện bên ngoài, chẳng hạn như đầu vào của người dùng hoặc tín hiệu từ các cảm biến bên ngoài, giúp tăng cường đáng kể khả năng phản hồi của hệ thống vì hệ thống không bị giới hạn bởi một chu kỳ hoạt động cố định.
• Khả năng phản hồi các sự kiện bên ngoài: Ngắt bên ngoài là một cơ chế cho phép hệ thống phản hồi các sự kiện bên ngoài có thể xảy ra bất cứ lúc nào. Điều này cho phép hệ thống thực hiện nhiều hành động khác nhau để đáp ứng với những thay đổi trong môi trường, chẳng hạn như đầu vào của người dùng hoặc dữ liệu đến, mà không cần giám sát liên tục.
• Hiệu quả và năng suất được nâng cao: Bằng cách cho phép hệ thống phản hồi các sự kiện bên ngoài trong thời gian thực, ngắt bên ngoài có thể cải thiện đáng kể hiệu quả và năng suất của hệ thống, vì hệ thống không còn bị hạn chế bởi việc liên tục giám sát các thay đổi.

Ứng dụng của ngắt bên ngoài

• Thiết bị nhập liệu: Các ngắt bên ngoài thường được sử dụng trong các thiết bị nhập liệu như bàn phím, chuột và bàn di chuột để phản hồi dữ liệu đầu vào theo thời gian thực từ người dùng.
• Hệ thống thu thập dữ liệu: Các ngắt bên ngoài có thể được sử dụng trong hệ thống thu thập dữ liệu để phản hồi dữ liệu đến và xử lý dữ liệu theo thời gian thực.
• Robot học: Các ngắt bên ngoài có thể được sử dụng trong hệ thống robot để phản hồi các sự kiện bên ngoài, chẳng hạn như tín hiệu từ cảm biến hoặc lệnh từ người dùng.
• Hệ thống thời gian thực: Ngắt bên ngoài thường được sử dụng trong các hệ thống thời gian thực, chẳng hạn như hệ thống điều khiển quy trình và thiết bị y tế, như một cơ chế để phản hồi các sự kiện bên ngoài trong thời gian thực.

Ngắt bên trong

Một ngắt bên trong, còn được gọi là bẫy (trap), xảy ra khi thực thi một lệnh không hợp lệ hoặc khi phát sinh một ngoại lệ trong quá trình thực thi chương trình.

Một số ví dụ về các nguyên nhân có thể gây ra ngắt bên trong:

• Giá trị thanh ghi vượt quá giới hạn cho phép.
• Cố gắng chia cho số không.
• Mã thao tác không hợp lệ.
• Tràn ngăn xếp (stack overflow).
• Vi phạm cơ chế bảo vệ.

Những tình trạng này thường xảy ra do lỗi trong quá trình thực thi lệnh.

Ưu điểm của ngắt bên trong

• Dễ sử dụng: Ngắt bên trong thường dễ xử lý hơn ngắt bên ngoài vì chúng được kích hoạt bởi các sự kiện nội bộ, chẳng hạn như lỗi tràn số hoặc các ngoại lệ trong quá trình thực thi lệnh, chứ không phải bởi các sự kiện bên ngoài.
• Hiệu suất được cải thiện: Bằng cách sử dụng ngắt bên trong, hệ thống có thể xử lý các ngoại lệ và lỗi trong quá trình thực thi chương trình một cách hiệu quả mà không cần chờ các sự kiện bên ngoài.
• Thời gian phản hồi nhất quán: Ngắt bên trong có thể cung cấp thời gian phản hồi nhất quán vì chúng được kích hoạt bởi các điều kiện phát sinh trong quá trình thực thi lệnh, một số trong đó có thể được dự đoán trước.

Ứng dụng của ngắt bên trong

• Hệ thống dựa trên thời gian: Các ngắt nội bộ thường được sử dụng trong các hệ thống dựa trên thời gian để kích hoạt các sự kiện định kỳ, chẳng hạn như tính thời gian, lập lịch và chuyển đổi tác vụ.
• Hệ thống thời gian thực: Trong hệ thống thời gian thực, các ngắt bên trong có thể được sử dụng để cung cấp phản hồi nhất quán và kịp thời đối với các sự kiện nội bộ.
• Hệ thống nhúng: Ngắt bên trong thường được sử dụng trong các hệ thống nhúng, chẳng hạn như vi điều khiển, để xử lý các ngoại lệ và lỗi phát sinh trong quá trình thực thi lệnh.
• Hệ thống đa nhiệm: Hệ thống đa nhiệm sử dụng các cơ chế ngắt và ngoại lệ để hỗ trợ chuyển đổi giữa các tác vụ, quản lý việc lập lịch tác vụ và xử lý các sự kiện nội bộ.

Sự khác biệt giữa ngắt bên ngoài và ngắt bên trong