【文章內(nèi)容簡介】 U和通道 (或設(shè)備 )之間的并行操作，當(dāng) CPU啟動(dòng)通道 (或設(shè)備 )進(jìn)行輸入 /輸出后，通道 (或設(shè)備 )便可以獨(dú)立工作， CPU轉(zhuǎn)去處理與此次輸入 /輸出不相關(guān)的事情。當(dāng)通道 (或設(shè)備 )完成輸入 /輸出后，通過向 CPU發(fā)中斷告訴 CPU此次輸入 /輸出結(jié)束，使 CPU繼續(xù)處理輸入 /輸出以后的事情。 異常的引入 ：用于表示 CPU執(zhí)行指令時(shí)本身出現(xiàn)算術(shù)溢出、零做除數(shù)、取數(shù)時(shí)的奇偶錯(cuò)，訪存指令越界或就是執(zhí)行了一條所謂“異常指令”（用于實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)調(diào)用）等情況，這時(shí)中斷當(dāng)前的執(zhí)行流程，轉(zhuǎn)到相應(yīng)的錯(cuò)誤處理程序或異常處理程序。 中斷 (外中斷 ) 異常 (內(nèi)中斷 ) 例外 I/O中斷 時(shí)鐘中斷 系統(tǒng)調(diào)用 缺頁異常 斷點(diǎn)指令 其他程序性異常 (如算術(shù)溢出等 ) 中斷 (狹義 )與異常的區(qū)別 : 中斷 : 與正執(zhí)行指令無關(guān)，可以屏蔽 異常 : 與正執(zhí)行指令有關(guān)，不可屏蔽 廣義中斷 中斷的概念 中斷系統(tǒng) ? 中斷系統(tǒng)是現(xiàn)代計(jì)算機(jī)系統(tǒng)的核心機(jī)制之一。 硬件和軟件相互配合、相互滲透而使得計(jì)算機(jī)系統(tǒng)得以充分發(fā)揮能力。 ? 中斷系統(tǒng) 的兩大組成部分： 硬件中斷裝置 和 軟件中斷處理程序 ? 中斷系統(tǒng)的硬件中斷裝置 中斷系統(tǒng)的機(jī)制部分。 負(fù)責(zé)捕獲中斷源發(fā)出的中斷請(qǐng)求，以一定方式響應(yīng)中斷源，然后將處理器控制權(quán)交給特定的中斷處理程序。 ? 軟件中斷處理程序 中斷系統(tǒng)的策略部分。 負(fù)責(zé)辨別中斷類型并做出相應(yīng)的操作。 ? 中斷源：引起中斷發(fā)生的事件。 ? 中斷寄存器：記錄中斷。 ? 中斷字：中斷寄存器的內(nèi)容。 系統(tǒng)堆棧 :在內(nèi)存開辟的一塊區(qū)域，用于臨時(shí)保存現(xiàn)場。 中斷系統(tǒng)中的相關(guān)概念 中斷優(yōu)先級(jí)設(shè)計(jì)原則： 一般來說，高速設(shè)備的中斷優(yōu)先級(jí)高，慢速設(shè)備的中斷優(yōu)先級(jí)低。因?yàn)楦咚僭O(shè)備的中斷被處理機(jī)優(yōu)先響應(yīng)時(shí)，可以讓處理機(jī)盡快地向它發(fā)出下一個(gè) I/O請(qǐng)求，提高高速設(shè)備的利用率。 如 PDP11機(jī)上的 UNIX系統(tǒng)把中斷級(jí)別分為： 時(shí)鐘中斷 —— 中斷優(yōu)先級(jí)＝ 6級(jí) 磁盤中斷 —— 中斷優(yōu)先級(jí)＝ 5級(jí) 終端等其他外設(shè)中斷 —— 中斷優(yōu)先級(jí)＝ 4級(jí) 中斷優(yōu)先級(jí)和中斷屏蔽 處理機(jī)優(yōu)先級(jí)： 指出處理機(jī)正運(yùn)行程序的中斷響應(yīng)級(jí)別。即當(dāng)處理機(jī)處于某一優(yōu)先級(jí)時(shí)，只允許處理機(jī)去響應(yīng)比該優(yōu)先級(jí)高的中斷 ,而屏蔽低于或等于該優(yōu)先級(jí)的中斷?？梢酝ㄟ^置處理機(jī)優(yōu)先級(jí)來通知硬件：屏蔽優(yōu)先級(jí)小于等于處理機(jī)優(yōu)先級(jí)的中斷。 中斷屏蔽： 指禁止處理機(jī)響應(yīng)中斷或禁止中斷出現(xiàn)。 中斷優(yōu)先級(jí)和中斷屏蔽 中斷屏蔽有兩種方法 ： ? 硬件實(shí)現(xiàn) —— 由軟件置處理機(jī)優(yōu)先級(jí)，硬件按系統(tǒng)設(shè)計(jì)時(shí)的約定，屏蔽那些低優(yōu)先級(jí)中斷。 ? 軟件實(shí)現(xiàn) —— 由軟件按操作系統(tǒng)優(yōu)先級(jí)約定 ,設(shè)置屏蔽寄存器。 中斷優(yōu)先級(jí)和中斷屏蔽 中斷類型 強(qiáng)迫性中斷 正在運(yùn)行的程序所不期望的，由于某種硬件故障或外部請(qǐng)求引起的。 自愿性中斷 用戶在程序中有意識(shí)安排的中斷，是由于用戶在編制程序時(shí)因?yàn)橐蟛僮飨到y(tǒng)提供服務(wù)，有意使用“訪管”指令或系統(tǒng)調(diào)用，使中斷發(fā)生。 中斷類型 —— 強(qiáng)迫性中斷 ? 輸入 /輸出 (I/O)中斷 ：由 I/O控制器產(chǎn)生 ? 程序性中斷 ：某些條件下由指令執(zhí)行的結(jié)果產(chǎn)生 (如算術(shù)溢出 ,除零，缺頁中斷 , 地址越界，試圖執(zhí)行一條非法指令 ) ? 時(shí)鐘中斷 ：由 CPU內(nèi)部的計(jì)時(shí)器產(chǎn)生 ? 硬件故障中斷 ：如 掉電或內(nèi)存奇偶錯(cuò) 等 中斷類型 —— 自愿性中斷 訪管指令 /系統(tǒng)調(diào)用引發(fā)的中斷 ? 執(zhí)行 I/O，創(chuàng)建進(jìn)程，分配內(nèi)存 ? 信號(hào)量操作，發(fā)送 /接收消息 ? 斷點(diǎn)調(diào)試 微機(jī)中的中斷 （ IO中斷 ） 。 （ 機(jī)器內(nèi)部故障 、 掉電中斷 ） 。 （ 溢出 、 除法錯(cuò)等中斷 ） 。 （ Trap指令或中斷指令 INT） 。 IBM370中的中斷 1. 機(jī)器故障中斷：如電源故障 ， 機(jī)器電路檢驗(yàn)錯(cuò)等 。 2. 輸入輸出中斷：輸入輸出設(shè)備和通道數(shù)據(jù)傳輸狀態(tài) 。 3. 外部中斷：時(shí)鐘中斷 ， 操作員控制臺(tái)中斷 ， 多機(jī)系統(tǒng)中其他機(jī)器的通信要求中斷 ， 各種外設(shè)或傳感器發(fā)來的實(shí)時(shí)中斷等 。 4. 程序中斷：程序中的問題引起的中斷 ， 如錯(cuò)誤地使用指令或數(shù)據(jù) 、 溢出等問題 ， 存儲(chǔ)保護(hù)等 。 5. 訪管中斷：訪管指令或陷阱指令 （ Trap指令 ） 中的操作數(shù)規(guī)定了要求服務(wù)的類型 。 每當(dāng) CPU執(zhí)行訪管指令或陷阱指令時(shí) ， 即引起中斷并調(diào)用操作系統(tǒng)相應(yīng)的功能模塊為其服務(wù) 。 中斷響應(yīng) CPU如何響應(yīng)中斷 , 兩個(gè)問題： ? CPU何時(shí)響應(yīng)中斷 ？ 通常在 CPU執(zhí)行了一條指令以后 ， 更確切地 ， 在指令周期最后時(shí)刻接受中斷請(qǐng)求 ， 或此時(shí)掃描中斷寄存器 。 ? 如何知道提出中斷請(qǐng)求的設(shè)備或中斷源 ？ 因?yàn)橹挥兄乐袛嘣椿蛑袛嘣O(shè)備 ， 才能調(diào)用相應(yīng)的中斷處理程序 。 中斷響應(yīng)： 發(fā)現(xiàn)中斷、接收中斷的過程。 由中斷裝置完成。 處理器如何發(fā)現(xiàn)中斷信號(hào)？ 處理器的控制部件中設(shè)一個(gè)能檢測中斷的機(jī)構(gòu)， 稱為中斷掃描機(jī)構(gòu)。 ? 在每條指令執(zhí)行周期的最后時(shí)刻掃描中斷寄存器，詢問是否有中斷信號(hào)； ? 若無中斷信號(hào)，繼續(xù)執(zhí)行下一條指令； ? 若有中斷，中斷硬件將該中斷觸發(fā)器內(nèi)容按規(guī)定編碼送入 PSW的相應(yīng)位，稱為中斷碼； ? 通過交換中斷向量引出中斷處理程序。 中斷響應(yīng) 開始 取下一條指令 執(zhí)行指令 檢查指令 處理中斷 停止 取周期 執(zhí)行周期 中斷周期 不允許中斷 允許 中斷 在每條指令執(zhí)行周期的最后時(shí)刻掃描中斷寄存器，詢問是否有中斷信號(hào) 若無中斷信號(hào)，繼續(xù)執(zhí)行下一條指令 若有中斷，中斷硬件將該中斷觸發(fā)器內(nèi)容按規(guī)定編碼送入 PSW的相應(yīng)位，稱為中斷碼，通過交換中斷向量引出中斷處理程序 中斷向量： 一個(gè)存放中斷處理程序入口地址和程序運(yùn)行所需處理機(jī)狀態(tài)字的內(nèi)存單元 硬件按中斷號(hào)、異常類型的不同通過中斷向量表轉(zhuǎn)移 有的機(jī)器中： 將內(nèi)存最低位 128個(gè)字保留作為中斷向量表，每個(gè)中斷向量占兩個(gè)字 中斷向量表 中斷響應(yīng)示意圖 中斷處理 簡單的中斷處理 典型的處理過程： （ 1） 設(shè)備給處理器發(fā)一個(gè)中斷信號(hào) 。 （ 2） 處理器處理完當(dāng)前指令后響應(yīng)中斷 ， 延遲非常短 （ 要求處理器沒有關(guān)閉中斷 ） 。 （ 3） 處理器處理完當(dāng)前指令后檢測到中斷 ， 判斷出中斷來源并向發(fā)送中斷的設(shè)備發(fā)送了確認(rèn)中斷信號(hào) ， 確認(rèn)信號(hào)使得該設(shè)備將中斷信號(hào)恢復(fù)到一般狀態(tài) 。 （ 4） 處理器開始為軟件處理中斷做準(zhǔn)備： 保存中斷點(diǎn)的程序執(zhí)行上下文環(huán)境 ， 這通常包括程序狀態(tài)字PSW， 程序計(jì)數(shù)器 PC中的下一條指令位置 ， 一些寄存器的值 ，它們通常保存在系統(tǒng)控制棧中 。 處理器狀態(tài)被切換到管態(tài) （ 5）處理器根據(jù)中斷源查詢中斷向量表，獲得與該中斷相聯(lián)系的處理程序入口地址，并將 PC置成該地址，處理器開始一個(gè)新的指令周期，控制轉(zhuǎn)移到中斷處理程序。 （ 6）中斷處理程序開始工作，包括檢查 I/O相關(guān)的狀態(tài)信息，操縱 I/O設(shè)備或者在設(shè)備和主存之間傳送數(shù)據(jù)等等。 （ 7）中斷處理結(jié)束時(shí)，處理器檢測到中斷返回指令，被中斷程序的上下文環(huán)境從系統(tǒng)堆棧中恢復(fù)。