中断系统是计算机系统中用于响应和处理中断/异常的重要机制,其实现涉及硬件和软件两个层面的协同工作。具体分析如下:
一、系统层次划分
硬件子系统 负责检测中断事件并触发中断信号。例如,I/O设备完成数据传输、定时器超时或硬件故障等情况下,通过中断线或中断向量表通知CPU。不同计算机体系结构的中断装置存在差异,如中断控制器、中断向量表等。
软件子系统
负责响应中断请求并执行相应的处理程序。当硬件子系统触发中断后,CPU暂停当前任务,通过中断向量表定位中断服务程序(ISR),执行完毕后恢复原任务。
二、工作流程
中断请求
硬件设备通过中断装置发送中断信号,通知CPU有事件需要处理。
中断响应
CPU暂停当前指令执行,保存现场信息,跳转至中断服务程序入口地址(通常由中断向量表指定)。
中断处理
ISR 执行具体操作,如数据传输完成后的处理、错误检测与修复等。
中断返回
处理完毕后,CPU恢复现场信息,重新执行被中断前的任务。
三、典型实现方式
中断控制器: 统一管理中断请求,进行优先级判断和中断分发。 中断向量表
四、注意事项
中断响应时间需控制在CPU周期内,避免影响系统整体性能;
多任务环境下需合理设计中断优先级,防止优先级反转等问题。
综上,中断系统通过硬件与软件的协同工作,实现高效的事件响应与处理,是现代计算机系统的核心组成部分。