概念

中断（Interrupt）是一种硬件或软件机制，用于在计算机系统中处理意外事件或请求。当中断发生时，CPU会暂停当前正在执行的任务，转而处理中断请求。中断可以来自硬件设备（如键盘、鼠标、硬盘等）或软件程序（如系统调用、异常处理等）。

中断的分类

1. 硬件中断

由外部硬件设备发起的中断。例如，键盘按键、鼠标移动、硬盘读写数据完成等。
硬件设备通过特定的中断引脚（如中断请求线IRQ）向CPU发送中断信号。

2. 软件中断

由软件程序主动发起的中断。例如，系统调用（如int0x80在Linux中）或异常处理（如除零错误、非法指令等）。
软件中断通常通过特定的指令（如int指令）或异常触发机制实现。

中断处理过程

当中断发生时，CPU会执行一系列操作来处理中断请求。以下是中断处理的主要步骤:

  1. 中断请求：
    硬件设备或软件程序发起中断请求。硬件中断通过中断引脚发送信号，软件中断通过特定指令触发。
  2. 中断响应：
    CPU检测到中断信号后，会暂停当前正在执行的任务，并保存当前任务的上下文信息（如程序计数器PC、寄存器状态等）。
    CPU通过中断响应信号（如INTA）告知硬件设备已收到中断请求。
  3. 中断处理：
    CPU根据中断向量找到对应的中断处理程序（ISR）。
    中断向量是一个映射表，记录了每个中断号对应的中断处理程序的入口地址。
    CPU跳转到中断处理程序的入口地址，开始执行中断处理程序。
  4. 中断返回：
    中断处理程序执行完成后，CPU恢复之前保存的上下文信息（如恢复程序计数器PC和寄存器状态）。
    CPU返回到被中断的任务，继续执行之前的暂停的任务。

中断的优先级

为了合理的处理多个同时发生的中断，CPU通常会根据中断的优先级来决定处理顺序。优先级较高的终端会优先处理，例如：
在硬件中断时，某些设备的中断可能被赋予更高的优先级（如硬盘中断可能比键盘中断优先级高）
在软件中断中，系统调用的优先级通常高于普通异常处理。

中断的作用

中断机制在计算机系统中非常重要，它允许CPU在处理任务是能够及时响应外部事件或内部异常。例如：
硬件设备交互: 键盘、鼠标、硬盘等设备通过中断向CPU发送数据，确保数据能够及时处理。
系统调用：用户程序通过软件中断请求操作系统服务（如文件操作、进程控制等）。
异常处理：处理程序运行中的异常情况（如除零错误、非法指令等），确保系统的稳定运行。

总结

中断是一种机制，用于在计算机系统用处理时间或请求。当中断发生时，CPU会暂停当前任务，保存上下文信息，执行中断处理程序，然后回复任务继续执行。中断机制使得计算机系统能够高效地处理硬件设备的输入输出操作、系统调用以及异常情况。