【文章內(nèi)容簡介】 U和通道 (或設備 )之間的并行操作，當 CPU啟動通道 (或設備 )進行輸入 /輸出后，通道 (或設備 )便可以獨立工作， CPU轉(zhuǎn)去處理與此次輸入 /輸出不相關的事情。當通道 (或設備 )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)行指令時本身出現(xiàn)算術(shù)溢出、零做除數(shù)、取數(shù)時的奇偶錯，訪存指令越界或就是執(zhí)行了一條所謂“異常指令”（用于實現(xiàn)系統(tǒng)調(diào)用）等情況，這時中斷當前的執(zhí)行流程，轉(zhuǎn)到相應的錯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 時鐘中斷 系統(tǒng)調(diào)用 缺頁異常 斷點指令 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，可以屏蔽 異常 : 與正執(zhí)行指令有關，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)代計算機系統(tǒng)的核心機制之一。 硬件和軟件相互配合、相互滲透而使得計算機系統(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)的機制部分。 負責捕獲中斷源發(fā)出的中斷請求，以一定方式響應中斷源，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。 負責辨別中斷類型并做出相應的操作。 ? 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，用于臨時保存現(xiàn)場。 中斷系統(tǒng)中的相關概念 中斷優(yōu)先級設計原則： 一般來說，高速設備的中斷優(yōu)先級高，慢速設備的中斷優(yōu)先級低。因為高速設備的中斷被處理機優(yōu)先響應時，可以讓處理機盡快地向它發(fā)出下一個 I/O請求，提高高速設備的利用率。 如 PDP11機上的 UNIX系統(tǒng)把中斷級別分為： 時鐘中斷 —— 中斷優(yōu)先級＝ 6級 磁盤中斷 —— 中斷優(yōu)先級＝ 5級 終端等其他外設中斷 —— 中斷優(yōu)先級＝ 4級 中斷優(yōu)先級和中斷屏蔽 處理機優(yōu)先級： 指出處理機正運行程序的中斷響應級別。即當處理機處于某一優(yōu)先級時，只允許處理機去響應比該優(yōu)先級高的中斷 ,而屏蔽低于或等于該優(yōu)先級的中斷。可以通過置處理機優(yōu)先級來通知硬件：屏蔽優(yōu)先級小于等于處理機優(yōu)先級的中斷。 中斷屏蔽： 指禁止處理機響應中斷或禁止中斷出現(xiàn)。 中斷優(yōu)先級和中斷屏蔽 中斷屏蔽有兩種方法 ： ? 硬件實現(xiàn) —— 由軟件置處理機優(yōu)先級，硬件按系統(tǒng)設計時的約定，屏蔽那些低優(yōu)先級中斷。 ? 軟件實現(xiàn) —— 由軟件按操作系統(tǒng)優(yōu)先級約定 ,設置屏蔽寄存器。 中斷優(yōu)先級和中斷屏蔽 中斷類型 強迫性中斷 正在運行的程序所不期望的，由于某種硬件故障或外部請求引起的。 自愿性中斷 用戶在程序中有意識安排的中斷，是由于用戶在編制程序時因為要求操作系統(tǒng)提供服務，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 ) ? 時鐘中斷 ：由 CPU內(nèi)部的計時器產(chǎn)生 ? 硬件故障中斷 ：如 掉電或內(nèi)存奇偶錯 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)建進程，分配內(nèi)存 ? 信號量操作，發(fā)送 /接收消息 ? 斷點調(diào)試 微機中的中斷 （ IO中斷 ） 。 （ 機器內(nèi)部故障 、 掉電中斷 ） 。 （ 溢出 、 除法錯等中斷 ） 。 （ Trap指令或中斷指令 INT） 。 IBM370中的中斷 1. 機器故障中斷：如電源故障 ， 機器電路檢驗錯等 。 2. 輸入輸出中斷：輸入輸出設備和通道數(shù)據(jù)傳輸狀態(tài) 。 3. 外部中斷：時鐘中斷 ， 操作員控制臺中斷 ， 多機系統(tǒng)中其他機器的通信要求中斷 ， 各種外設或傳感器發(fā)來的實時中斷等 。 4. 程序中斷：程序中的問題引起的中斷 ， 如錯誤地使用指令或數(shù)據(jù) 、 溢出等問題 ， 存儲保護等 。 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)定了要求服務的類型 。 每當 CPU執(zhí)行訪管指令或陷阱指令時 ， 即引起中斷并調(diào)用操作系統(tǒng)相應的功能模塊為其服務 。 中斷響應 CPU如何響應中斷 , 兩個問題： ? CPU何時響應中斷 ？ 通常在 CPU執(zhí)行了一條指令以后 ， 更確切地 ， 在指令周期最后時刻接受中斷請求 ， 或此時掃描中斷寄存器 。 ? 如何知道提出中斷請求的設備或中斷源 ？ 因為只有知道中斷源或中斷設備 ， 才能調(diào)用相應的中斷處理程序 。 中斷響應： 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？ 處理器的控制部件中設一個能檢測中斷的機構(gòu)， 稱為中斷掃描機構(gòu)。 ? 在每條指令執(zhí)行周期的最后時刻掃描中斷寄存器，詢問是否有中斷信號； ? 若無中斷信號，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 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)行周期的最后時刻掃描中斷寄存器，詢問是否有中斷信號 若無中斷信號，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： 一個存放中斷處理程序入口地址和程序運行所需處理機狀態(tài)字的內(nèi)存單元 硬件按中斷號、異常類型的不同通過中斷向量表轉(zhuǎn)移 有的機器中： 將內(nèi)存最低位 128個字保留作為中斷向量表，每個中斷向量占兩個字 中斷向量表 中斷響應示意圖 中斷處理 簡單的中斷處理 典型的處理過程： （ 1） 設備給處理器發(fā)一個中斷信號 。 （ 2） 處理器處理完當前指令后響應中斷 ， 延遲非常短 （ 要求處理器沒有關閉中斷 ） 。 （ 3） 處理器處理完當前指令后檢測到中斷 ， 判斷出中斷來源并向發(fā)送中斷的設備發(fā)送了確認中斷信號 ， 確認信號使得該設備將中斷信號恢復到一般狀態(tài) 。 （ 4） 處理器開始為軟件處理中斷做準備： 保存中斷點的程序執(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相關的狀態(tài)信息，操縱 I/O設備或者在設備和主存之間傳送數(shù)據(jù)等等。 （ 7）中斷處理結(jié)束時，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。