IRQ（アイアールキュー）

2025年10月14日

IRQ（アイアールキュー）

英語表記: Interrupt Request

概要

IRQ（Interrupt Request）は、周辺機器（I/Oデバイス）が中央処理装置（CPU）に対して、処理を要求するために送る電気信号、またはその信号線自体を指します。これは、コンピュータの構成要素の中でも、特に制御装置がプログラムの実行順序を効率的に操作するための、基本的な制御フロー管理メカニズムの一つです。IRQの存在により、CPUは低速なデバイスの応答を待つことなく、他のタスクを並行して実行できるため、システム全体の処理効率が飛躍的に向上します。

詳細解説

IRQは、CPUの貴重な処理時間を最大限に活用するために設計された、プッシュ型の通知システムです。もしこの仕組みがなければ、CPUはすべてのデバイスが処理を終えるまで、定期的に状態を尋ねる（ポーリング）必要があり、その間に多くの時間を無駄にしてしまいます。

制御フロー管理におけるIRQの役割

IRQの核心的な役割は、制御フロー管理を非同期的に行う点にあります。

通常のプログラム実行では、命令は順序立てて実行されます。しかし、外部からの緊急事態や、処理完了の通知があった場合、その通常の流れを一時的に中断し、外部の要求を優先的に処理しなければなりません。この「中断と切り替え」を実現するのが割り込み処理であり、IRQはそのトリガーとなる信号なのです。

制御装置であるCPUは、このIRQ信号を受け取ると、以下の手順で制御フローを切り替えます。

信号の発生と収集: I/Oデバイス（キーボード、ディスク、ネットワークなど）が、データ転送の完了やエラー発生など、CPUによる対応が必要な事態が起こった際にIRQ信号を発生させます。
優先度の決定: 複数のIRQ信号が同時に発生した場合に備え、「割り込みコントローラ（PIC）」という専用のハードウェアが信号を受け付け、あらかじめ設定された優先度に基づいて、CPUに通知する要求を決定します。このPICは、制御装置の効率的な動作を支える重要な補助役です。
CPUの応答: CPUはPICから割り込み要求を受け取ると、現在実行中の命令を完了させた後、直ちに割り込みに対応します。この際、元の処理に戻れるように、レジスタの内容など現在の実行状態をメモリに退避（保存）します。
サービスルーチンの実行: CPUはPICから割り込み番号（割り込みベクタ）を受け取り、その番号に対応する「割り込みサービスルーチン（ISR）」のアドレスを特定し、処理を開始します。このISRが、デバイスからの要求を具体的に処理するプログラムです。
制御フローの復帰: ISRの処理が完了すると、CPUは退避しておいた状態を復元し、中断していた元のプログラムの実行を再開します。

この一連の動作により、制御装置は、緊急性の高いタスクと通常のタスクを巧みに切り替えながら、システム全体としての応答性と効率性を高めているのです。これは、マルチタスク環境において、システムが安定して動作するための土台となる仕組みであり、非常に洗練されていると感じます。