中断是指在执行程序的过程中,出现外部事件(如硬件故障、设备请求)需要处理时,CPU将暂时中止当前程序执行,转而执行相应的处理程序,处理完之后再回来继续执行原来的程序。
中断处理机制是现代计算机系统中必不可少的重要组成部分之一。计算机监控硬件设备,并在发现中断信号后转入相应的处理程序。这种机制可以帮助计算机完成众多既定的任务,提高运算效率、节省资源以及延长机器寿命。
计算机中的中断可以按多种方式来进行分类。其中最主要的分类有:软中断、硬中断和虚拟中断。
软中断是指由指令产生的中断,具有可屏蔽和不可屏蔽的两种,可屏蔽中断可以被屏蔽掉,不可屏蔽中断则无法被禁用。硬中断是指由计算机系统或外部设备产生的、自动响应的中断,如IO中断、时钟中断等。不同硬件设备通过中断号来区分中断种类,可以通过设备的中断请求来触发中断操作,中断向量表取出相应中断程序的入口地址,转入中断处理程序执行。虚拟中断指的是在虚拟机软件中,由于CPU的架构和操作系统的限制导致的虚拟的Interrupt操作。
中断会在CPU运行的任何时刻发生,并触发系统的中断处理流程。一般来说,中断处理流程包括以下几个步骤:
1)保存现场。中断发生时,将现场CPU的状态保存到系统栈中。
2)关中断。防止在处理中断期间又出现其他中断。
3)处理中断。根据中断号取出中断处理程序的入口地址,并执行程序。
4)恢复现场。将中断前保存的现场状态从栈中恢复,继续原来的执行过程。
中断机制对计算机系统产生了重大影响。使系统能够响应外部事件、及时处理故障与异常事件,提高了系统的可靠性和实时性,扩大了硬件设备和软件的应用范围。但是,过多的中断会耗费大量的CPU资源和内存资源,并会因为中断之间的相互干扰影响系统的性能。因此,针对不同的应用环境和要求,需要合理地配置中断机制,以获得更好的系统性能和响应能力。