コンピューターアーキテクチャ：IRQの範囲が狭いため、USBキーボードの応答性は低下しますか？

ここに私がちょうど考えた声明があります。誰がそれが本当かどうか、そしてそれが本当かどうか教えてもらえますか？

声明： USBキーボードは、より低いIRQレベルにのみアクセスするUSB​​汎用ドライバーとアーキテクチャに依存しているため、他の（たとえばPS2）コントローラーのように優先度が高いIRQへのキーボードアクセスを与えることはできません。

これは（本当であれば）USBキーボードの優先順位が（PS2などの）別のポートタイプに接続されたキーボードよりも（速度よりも可用性の点で）低いことを意味しますか？

たとえば、別の中優先度の割り込みルーチンでスタックしている障害のあるシステムで、中優先度のIRQにマップされたUSBキーボードを取り上げます。優先度が比較的高いため、キーボードイベントは無視され、Ctrl-Alt-delまたはその他の緊急キーストロークを送信することはできません。キーボードの優先度が高い場合、システムはキーストローク割り込みルーチンに入ることができます。

または、USBコントローラには、キーボードに必要な優先度を与えるのに十分なIRQ範囲がありますか？

また、リモートデスクトップセッションのネットワーク接続を介してマッピングされた仮想キーボードはどうですか？

編集：私の質問は速度に関するものではありません（コメントを参照）：主な質問は次のとおりです：PS2キーボードは、USBよりも高く、キーボードよりも低い割り込み優先度でどこかにスタックしているCPUと話す機会がありますか？

IRQの範囲ではなく、3つの主な要因です。

1. バス混雑の量
2. データ量
3. データパスの長さ

過去には、キーボードとマウスには専用のIRQ（キーボード用のIRQ1、PS / 2マウス用のIRQ12）がありました。

これは、キーが押されたときに、CPUにほぼ直接の線があったことを意味しました（PICを使用しますが、まだ1つだけジャンプします）。これにより、特にIRQ1があるため、ハードウェアでキーボードイベントを非常に高速に処理できました。（もちろん、これはすべて通常のキーボードの使用に関するものであり、キーボードコントローラーからCPUに直接移動するリセット行を無視します。）

一方、USBデバイスはすべて同じバスとUSBコントローラのIRQ（通常、NIC、ビデオカードなどの他のデバイスと共有されるIRQステアリングのものの1つ）を共有します。そのため、USBキーボードの場合、イベントはキーボードコントローラーからUSBバスを介してUSBホストコントローラーへ、そこからセカンダリPIC、マスターPIC、OSまたはBIOSのいずれかのドライバーへと送信されます、次にCPUに。さらに、USB経由で転送されるデータにエラーチェックデータが追加されます。

言い換えれば、ATまたはPS / 2キーボードよりもUSBキーボードの方が単純に多くのことを行っています。データパスはより長く、より多くのデータがあり、ソフトウェアを通過する必要さえあります。USB帯域幅が十分に広い場合でも、同じポートに他のデバイスがあると、衝突と遅延が発生します（ハブを追加できますが、その上のすべてのポートはコントローラー上の同じポートのままです）。まだまだ待っていることがあります。

さらに、独自の（IRQは、古いキーボードが必要なときにいつでもCPUの処理を中断できることを意味しました。USBの場合、キーボードにはそのようなメカニズムがなく、USBコントローラーがCPUを中断するまでデータを送信して待機/希望することしかできませんある時点で。

仮想キーボードは、ハードウェアと競合できないソフトウェアを確実に通過するため、さらに悪化します。

ATまたはPS / 2キーボードとUSBキーボードの違いを簡単に視覚化したものを次に示します。

短い答え

両方のキーボードは、ユーザーレベルのコードに対してまったく同等に機能します。デバイスドライバーを作成する場合、わずかな違い（最新のPCではナノ秒からマイクロ秒）が発生する場合があります。システムがハングした場合、両方のキーボードで問題は解決しません。ハードリブートに進みます。

ロングアンサーTL; DR;

割り込みとは何ですか？

ハードウェア（またはカーネルなどのOS内部ソフトウェアの重要な部分）がプロセッササービスを必要とする場合、メッセージまたは割り込みを起動し、プロセッサに実行中の処理を延期し、この要求を処理するよう要求します。

使い方？

ハードウェアが割り込み（キーを押すなど）を生成すると、この要求は割り込みコントローラーに入ります。その後、コントローラーはマシンコードの1行でCPUを直ちに中断します（CPUは引き続きこの最後の行を実行します）。プロセッサがこの要求を処理する準備ができると、割り込みコントローラに割り込み要求（IRQ）と処理ルーチンを要求します。割り込みコントローラーには、内部データ構造があります- 特定のIRQに対してCPUによって実行されることになっているルーチンへのポインターを含む割り込みディスパッチテーブル。

すべての異なる割り込みは、明確に制限された割り込み要求レベル（IRQL）に対応しています。たとえば、x86システムでは32個のIRQLがあり、x64およびIA64では実際には16個のIRQLがあります。明らかに、IRQLよりも多くのハードウェアデバイスとソフトウェアサービスがあるため、一部のシステムオブジェクトはすべてIRQLを共有します。

x64のIRQLテーブル

    IRQL | 説明
--------------------------------------------
    15 | 人目を引く
    14 | プロセッサ間割り込み/電源
    13 | 時計
    12 | 同期する
    11 | デバイスN
    .. | ...
     3 | デバイス1
     2 | ディスパッチ/ DPC
     1 | APC
     0 | パッシブ/ロー

IRQLが大きい（数値が大きい）ほど、優先順位が高くなります。システムのすべてのコンポーネントは、プロセッサの現在のIRQLを可能な限り低いレベル-0に維持しようとします。高レベルの割り込みが発生すると、プロセッサの現在のIRQLレベルが上がり、低レベルの割り込みは処理されません。より高いレベルの割り込みはすべて解決されます。IRQスケジューラがプロセッサ実行のために同じレベルの複数のIRQをキューに入れることができる場合、IRQはバッチ処理できます。

ポイントは？

これはすべて、エンドユーザーをハードウェアの複雑さから切り離し、多くのタイプのハードウェア/ソフトウェアで動作できるユニバーサルアーキテクチャを作成するように本当にうまく設計されています。

1. ユーザーレベルのコード（カーネルレベルではない）は、プロセッサがパッシブ/低（0）IRQLの場合にのみ実行されます。ポイントは、すべてのIRQLが処理された後にのみ、アプリケーションでキー押下イベントを処理できることです。したがって、キーボードの場合、どのIRQLがハードウェア割り込みに割り当てられているかは関係ありません。

2. IRQLはOSの抽象化にすぎず、明確に設定されていません。対応するIRQとIRQLはWindowsレジストリに保存され（たとえば）、熱狂的なユーザーは手動で変更できます。

結論

質問からの引用

USBキーボードは、いくつかのIRQチャネルにしかアクセスできないUSB汎用ドライバーとアーキテクチャに依存しているため、他の（PS2などの）コントローラーのように優先度が高いIRQへのキーボードアクセスを与えることはできません。

おそらく著者は、より少ないIRQチャネルではなく、より低いIRQLを意味していました。とにかく、最近のPCではユーザーには表示されないため、実際には問題ではありません。可能な違いはナノ秒からマイクロ秒のレベルであり、カーネルレベルでのみ発生します。どちらの場合も、ユーザーレベルのコードはOSカーネルによってブロックされます。

これは（もしそうなら）USBキーボードが別のポートタイプに接続されたキーボードよりも応答性が低いことを意味しますか？

OSの設計方法のせいではありません。OSが何かでビジーで「遅い」場合、両方のキーボードは同じように動作します。

たとえば、別の中優先度割り込みルーチンでスタックしている障害のあるシステムで、中優先度IRQにマップされたUSBキーボードを使用します。

この場合、システムはBSODになり、IRQ処理ルーチンは特定の標準（高速、同期、非ブロッキングなど）に合わせて設計する必要があります。これとカーネルからの逸脱はBSODになります。

優先度が比較的高いため、キーボードイベントは無視され、Ctrl-Alt-delまたはその他の緊急キーストロークを送信することはできません。

システムがハングした場合、多くの問題が発生する可能性がありますが、ほとんどの場合、キーストロークIRQLはドライバーレベルで処理されます。問題は、OSが他の処理を実行しているため、そのような通知をサブスクライブしたアプリケーションに配信されないことです。