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计算机中断技术

中断技术概述中断系统结构中断处理程序设计硬件支持下的中断技术实现软件模拟中断技术应用contents目录

01中断技术概述

定义中断是计算机在执行程序过程中，出现某些突发事件或异常情况时，CPU停止正在执行的程序，转去处理突发事件或异常情况，处理完毕后再返回到原程序继续执行。作用中断是计算机系统中用于处理突发事件或异常情况的一种机制，它能够使CPU及时响应并处理这些事件或异常，保证计算机系统的正常运行。中断定义与作用

硬件中断、软件中断、外中断、内中断中断类型输入/输出设备、执行系统调用、执行异常指令、执行硬件故障等中断来源中断类型及来源

中断响应CPU检测到中断请求后，会根据中断优先级和中断向量表中的信息，转去执行相应的中断处理程序。中断请求当某个事件或异常发生时，相应的设备会向CPU发出中断请求。保存现场在执行中断处理程序前，CPU会自动保存当前程序的现场信息，以便在处理完毕后能够返回到原程序继续执行。恢复现场在中断处理程序执行完毕后，CPU会自动恢复现场信息，返回到原程序继续执行。中断处理CPU执行相应的中断处理程序，对事件或异常进行处理。中断处理过程

02中断系统结构

中断控制器是计算机系统中负责管理中断的硬件设备，它能够接收并处理来自各种源的中断请求，如外部设备、处理器异常等。中断控制器的主要功能包括：接收中断请求、识别中断源、保存被中断程序的现场信息、发送中断应答信号、控制中断处理程序的执行等。中断控制器的工作原理基于中断请求和优先级的概念。当一个中断源发出中断请求时，中断控制器会根据优先级判断是否响应该请求，如果优先级高，则立即处理该中断。中断控制器功能及原理

优先级是用来确定不同中断源处理先后顺序的标识，优先级高的中断会被优先处理。中断向量表和优先级的设置对于中断系统的正常工作至关重要，它们决定了不同中断源的处理方式和顺序，从而影响整个系统的性能和稳定性。中断向量表是计算机中用于存放中断处理程序地址的表格，每个中断源对应一个向量地址。中断向量表与优先级设置

典型中断系统结构分析01典型的中断系统结构包括：中断控制器、中断处理程序、中断向量表和优先级设置等部分。02中断控制器是整个中断系统的核心，它负责接收、识别和管理各种中断请求。03中断处理程序是用于处理不同中断源的程序，它们通常由操作系统提供并存储在中断向量表中。04中断向量表和优先级设置共同决定了不同中断源的处理顺序和方式，从而影响整个系统的性能和稳定性。

03中断处理程序设计

首先需要确定是哪个设备或事件产生的中断，以便正确地编写中断服务程序。确定中断源中断服务程序需要按照特定的流程进行编写，包括保存现场、执行中断处理程序、恢复现场等步骤。中断处理流程根据中断的紧急程度和重要性，为每个中断分配一个优先级，以便在多个中断同时发生时能够按照优先级顺序进行处理。中断优先级中断服务程序编写方法

现场保护与恢复策略保存现场在进入中断处理程序之前，需要将CPU的状态（如程序计数器、寄存器等）保存到特定的内存区域，以便在中断处理程序执行完毕后能够正确地恢复执行原来的程序。恢复现场在中断处理程序执行完毕后，需要将保存在内存中的CPU状态恢复到原来的状态，以便继续执行原来的程序。

当一个中断发生时，CPU会暂停当前正在执行的程序，转而处理该中断。如果此时另一个中断发生，CPU会暂停当前的中断处理程序，转而处理新的中断，这种技术称为中断嵌套。当多个中断同时发生时，CPU会根据中断优先级的高低来决定先处理哪个中断。优先级高的中断会先被处理，优先级低的中断会被暂时挂起，等待优先级高的中断处理完毕后再进行处理。根据中断的性质和用途，可以将中断分为前台和后台两类。前台中断通常是与用户交互相关的中断，如键盘输入、鼠标移动等；后台中断通常是与系统维护相关的中断，如磁盘读写、网络通信等。对于前台中断，需要尽快处理并恢复用户程序的执行；对于后台中断，可以延迟处理或者放入队列中按顺序处理。中断嵌套优先级比较前后台处理多重中断处理技术

04硬件支持下的中断技术实现

ABCD硬件中断当一个硬件事件发生时，硬件设备通过向CPU发送中断信号来请求服务。保存上下文CPU将当前程序的上下文（如程序计数器和寄存器值）保存到特定区域，以便在中断处理完毕后恢复执行。跳转到中断处理程序CPU将控制权转移到相应的中断处理程序，开始执行中断处理任务。中断识别CPU通过中断识别器识别到中断信号，并将当前执行的程序挂起。CPU对中断响应过程剖析

设备驱动程序设备驱动程序是操作系统的一部分，负责与硬件设备进行交互。设备驱动程序负责编写中断处理程序，以响应硬件设备的中断请求。中断处理程序负责执行与该设备相关的紧急任务，例如数据传输、设备状态检查等。不同的硬件设备可能有不同的中断优先级，设备驱动程序需要按照优