割込みとは？

割込みの意味

実行中のプログラムを一時中断し、発生した事象に応じた処理へ制御を移す仕組み。プログラム自身が原因の内部割込みと、入出力完了やタイマなど外部要因による外部割込みに分類され、この区別がFEの定番出題である。

割込みの具体例

内部割込みの例はゼロ除算、記憶保護違反、ページフォールト、SVC（スーパバイザコール）。外部割込みの例は入出力完了通知、タイマによる時間切れ、電源異常、機械チェック。割込み発生時はレジスタの内容を退避してから処理へ移る。

割込みは試験でどう引っ掛けられる？

SVCはプログラムが自ら発行するので内部割込みに分類される点が最頻出の引っ掛け。入出力の「起動」は割込みではなく、「完了」が外部割込みである点も混同しやすい。

割込みと関連する用語

• DMA
• パイプライン処理
• USB

割込みが出た過去問

• マルチプログラミングにおけるプロセスの切替え手順を示した図において，OSの処理a～cとして，適切な組合せはどれか。

  正解：a:実行状態の退避　b:プロセスの選択　c:実行状態の回復

  要点：プロセス切替えは退避→次プロセス選択→回復の順

  プロセス切替え（コンテキストスイッチ）では、まず割込みで中断したプロセスのレジスタなどの実行状態を保存し、次にディスパッチャが次に動かすプロセスを選び、最後に選んだプロセスの実行状態を復元してCPUを渡す。退避→選択→回復の順序になる。

  出典：平成28年度 秋期 基本情報技術者試験 午前 問18（IPA）

• 外部割込みに分類されるものはどれか。

  正解：インターバルタイマによって、指定時間が経過したときに生じる割込み

  要点：タイマ・入出力・電源など装置起因が外部割込み。演算例外は内部

  割込みは、CPUが実行中のプログラムに起因する内部割込みと、プログラムとは無関係な外部要因による外部割込みに分かれる。タイマの時間経過、入出力装置の完了通知、電源異常などのハードウェア側の事象は外部割込みである。演算例外、ページフォールト、SVC命令などは実行中の命令が原因なので内部割込みに分類される。

  出典：平成29年度 秋期 基本情報技術者試験 午前 問10（IPA）

• ソフトウェア制御における、ポーリング制御はどれか。

  正解：CPUが状態レジスタ又はビジー信号などを読み出して、入出力装置の状態を監視する。

  要点：ポーリングはCPUが自ら状態を読みに行く監視方式。割込みの対

  ポーリングは、CPU側が周期的に相手の状態レジスタやビジー信号を読みに行き、入出力の準備完了などを確認する制御方式である。相手からの通知を待つ割込み方式と対になる考え方で、実装は単純だが状態確認のためにCPU時間を消費する。

  出典：平成29年度 秋期 基本情報技術者試験 午前 問17（IPA）

• ページング方式の仮想記憶において、ページフォールトの発生回数を増加させる要因はどれか。

  正解：主記憶に存在しないページへのアクセスが増加すること

  要点：ページフォールトは主記憶に無いページを参照したときに発生する

  ページフォールトは、参照したページが主記憶上に存在せず補助記憶から読み込む必要があるときに発生する割込みである。したがって主記憶に載っていないページへの参照が増えるほど発生回数は増える。主記憶に存在するページへのアクセスや、ページの更新比率はページフォールトの発生そのものには直結しない。

  出典：平成29年度 秋期 基本情報技術者試験 午前 問20（IPA）

• 割込み処理の終了後に，割込みによって中断された処理を割り込まれた場所から再開するために，割込み発生時にプロセッサが保存するものはどれか。

  正解：プログラムカウンタ

  要点：割込みでは再開位置を示すプログラムカウンタを退避する

  中断した場所から再開するには、次に実行すべき命令の番地を覚えておく必要がある。その番地を保持しているのがプログラムカウンタで、割込み発生時に退避され、復帰時に元へ戻される。

  出典：平成30年度 秋期 基本情報技術者試験 午前 問10（IPA）