プログラマブル割り込みコントローラー(PIC)とAPIC
8259 PICや最新のAPICを通じてハードウェア割り込み要求がCPUへ届く仕組みを学びます。IRQの再マッピング、マスキング、割り込み終了通知についても扱います。
「プログラマブル割り込みコントローラー(PIC)とAPIC」はCoddyKit上の無料Assembly Language & x86 Low-Level Systems Programmingレッスンです。 これはレッスン4/4です。 下記で完全なレッスンを無料で読むことができます。その後、ブラウザ内の組み込みコードエディタと24時間対応のAIチューターでハンズオン演習できます。 これはAssembly Language & x86 Low-Level Systems Programming学習パスの一部であり、ウェブとCoddyKitアプリ全体で進捗が同期されます。 Assembly Language & x86 Low-Level Systems Programmingコースには全4レッスンが含まれています。
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Why a Controller Is Needed
The CPU has only a single hardware interrupt pin (INTR), yet a PC has dozens of devices that need attention. A dedicated chip multiplexes these IRQ lines onto that one pin and tells the CPU which device fired.
That chip is the Programmable Interrupt Controller (PIC).
The Legacy 8259 PIC
The classic PC uses two cascaded 8259A chips, giving 15 usable IRQ lines (IRQ0-IRQ15). The master handles IRQ0-7, the slave IRQ8-15 connected through IRQ2.
- IRQ0 = system timer
- IRQ1 = keyboard
- IRQ14/15 = ATA disks
I/O Ports of the PIC
Each PIC is programmed through two I/O ports:
- Master: command
0x20, data0x21 - Slave: command
0xA0, data0xA1
You send Initialization Command Words (ICWs) and Operation Command Words (OCWs) to these ports.
IRQ Remapping
On boot the PIC maps IRQ0-7 onto interrupt vectors 8-15 — which collide with CPU exceptions like the double fault (vector 8). Kernels remap the PIC, typically to vectors 0x20-0x2F, to avoid this clash.
Remapping in Assembly
Remapping is an ICW sequence: start init, set the new vector offset, define cascade wiring, set 8086 mode.
mov al, 0x11 ; ICW1: begin init, expect ICW4
out 0x20, al ; master command
out 0xA0, al ; slave command
mov al, 0x20 ; ICW2: master vector offset 0x20
out 0x21, al
mov al, 0x28 ; ICW2: slave vector offset 0x28
out 0xA1, alMasking Interrupts
The Interrupt Mask Register (IMR) lets you disable individual IRQ lines. Writing a 1 to a bit masks (ignores) that line; 0 enables it.
in al, 0x21 ; read current master mask
or al, 0x02 ; set bit 1 -> mask IRQ1 (keyboard)
out 0x21, al ; write it backEnd of Interrupt (EOI)
After servicing an IRQ the handler must send an End Of Interrupt command, or the PIC will not deliver further interrupts on that line.
For IRQ8-15 you must EOI both the slave and the master.
mov al, 0x20 ; non-specific EOI
out 0x20, al ; tell master we are doneLimitations of the PIC
The 8259 design is single-CPU only and supports just 15 lines. It cannot route interrupts to different cores, which makes it useless for SMP systems.
This is why modern hardware moved to the APIC.
The APIC Architecture
The Advanced Programmable Interrupt Controller has two parts:
- Local APIC — one per CPU core, handles the timer and inter-processor interrupts (IPIs)
- I/O APIC — routes external device IRQs to any core
Local APIC and IPIs
The Local APIC is memory-mapped (default base 0xFEE00000). It provides a per-core timer and lets one core signal another via an IPI through the Interrupt Command Register — essential for waking up cores during boot.
Disabling the PIC for APIC
To use the APIC you mask all PIC lines by writing 0xFF to both data ports, then enable the Local APIC via the spurious interrupt vector register. Modern OSes prefer the APIC for multicore scaling.
mov al, 0xFF
out 0x21, al ; mask all master IRQs
out 0xA1, al ; mask all slave IRQsQuick Check
Test your understanding of the PIC.
Recap
You learned how device IRQs reach the CPU:
- The 8259 PIC multiplexes 15 IRQ lines onto one CPU pin
- IRQs are remapped to vectors 0x20-0x2F to avoid exception clashes
- The IMR masks lines; an EOI ends each interrupt
- The APIC replaces the PIC for multicore routing and IPIs
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よくある質問
「プログラマブル割り込みコントローラー(PIC)とAPIC」レッスンは無料ですか?
はい。「プログラマブル割り込みコントローラー(PIC)とAPIC」の完全なテキストはこのウェブで無料で読めます。インタラクティブに演習し(組み込みコードエディタと24時間対応のAIチューター)、Assembly Language & x86 Low-Level Systems Programmingコースの残りをアンロックするには、CoddyKit PROにアップグレードしてください。 Assembly Language & x86 Low-Level Systems Programmingコースには全4レッスンが含まれています。
「プログラマブル割り込みコントローラー(PIC)とAPIC」で何を学びますか?
8259 PICや最新のAPICを通じてハードウェア割り込み要求がCPUへ届く仕組みを学びます。IRQの再マッピング、マスキング、割り込み終了通知についても扱います。 ブラウザで直接実行するハンズオンコードでAssembly Language & x86 Low-Level Systems Programmingを演習し、24時間対応のAIチューターがレッスンを進める中での質問に答えます。
Assembly Language & x86 Low-Level Systems Programmingを始めるのに経験は必要ですか?
事前経験は必要ありません。CoddyKitのAssembly Language & x86 Low-Level Systems Programmingは初級者から上級者向けに構成されているため、ここから始めるか最初から始めて、自分のペースで進むことができます。 これはレッスン4/4です。
「プログラマブル割り込みコントローラー(PIC)とAPIC」レッスンにはどのくらい時間がかかりますか?
ほとんどのCoddyKitレッスンは約5~10分かかります。各レッスンはコンパクトでインタラクティブなので、着実に進歩し、ウェブとアプリ全体で正確に前回の場所から再開できます。
このAssembly Language & x86 Low-Level Systems Programmingレッスンでコードを書いて実行できますか?
はい。すべてのAssembly Language & x86 Low-Level Systems Programmingレッスンに組み込みコードエディタが含まれているため、ブラウザでリアルコードを書いて実行し、即座のAIフィードバックを取得できます。ローカル設定は不要です。
このコースのすべてのレッスン
- 割り込みとトラップを理解する
- 割り込みディスクリプタテーブル(IDT)
- カスタム例外ハンドラー
- プログラマブル割り込みコントローラー(PIC)とAPIC