中斷
名稱
簡介
中斷是計算機中的一個十分重要的概念，在現代計算機中毫無例外地都要採用中斷技術。什麼是中斷呢？ 可以舉一個日常生活中的例子來說明，假如你正在給朋友寫信，電話鈴響了。這時，你放下手中的筆，去接電話。通話完畢，再繼續寫信。這個例子就表現了中斷及其處理過程：電話鈴聲使你暫時中止當前的工作，而去處理更為急需處理的事情（接電話），把急需處理的事情處理完畢之後，再回頭來繼續原來的事情。在這個例子中，電話鈴聲稱為「中斷請求」，你暫停寫信去接電話叫作「中斷響應」，接電話的過程就是「中斷處理」，相應地，在計算機執行程序的過程中，由於出現某個特殊情況（或稱為「事件」），使得暫時中止現行程序，而轉去執行處理這一事件的處理程序，處理完畢之後再回到原來程序的中斷點繼續向下執行，這個過程就是中斷。計算機為什麼要採用中斷為了說明這個問題，再舉一例子。假設你有一個朋友來拜訪你，但是由於不知道何時到達，你只能在大門等待，於是什麼事情也幹不了。如果在門口裝一個門鈴，你就不必在門口等待而去干其它的工作，朋友來了按門鈴通知你，你這時才中斷你的工作去開門，這樣就避免等待和浪費時間。計算機也是一樣，例如打印輸出，ＣＰＵ傳送數據的速度高，而打印機打印的速度低，如果不採用中斷技術，ＣＰＵ將經常處於等待狀態，效率極低。而採用了中斷方式，ＣＰＵ可以進行其它的工作，只在打印機緩衝區中的當前內容打印完畢發出中斷請求之後，才予以響應，暫時中斷當前工作轉去執行向緩衝區傳送數據，傳送完成後又返回執行原來的程序。這樣就大大地提高了計算機系統的效率。 什麼是中斷的優先級我們仍然可以舉例說明中斷優先級的概念。在上面的例子中，如果在電話鈴響的同時，門鈴也響了，那麼你將在「接電話」和「開門」這兩個中斷請求中選擇，先響應哪一個請求。這就有一個誰優先的問題。如果「開門」比「接電話」重要（或者說「開門」比「接電話」的優先級高），那麼就應該先開門，然後再接電話，接完電話後再回頭來繼續寫信。這就是說，當同時有多個中斷請求時，應該先響應優先級較高的中斷請求。此外，如果在響應一個中斷，執行中斷處理的過程中，又有新的中斷事件發生而發出了中斷請求，應該如何處理也取決於中斷事件的優先級。當新發生的中斷事件的優先級高於正在處理的中斷事件時，又將中止當前的中斷處理程序，轉去處理新發生的中斷事件，處理完畢才返回原來的中斷處理。在上面的例子中，我們假設「開門」比「接電話」的優先級高。在你寫信時，電話鈴響了，你去接電話，在通話的過程中，門鈴又響了。因為「開門」的優先級高，你只能讓通話的對方稍等，放下電話去開門。開門之後再回頭繼續接電話，通話完畢再回去繼續寫信。而如果「開門」比「接電話」的優先級低，那麼在通話的過程中門鈴響了也可以不予理睬，通話結束再去開門。當然，在日常生活中，誰也不會為「開門」和「接電話」規定一個優先級別的高低。但是在計算機中，各種中斷事件很多，其優先級都有規定，否則就會亂套。在計算機中，中斷事件的優先級是根據事件的實時性、重要性和軟件處理的方便性來安排的。中斷的屏蔽中斷屏蔽也是一個十分重要的功能，所謂中斷螢幕蔽是指通過設置相應的中斷屏蔽位，禁止響應某個中斷。這樣作的目的，是保證在執行一些重要的程序中不響應中斷，以免造成遲緩而引起錯誤。例如，在系統啟動執行初始化程序時，就屏蔽鍵盤中斷，使初始化程序能夠順利進行。這時，敲任何鍵，都不會響應。當然對於一些重要的中斷是不能屏蔽的，例如重新啟動、電源故障、內存出錯、總線出錯等影響整個系統工作的中斷是不能屏蔽的。因此，從中斷是否可以被屏蔽來看，可分為可屏蔽中斷和不可屏蔽中斷兩類。中斷是怎樣分類的產生中斷請求的設備或事件稱為「中斷源」。從中斷源來看，中斷一般可分為三類：（１）由計算機硬件異常或故障引起的中斷，也稱為內部異常中斷。（２）由程序中執行了中斷指令引起的中斷，也稱為軟中斷。（３）外部設備（如輸入輸出設備）請求引起的中斷，也稱為外部中斷或Ｉ／Ｏ中斷。在這三類中斷中，外部中斷我們接觸得最多。下面我們來作進一步的介紹。中斷控制器和中斷通道因為每個設備都要使用中斷，每個設備也就需要一個傳送中斷請求的通道。而ＣＰＵ中只有一條接收中斷請求的引腳，因此需要有一個機構來收集各個設備產生的各種中斷請求，並按優先級排列送給ＣＰＵ。這個機構稱為中斷控制器。早期的中斷控制器是一片８２５９集成晶片，可以接收８個中斷請求信號，也就是可以有８個中斷通道。ＰＣ機允許使用１５個中斷通道，因此需要兩片８２５９晶片。現在的微機仍然維持了這個結構，不過８２５９晶片已不是獨立的晶片，而被進一步集成到其它的大規模晶片中了。兩片８２５９之間用級聯的方法連接起來，即一片８２５９的輸出連接到另一片８２５９的輸入端。因此實際可以使用的中斷通道只有１５個由於每個設備都要佔用一個中斷通道，如果有兩個或兩個以上的設備佔用了相同的通道時就會發生衝突，使得設備不能正常工作甚至死機。因此在安裝新的設備時，一定要選擇那些還沒有被佔用（保留）的中斷通道，否則就會引起衝突。選擇中斷通道一般是通過改變適配卡上的跳線來實現的。很多微機在安裝聲卡或電影卡時沒有正確地選擇好中斷通道，造成衝突後不能工作。對於有即插即用功能的微機和適配卡，能夠自動地選擇未被佔用的通道，就不需要我們去設置了。
