程序中断

前言

输入输出系统是指我们电脑上的键盘，鼠标，硬盘，打印机等设备。输入输出系统有三种方式向主机之间进行数据传输。
一种是程序查询方式，这种方式要求cpu必须停下手中的工作，不断等待I/O系统的进行。这就好比树懒请求闪电侠送东西。闪电侠处理东西只要1秒钟，而要等待树懒说十分钟的话。

这显然是一种浪费CPU资源的一种方式。优点是硬件结构简单。
第二种是DMA方式，这在我们上次讲三总线结构的时候说过。DMA传输方式由一个专门的DMA控制器负责。并且通过DMA总线传输，不会干扰其他CPU工作的进行。只有DMA在传输完一大段数据时（如1kb）,才像CPU报告工作情况。

DMA方式适用于磁盘等大批量数据的输入输出系统。
还有一种是中断方式。我们说程序查询方式比较浪费CPU资源，而DMA方式只适用于磁盘等大量数据的I/O设备。所以中断方式应用于键盘鼠标等少量数据的I/O设备。中断方式是在CPU执行现行工作过程中，如果出现键盘输入或者鼠标点击等事件，CPU暂停处理现行程序并保存当前环境（打断点）。然后转而去处理I/O输入，在处理完毕后CPU又自动返回现行程序的断点处，继续执行现行程序。这样使得CPU不必一直等待键盘鼠标的输入输出，提高了CPU的效率。程序查询方式像是监视器模式，而中断方式像是观察者模式。
中断不但应用于I/O设备，也应用于各种程序异常，如地址非法，校验错误，算术溢出错误，除数为0等异常。

指令周期

我们将一条指令执行周期按功能分为不同的部分。

根据PC的地址从主存中取指令到IR中称为取指周期。
根据指令的地址码从内存中取操作数成为间址周期。
根据指令执行相应的操作（如加减乘除）称为执行周期。
处理中断请求称为中断周期。

一个指令经历取指周期，间址周期，执行周期，中断周期才能成为一个指令周期。

中断判优

终端系统在任意时刻只能处理一个中断请求。由于多个中断源提出中断请求的时间是随机的，因此当多个中断源同时提出请求时，需要通过中断判优逻辑确定响应那个中断源的请求。例如故障中断的优先级最高，然后是I/O中断。

中断隐指令

CPU相应中断后，经过某些操作，转去处理中断请求。这些操作是由硬件直接实现的，我们将这些操作统一称为中断隐指令。中断隐指令不是一条真正的指令，而是在处理中断前执行的一系列步骤。
中断隐指令过程如下：
1.关中断。在执行中断隐指令时，为了保证不被别的中断程序所打断，执行关中断操作。关中断操作保证不再接受中断请求，从而保证了中断隐指令是一个原子操作。
2.保存断点。为了保证在处理完中断请求后能正确的放回到原来的程序，必须将原来程序的断点保存起来，如保存程序计数器PC的内容。
3.引出中断服务程序。引出中断服务程序的实质是，取出中断服务程序的入口地址并传送到程序计数器PC中。
中断处理过程

保护现场及屏蔽字。进入中断服务程序后首先要保存现场，现场信息一般是指CPU的一些寄存器的内容。
开中断。允许优先级更高的中断请求，实现中断嵌套。
执行中断服务。
关中断，保证在回复现场和屏蔽字时不被中断。
回复现场和屏蔽字。将现场和屏蔽字回复道原来的状态。
开中断和中断返回。中断服务程序的最后一条指令一般是一条中断返回指令，使其返回到原程序的断点处，以便继续执行原程序。