原创 基础知识：中断的作用

       在现代计算机系统中，中断系统具有非常重要的作用，它不仅用来管理外部设备，还用来管理处理机自身的各个部分。另外，许多系统软件和用户软件，也往往要借助中断系统才能实现。

　　中断系统的主要作用如下：
　　1．CPU与外部设备并行工作
　　图7.1是CPU与一台外部设备并行工作的时间关系图。现行程序和中断服务程序都是在同一个CPU上执行的，因此，他们必须串行执行。但是，外部设备工作与CPU执行现行程序或执行中断服务程序可以同时进行，使各自的效率得到充分发挥。
图 7.1 CPU与外部设备并行工作的时间关系

　　当CPU在执行现行程序中启动外部设备之后，不需要象程序控制方式那样反复查询外部设备的状态，而能够与外部设备并行工作。当外部设备的数据准备就绪后，主动向CPU发出中断请求。CPU接到外部设备的中断请求后，如果没有更加紧急的任务（如DMA服务等），就暂停正在执行的现行程序，转去执行中断服务程序，为外部设备服务。当中断服务完成之后，再返回到原先的现行程序中继续执行。
　　当有多台外部设备需要同时工作时，CPU可以在不同时刻根据需要分别启动这些外部设备，被启动的外部设备能够与CPU分别同时独立工作。当某一台外部设备的数据准备就绪时，就向CPU发出中断服务请求。如果有多台外部设备同时要求中断服务，CPU能够根据这些外部设备的优先级从高到低分别响应这些中断请求，为外部设备服务。

　　2．能够处理例外事件
　　计算机在运行过程中，可能发生例外事件，如电源掉电、硬件故障、运算溢出、地址越界、非法指令等。依靠程序控制方式根本不可能处理好这些例外事件，因为CPU不可能一直不间断地查询是否有电源掉电，是否发生了硬件故障，如果这样，计算机就什么事也干不了了。
　　采用中断方式，当出现例外事件时，就向CPU发出中断服务请求，CPU可以立即停止执行现行程序，及时处理这些例外事件，避免发生计算错误，或造成更大的损失。

　　3．实现实时处理
　　在实时控制系统中，处理机必须及时响应外部请求，及时处理，否则，可能丢失数据或造成无法弥补的损失。例如，在过程控制中，当出现温度过高、压力过大的情况时，处理机只有通过中断系统才能及时响应并给予处理。

　　4．实现人机联系
　　在计算机工作过程中，我们经常需要了解机器的工作状态，给机器发出各种各样的命令，干预机器的运算过程，抽查中间运算结果等。通常，人们通过键盘、鼠标、或其他终端设备来干预计算机的工作，但是，无论采用何种外部设备，必须通过中断方式才能实现。

　　5．实现用户程序与操作系统的联系
　　一般处理机至少有两种工作状态，当处理机执行管理程序时为管态（或成为系统态、特权态等），当处理机执行用户程序时为目态（或成为用户态）。用户程序必须通过执行访问管理程序的专用指令才能进入操作系统，以完成所要求的管理功能，完成之后再返回到用户程序继续执行，而这一过程必须通过中断系统来实现。

　　6．实现多道程序并行执行
　　目前的绝大多数操作系统均为多任务操作系统，在一个单处理机的计算机系统中，可以有多道程序并行执行。从一道程序切换到另外一道程序，必须通过中断系统才能实现。

　　7．在多处理机系统中，实现处理机之间的联系
　　在多处理机系统中，各个处理机之间的通信和任务切换都要通过中断系统来实现。当外部设备的数量比较多时，也可以通过中断系统把外部设备分配到各个处理机中分别管理。