外围设备的中断请求及用中断来实现实时处理

我就是我 2024-04-03 10:33 43阅读 0赞

[CSDN话题挑战赛第2期][CSDN_2]  
参赛话题：[学习笔记][Link 1]

**目录**

一、外围设备的中断请求

二、用中断来实现实时处理

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## 一、外围设备的中断请求 ##

**IRQ(Interrupt Request)** 代表的就是中断请求。IRQ用来暂停当前正在运行的程序，并跳转到其他程序运行的必要机制。该机制被称为 **处理中断**。中断处理在硬件控制中担当着重要的角色。因为如果没有中断处理，就有可能无法顺畅进行处理的情况

从中断处理开始到请求中断的程序(中断处理程序)运行结束之前，被中断的程序(主程序)的处理是停止的。这种情况就类似于在处理文档的过程中有电话打进来，电话就相当于中断处理。假如没有中断处理的发生，就必须等到文档处理完成后，才能够接听电话。由此可见，中断处理有着巨大的价值，就像是接听电话后返回原来的文档作业一样，中断程序处理完成后，也会返回到主程序中继续

中断请求示意图：

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**实施中断请求的是连接外围设备的I/O控制器，负责实施中断处理的是CPU**，外围设备的中断请求会使用不同于 I/O端口的其他编号，该编号称为 **中断编号**。在控制面板中查看软盘驱动器的属性时，IRQ处现实的数值是 06，表示的就是用06号来识别软盘驱动器发出的请求。还有就是操作系统以及 **BIOS** 则会提供响应中断编号的中断处理程序

> BIOS（Basic Input Output System）：位于计算机主板或者扩张卡内置的ROM中，里面记录了用来控制外围设备的程序和数据

假如有多个外围设备进行中断请求的话，CPU需要做出选择进行处理，为此，我们可以在I/O控制器和CPU中间加入名为 **中断控制器** 的IC来进行缓冲。中断控制器会把从多个外围设备发出的中断请求有序的传递给CPU。中断控制器的功能相当于就是缓冲。下面式中断控制器功能的示意图

中断控制器的功能：

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CPU在接受到中断请求后，会把当前正在运行的任务中断，并切换到中断处理程序。中断处理程序的第一步处理，就是把CPU所有寄存器的数值保存到内存的栈中。在中断处理程序中完成外围设备的输入和输出后，把栈中保存的数值还原到CPU寄存器中，然后再继续进行对主程序的处理

假如CPU寄存器数值还没有还原的话，就会影响到主程序的运行，甚至还有可能会使程序意外停止或发生运行时异常。还是因为主程序在运行过程中，会用到CPU寄存器进行处理，这时候如果突然插入其他程序的运行结果，此时CPU必然会受到影响。所以，在处理完中断请求后，各个寄存器的值必须还原。只要寄存器的值保持不变，主程序就可以像没有发生任何事情一样继续处理

请求中断的处理：

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## 二、用中断来实现实时处理 ##

中断是指计算机运行过程中，出现某些意外情况需主机干预时，机器能自动停止正在运行的程序并转入处理新情况的程序，处理完毕后又返回原被暂停的程序继续运行

在程序的运行过程中，几乎无时无刻都会发生中断，其原因就是为了实时处理外部输入的数据，虽然程序也可以在不会中断的基础上处理的外部数据，但是那种情况下，主程序就会频繁的检查外围设备是否会有数据输入。由于外围设备会有很多个，因此有必要按照顺序来调查。按照顺序检查多个外围设备的状态称为 **论询** 。对于计算机来说，这种采用轮询的方式不是很合理，如果你正在检查是否有鼠标输入，这时候发生了键盘输入该如何处理呢？结果必定会导致文字的实时处理效率。所以即时的中断能够提高程序的运行效率

上面只是中断的一种好处，下面汇总一下利用中断能够带来的正面影响：

> ● 提高计算机系统效率。计算机系统中处理机的工作速度远高于外围设备的工作速度。通过中断可以协调它们之间的工作。当外围设备需要与处理机交换信息时，由外围设备向处理机发出中断请求，处理机及时响应并做相应处理。不交换信息时，处理机和外围设备处于各自独立的并行工作状态
> 
> ● 维持系统可靠正常工作。现代计算机中，程序员不能直接干预和操纵机器，必须通过中断系统向操作系统发出请求，由操作系统来实现人为干预。主存储器中往往有多道程序和各自的存储空间。在程序运行过程中，如出现越界访问，有可能引起程序混乱或相互破坏信息。为避免这类事件的发生，由存储管理部件进行监测，一旦发生越界访问，向处理机发出中断请求，处理机立即采取保护措施
> 
> ● 满足实时处理要求。在实时系统中，各种监测和控制装置随机地向处理机发出中断请求，处理机随时响应并进行处理
> 
> ● 提供故障现场处理手段。处理机中设有各种故障检测和错误诊断的部件，一旦发生故障或错误，立即发出中断请求，进行故障现场记录和隔离，为进一步处理提供必要的依据

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