中断是计算机中一种硬件机制,指在CPU执行某个任务时,暂停当前任务并执行另一个重要任务的过程。中断以一种异步的方式出现,它可能是内部产生的(如输入输出设备的状态改变)或外部引起的(如电源故障或人工干预等)。
中断是计算机操作系统的核心机制,因为它通过扮演从硬件到软件之间的桥梁,允许不同设备和程序之间共享处理器时间,实现了并行处理。
中断可分为软中断(software interrupt)和硬中断(hardware interrupt)两种类型。
软中断是由程序员在程序中调用指令中断产生的,可以看作是一种人为生成的中断,常用来执行操作系统的系统调用,如文件读写和网络通信等。
硬中断是由硬件设备产生的中断,例如键盘、鼠标和网络卡等外部设备发出的中断。
另外,在多任务操作系统中,还有一种特殊的中断称为抢占式中断(preemptive interrupt),它指的是中断可以打断CPU正在执行的任务,但只有当CPU完成正在执行的任务后才会处理中断请求。这种中断通常用于实现实时任务以及操作系统的任务调度。
中断机制使得处理器可以实现高效的异步处理,处理过程大致分为以下几个步骤:
1. 当一个设备需要处理时,它会向CPU发送一个中断请求。
2. CPU根据中断的优先级来确定需要先处理哪个中断请求。
3. 处理中断请求前,CPU会先保存当前任务的现场信息(如程序计数器和寄存器等)。
4. CPU执行相应的中断处理程序(也称为中断服务程序)。
5. 中断服务程序完成后,CPU重新加载原任务的现场信息,继续执行原任务。
中断是CPU能够高效地实现多任务处理的核心机制。使用中断,可以快速响应外部设备请求,避免了CPU不必要的忙等待过程,充分释放了CPU的处理能力。
另外,中断还可以优化处理器的能效,因为它可以避免在等待外部设备响应时,处理器一直占用过多的时间。
总的来说,中断机制在提高计算机处理效率的同时,也保障了外部设备和计算机系统的正常交互。