¿Cómo maneja una CPU las interrupciones asíncronas?
Las CPUs dividen una instrucción en varios micro-ops, esto funciona para núcleos x86 y ARM y posiblemente para varias otras arquitecturas. Los micro-ops se pueden ejecutar sin orden específico y se almacenan en un ROB. Se finalizan en orden desde este ROB.
¿Cómo maneja una CPU las interrupciones asíncronas?
Pienso en 2 posibles implementaciones:
1) La CPU seguirá ejecutando todos los micro-ops que ya se encuentren en el ROB, ignorando temporalmente la interrupción entrante.
2) La CPU vaciará su tubería. Pero si la tubería se vacía, ¿podríamos encontrarnos en una situación en la que se retiren algunos micro-ops de una instrucción mientras otros micro-ops de la misma instrucción se eliminan del ROB? ¿Y qué recursos quedarán en la tubería después de que se produzca la interrupción?
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En general, cuando ocurre una interrupción en una CPU, esta suspende el flujo de ejecución actual o instrucción y cambia a un manejador de interrupción, que es un pequeño fragmento de código que maneja la interrupción. La CPU necesita guardar el contexto actual antes de cambiar al manejador de interrupción, lo cual incluye guardar el puntero de instrucción actual, las banderas de estado, los registros y otros datos relevantes.
Una vez que el manejador de interrupción termina, la CPU restaura el contexto original y continúa la ejecución desde donde se detuvo. Dependiendo del tipo de interrupción y la arquitectura de la CPU, esta puede necesitar ejecutar una serie de pasos para manejar correctamente la interrupción, incluyendo el vaciamiento o detención de tuberías, la desactivación temporal de las interrupciones y la realización de otras tareas de mantenimiento.
En el caso de las CPUs que dividen las instrucciones en micro-operaciones y las ejecutan desordenadamente, manejar las interrupciones puede ser más complejo. En la opción 1 mencionada anteriormente, la CPU puede continuar ejecutando cualquier micro-operación que ya esté en la estación de reserva o en el búfer de reordenamiento, retrasando el manejo de la interrupción hasta que las complete y luego cambiar al manejador de interrupción. Este enfoque puede permitir que la CPU mantenga un rendimiento mejor y evite perder cualquier trabajo ya completado.
En la opción 2, la CPU puede vaciar completamente la tubería para asegurarse de que cualquier instrucción parcialmente ejecutada se descarte, y luego cambiar al manejador de interrupción. Este enfoque puede ser más simple de implementar para la CPU, pero puede llevar a un desperdicio de trabajo si las micro-operaciones de una instrucción se retiran mientras otras se vacían.
En ambos casos, la CPU necesita asegurarse de que la instrucción interrumpida se reanude y se complete correctamente cuando el manejador de interrupción termine. Esto puede implicar volver a buscar la instrucción, volver a emitir las micro-operaciones y asegurarse de que el estado y los registros de la CPU se restauren correctamente a sus valores anteriores. Manejar las interrupciones correctamente es fundamental para mantener la integridad y confiabilidad de una CPU y asegurarse de que pueda responder rápidamente y eficientemente a los eventos externos.