中断控制方式工作原理

中断是计算机系统中一种重要的机制，它可以在计算机执行任务时，由外界来引起处理器的主动停止工作，切换并处理外界发送过来的事件，完成相应的工作后再返回之前的执行程序继续工作。这种机制提高了计算机系统的效率和可靠性。那么，中断控制方式是如何工作的呢？

一、中断控制的基本原理

中断控制的核心是中断请求与中断响应。在计算机执行用户程序的过程中，系统可能遇到I/O设备请求、内存地址异常、机器故障等需要CPU支持的事件，这时设备硬件或软件会向CPU发送中断请求。CPU接收到中断请求后，立即将正在运行的程序状态保存入当前程序状态字节（PSW），从中断向量表中查找中断处理程序执行。处理程序能够对请求事件进行相应处理，如数据传输、状态信息处理等。处理完成后，处理程序通过修改PSW的内容来恢复被中断程序的状态并返回，等待程序继续执行。

二、中断处理的优先级

在中断控制方式中，不同的中断信号需要进行优先级的区分，执行不同的中断程序。中断的优先级由硬件决定，通常有两种方式：固定式中断优先级和可编程式中断优先级。其中固定式中断优先级以设备的物理位置为依据来分配优先级，而可编程式中断优先级可通过编程设置来调整。这样调整中断优先级可以控制某些中断的抢占控制，保证重要的中断能得到优先处理，提高系统性能。

三、中断向量与中断接收器

中断向量表是一个存储中断信息的数据结构，用于指向中断处理程序的入口地址。当CPU接收到中断请求后，它会在向量表中查找中断号对应的中断处理程序入口地址并执行。在现代计算机中，中断向量表通常由软件或硬件实现，中断请求也可以分为外部中断和内部中断。外部中断是指由外界设备向CPU发送中断请求，而内部中断则是由CPU内部的错误引发。

中断接收器是中断控制系统的一部分，它的作用是进行中断信号的识别、过滤和处理。其中，中断信号的优先级以及可屏蔽性是中断接收器的两个关键属性。最常用的中断接收器实现方式是级联集成电路，还有使用芯片定制中断接收器。

四、实现中断控制的技术手段

中断控制的实现需要多种技术手段。目前，CPU的中断控制机制大致分为硬件中断方式和软件中断方式。硬件方式的中断控制是指当外部中断信号到达时，硬件通过识别中断并调用相应的中断服务程序来完成中断处理。而软件方式的中断控制则是通过指令的执行来完成对中断处理的控制。另外，还有一些辅助技术手段，如异步中断、中断向量表等。

五、中断控制的应用

中断控制技术广泛应用于各种计算机系统中，包括个人电脑、服务器、嵌入式系统等。在个人电脑中，常用的中断包括键盘中断、鼠标中断等。服务器中，中断控制方式主要用来完成各种数据传输、存储管理等任务。而在嵌入式系统中，中断控制则被用来处理各种实时事件，例如按键等。

综上所述，中断控制方式在计算机系统中扮演着重要的角色。通过中断控制方式，计算机能够有效地响应外部事件，并且极大地提高了计算机系统的效率和可靠性。同时，中断控制方式需要通过合理的优先级设置、中断接收器选择、中断方式实现等多种技术手段来支持实现。