การขัดจังหวะ (Interrupt) คือสัญญาณที่ส่งออกมาจากฮาร์ดแวร์หรือซอฟต์แวร์เมื่อกระบวนการหรือเหตุการณ์ใดเหตุการณ์หนึ่งต้องการความสนใจอย่างเร่งด่วน มันจะแจ้งเตือนโปรเซสเซอร์ถึงกระบวนการที่มีลำดับความสำคัญสูงซึ่งจำเป็นต้องขัดจังหวะกระบวนการทำงานปัจจุบัน

การขัดจังหวะที่ทำให้การทำงานปกติของโปรแกรมหยุดชะงักมีสองประเภทหลัก ได้แก่:

1. การขัดจังหวะภายนอก
2. การขัดจังหวะภายใน

การขัดจังหวะภายนอก

สัญญาณขัดจังหวะภายนอกมาจากอุปกรณ์อินพุต-เอาต์พุต (I/O)

ตัวอย่างบางส่วนที่ทำให้เกิดการขัดจังหวะจากภายนอก:

• อุปกรณ์ I/O ที่ร้องขอการถ่ายโอนข้อมูล
• อุปกรณ์ I/O เสร็จสิ้นการถ่ายโอนข้อมูลแล้ว เมื่อโปรแกรมทำงานในลูปไม่สิ้นสุดและเกินขีดจำกัดเวลา จะเกิดการขัดจังหวะภายนอกขึ้น ซึ่งเรียกว่าการขัดจังหวะหมดเวลา (Timeout Interrupt)
• ในระหว่างการถ่ายโอนสถานะทั้งหมดของ CPU ไปยังหน่วยความจำที่ไม่ทำลายข้อมูลภายในไม่กี่มิลลิวินาทีก่อนที่ไฟฟ้าจะดับลง จะเกิดการขัดจังหวะจากภายนอกขึ้น

ข้อดีของการใช้ตัวขัดจังหวะภายนอก

• ความยืดหยุ่นที่เพิ่มขึ้น:การขัดจังหวะภายนอกช่วยให้ระบบสามารถตอบสนองต่อเหตุการณ์ภายนอก เช่น การป้อนข้อมูลจากผู้ใช้หรือเซ็นเซอร์ภายนอกได้แบบเรียลไทม์ ซึ่งจะช่วยเพิ่มความยืดหยุ่นของระบบได้อย่างมาก เนื่องจากไม่ได้จำกัดอยู่แค่รอบการทำงานที่ตายตัว
• ความสามารถในการตอบสนองต่อเหตุการณ์ภายนอก:การขัดจังหวะจากภายนอกเป็นกลไกที่ช่วยให้ระบบสามารถตอบสนองต่อเหตุการณ์ภายนอกที่อาจเกิดขึ้นได้ตลอดเวลา これにより ระบบจึงสามารถดำเนินการต่างๆ เพื่อตอบสนองต่อการเปลี่ยนแปลงในสภาพแวดล้อม เช่น การป้อนข้อมูลจากผู้ใช้หรือข้อมูลที่เข้ามา โดยไม่จำเป็นต้องมีการตรวจสอบอย่างต่อเนื่อง
• ประสิทธิภาพและประสิทธิผลที่ดียิ่งขึ้น:การอนุญาตให้ระบบตอบสนองต่อเหตุการณ์ภายนอกแบบเรียลไทม์ การขัดจังหวะจากภายนอกสามารถปรับปรุงประสิทธิภาพและประสิทธิผลของระบบได้อย่างมาก เนื่องจากระบบจะไม่ถูกจำกัดด้วยการตรวจสอบการเปลี่ยนแปลงอย่างต่อเนื่อง

การประยุกต์ใช้การขัดจังหวะภายนอก

• อุปกรณ์ป้อนข้อมูล:การขัดจังหวะภายนอกมักใช้ในอุปกรณ์ป้อนข้อมูล เช่น คีย์บอร์ด เมาส์ และทัชแพด เพื่อตอบสนองต่อการป้อนข้อมูลของผู้ใช้แบบเรียลไทม์
• ระบบเก็บรวบรวมข้อมูล:สามารถใช้การขัดจังหวะภายนอกในระบบเก็บรวบรวมข้อมูลเพื่อตอบสนองต่อข้อมูลที่เข้ามาและประมวลผลแบบเรียลไทม์ได้
• วิทยาการหุ่นยนต์:สามารถใช้การขัดจังหวะภายนอกในระบบหุ่นยนต์เพื่อตอบสนองต่อเหตุการณ์ภายนอก เช่น ข้อมูลจากเซ็นเซอร์หรือคำสั่งจากผู้ใช้
• ระบบเรียลไทม์:การขัดจังหวะภายนอกมักใช้ในระบบเรียลไทม์ เช่น ระบบควบคุมกระบวนการผลิตและอุปกรณ์ทางการแพทย์ เพื่อเป็นกลไกในการตอบสนองต่อเหตุการณ์ภายนอกแบบเรียลไทม์

การขัดจังหวะภายใน

การขัดจังหวะภายใน หรือที่เรียกว่ากับดักเกิดขึ้นจากการใช้คำสั่งที่ไม่ถูกต้อง

ตัวอย่างบางส่วนที่ทำให้เกิดการขัดจังหวะภายใน:

• ข้อมูลการลงทะเบียนล้นเกิน
• พยายามหารด้วยศูนย์
• รหัสการดำเนินการไม่ถูกต้อง
• สแต็กโอเวอร์โฟลว์
• การละเมิดการคุ้มครอง

สภาวะเหล่านี้มักเกิดขึ้นเนื่องจากการยุติการประมวลผลคำสั่งก่อนกำหนด

ข้อดีของการขัดจังหวะภายใน

• ความง่ายในการใช้งาน:โดยทั่วไปแล้ว การขัดจังหวะภายในนั้นง่ายต่อการใช้งานมากกว่าการขัดจังหวะภายนอก เนื่องจากถูกกระตุ้นโดยเหตุการณ์ภายใน เช่น การโอเวอร์โฟลว์ของตัวจับเวลา มากกว่าเหตุการณ์ภายนอก
• ประสิทธิภาพที่ดียิ่งขึ้น:ด้วยการใช้การขัดจังหวะภายใน ระบบสามารถทำงานได้ที่ระดับประสิทธิภาพที่สูงขึ้น เนื่องจากไม่ถูกจำกัดด้วยความจำเป็นในการตอบสนองต่อเหตุการณ์ภายนอก
• เวลาตอบสนองที่สม่ำเสมอ:การขัดจังหวะภายในให้เวลาตอบสนองที่สม่ำเสมอ เนื่องจากถูกกระตุ้นโดยเหตุการณ์ภายใน ซึ่งสามารถคาดการณ์ได้และสม่ำเสมอ

การประยุกต์ใช้การขัดจังหวะภายใน

• ระบบที่ใช้ตัวจับเวลา:การขัดจังหวะภายในมักใช้ในระบบที่ใช้ตัวจับเวลาเพื่อกระตุ้นเหตุการณ์เป็นระยะ เช่น การรักษาเวลา การจัดตารางเวลา และการสลับงาน
• ระบบเรียลไทม์:สามารถใช้การขัดจังหวะภายในในระบบเรียลไทม์เพื่อให้การตอบสนองต่อเหตุการณ์ภายในได้อย่างสม่ำเสมอและทันท่วงที
• ระบบฝังตัว:การขัดจังหวะภายในมักใช้ในระบบฝังตัว เช่น ไมโครคอนโทรลเลอร์ เพื่อจัดการเหตุการณ์ภายใน เช่น การโอเวอร์โฟลว์ของตัวจับเวลา โดยไม่จำเป็นต้องอาศัยเหตุการณ์ภายนอก
• ระบบมัลติทาสกิ้ง:ระบบมัลติทาสกิ้งใช้การขัดจังหวะภายในเพื่อสลับระหว่างงาน จัดการการจัดตารางเวลางาน และให้การตอบสนองแบบเรียลไทม์ต่อเหตุการณ์ภายใน

ความแตกต่างระหว่างการขัดจังหวะภายนอกกับการขัดจังหวะภายใน