19、计算机体系结构：通用特性解析

计算机体系结构：通用特性解析

1. 中断机制概述

中断是第三代计算机实现的第四大主要编程概念。对于CPU而言，中断待处理信号可能来自内部或外部。不过，在CPU能够接受待处理的中断请求之前，F寄存器中的IF（中断允许标志）位必须被置位。若IF位为0，CPU会暂时忽略该中断信号，且中断待处理信号在CPU采取进一步行动之前不会消失。

当中断发生时，硬件机制会被激活，迫使当前程序交出控制权，CPU会执行上下文切换。在微型计算机中，CPU切换PC（程序计数器）和SR（状态寄存器），这被称为部分上下文切换；在大型机中，切换整套工作寄存器的过程则被称为完全上下文切换。但真正完整的运行环境还包括内存中的代码和磁盘上的数据。任务被定义为基本计算单元，其资源由操作系统分配。在中断期间，CPU会保存当前任务的旧环境，并从低内存地址（也称为中断向量）加载新环境。中断对于保护系统免受崩溃和提高吞吐量是必要的，有了中断，CPU操作和I/O操作可以同时进行。

2. 中断处理流程

当中断条件出现后，控制权会传递给操作系统中的中断处理程序（IH）。若工作寄存器组未被切换，IH会将工作寄存器保存到栈中，分析原因，然后将控制权传递给中断服务例程（ISR）。在上下文切换期间，为避免混淆，会暂时禁用进一步的中断。中断处理完成后，控制权会传递给调度程序（即任务调度器），由其选择下一个要执行的任务。

在新的SR中，会设置一个特殊位来表明机器处于管理状态，此时只能执行一组特权指令。这些特权指令是为系统控制设计的，应用程序员无法访问，例如修改SR、中断另一个I/O处理器、从中断返回等。如果设计了一个单独的I/O处理器来运行操作系统的任务管理例程，那么I/O处理器上的所有指令都是特权指令