ハードウェア割り込みとポーリングの違いを中学生にもわかる図解で徹底比較

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ハードウェア割り込みとポーリングの違いを理解するための基礎

ハードウェア割り込みとポーリングは、コンピュータが外部機器とやり取りをする際の基本的な「合図の出し方」です。
まず、ハードウェア割り込みは外部デバイスが必要なときに「今すぐ知らせるよ」とCPUに命じる仕組みです。デバイスは自分の状態を変えると、専用の信号線を使ってCPUに通知します。CPUはその通知を受け取ると、すぐに現在の作業を中断して割り込み処理（ISR: Interrupt Service Routine）を走らせ、必要な処理が終わると元の作業へ戻ります。
これにより、デバイスが待たせられる時間を短くでき、反応が速いのが特徴です。
一方でポーリングは、CPUが自分の都合で「今デバイスはどうなっているかな」と定期的に状態を確認する方法です。デバイスが忙しくてもCPUが連続してチェックする必要があるため、無駄な計算（無駄な待ち時間・消費電力）が増えることがあります。
このような違いが、リアルタイム性や電力消費、ソフトウェアの複雑さに大きく影響します。

仕組みの本質を押さえよう

ハードウェア割り込みは「外部イベントを通知する信号」をきっかけに、CPUを即座に呼び出して処理を始める仕組みです。
割り込みが起きると、現在実行中の命令を一旦停止して、現在の状態を保存し、ISRが実行されます。ISRの役割は「デバイスから受け取ったデータを処理する」ことと「次に何をするかを決めること」です。
重要なのは遅延を減らす設計と、ISRの長さを短く保つことです。ISRが長すぎると、他の処理が待たされてしまい、全体の性能が落ちてしまいます。
ポーリングと比べると、割り込みは「待ち時間を最小化」する目的には最適ですが、複雑なソフトウェア設計が必要になることがあります。

ポーリングという選択肢

ポーリングはCPUが「今デバイスはどうなっているか」を定期的に確認します。
この方法の利点は、処理の順序が予測しやすく、複雑な割り込み制御を避けられる点です。
ただしデバイスが忙しい時でもCPUが逐次チェックし続けるため、CPU資源が無駄に使われることがあります。
特に低速な周辺機器や、イベントの発生頻度が低い場合には、ポーリングはシンプルで安定した設計になることもあります。
また、ポーリングは省電力設計には向かない場合が多く、待機時間を長くすると電力消費が増えることがあります。

実務での使い分けとハイブリッドの考え方

現実のシステムでは、割り込みとポーリングを組み合わせるハイブリッド設計がよく使われます。
基本的には、速さと反応性が求められるデバイスには割り込みを優先し、シンプルさと安定性を重視する部分にはポーリングを採用します。
さらに、電力管理が重要なデバイスでは「割り込みは使いつつ、アイドル時にはポーリングの頻度を下げる」「イベント発生時のみポーリングを有効にする」などの工夫をします。
このような設計を通じて、リアルタイム性と消費電力のバランスを取り、ソフトウェアの複雑さを抑えることができます。

ピックアップ解説

ある日の教室。友達のAくんが「割り込みとポーリング、どっちが偉いの？」と質問してきた。私は答えをこう返した。割り込みは“今すぐ知らせる”高機能の警報ベル、ポーリングは“今の様子を自分で確認する”地味なノート。どちらも長所と短所があり、場面で使い分けるのが大人の設計です。Aくんは「なるほど、使い分けが大事なんだ」と納得して、机の端にあるキーボードのLEDを見ながら、どうやって省エネ設計をするかを考え始めました。学びは、道具の特性を知ることから始まるのです。

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