中断时计算机科学中最基本、也是十分重要的一个概念，可以说没有中断概念的引入和应用就不会有今天的计算机，至少不会有搞效率的计算机。

• 一、基本概念
• 二、BIOS中断服务
• 三、DOS中断服务
• 四、中断处理技术
• 五、中断处理程序实例

一、中断：
定义：中断就是使CPU暂时挂起当前正在进行的工作并转向某紧急事件的服务与处理程序（该服务与处理程序称为中断服务程序），在执行完中断服务程序后再返回到被中止的原有工作处的过程。
中断分类：中断按其产生的方式可分为硬件中断和软件中断。硬件中断又分为内部和外部两种。

二、内部硬件中断

 一个字节即一共256个中断，00H~FFH。
定义：内部硬件中断是由某些特殊的指令触发的，例如单步中断、除法出错中断。通常我们所说的硬件中断即指内部硬件中断。
硬件中断举例：在使用DEBUG调试程序时我们经常使用T命令和P命令，而T命令和P命令的执行恰好正是利用了内部硬件中断。

• （1）INT 00H：除法错误中断。
• （2）INT 01H：单步中断，由T命令产生。
  
  • 它的特征是将陷阱标志位TF置位，这样当程序运行时，会在每一条指令的后面产生一个单步中断，从而中止指令的继续执行。
• （3）INT 03H：断点中断，由P命令产生。
  
  • 与INT 01H类似，但不会跟踪进子程序、中断调用等。
• （4）INT 04H：溢出中断。
  
  • 在指令序列中，若上一个指令由于某些特殊原因使溢出标志OF置1，那么当执行溢出中断指令INTO是立即产生中断04H；若OF为0，则INTO不起作用。

三、外部硬件中断

定义：外部硬件中断是指从处理器外部的硬件设备中产生并发向处理器的中断。
分类：分为可屏蔽中断和不可屏蔽中断两种。分别由INTR引脚和NMI引脚的信号来触发。即有2条外部中断请求线。

1、可屏蔽中断–INTR
 可以通过设置中断控制器的屏蔽参数来禁止某些指定的中断。
 可屏蔽中断还可以通过指令CLI（关中断）来禁止CPU响应所有的外部中断。
2、不可屏蔽中断–NMI
 是用来处理一些紧急情况的，如机器掉电等。它不能由用户通过编制软件来屏蔽，一旦CPU接收到NMI引脚上的信号时就必须立即响应，转向NMI的服务程序，硬件将自动完成断点保护及现场保护，且在中断返回时执行一条RETN指令。

四、软中断

定义：严格说来，软件中断是内部中断的一种，是由软件引起的非屏蔽型中断。

1、INT n 指令
 CPU执行INT n指令时，立即产生一个软件中断，中断的类型由指令中的n指明。
应用：因为指令中可以指定任何的类型号，故此指令可以方便地用来调试为外设编好的中断服务程序。
2、中断向量表
 中断过程中很关键的一步是要由中断处理程序对因各种原因触发的相应中断进行处理。因此每一个中断都要对应的有一个中断处理程序。对这些中断进行管理的就是中断向量表了。
（1）中断向量表结构
 中断向量表的长度为1K字节（1024字节），共有256项，每一项4个字节，对应一个中断。也就是说一张表中断最多可对应256个中断（当然，实际上并没有这么多中断，这就为用户自己编制并扩充中断服务程序提供了便利的条件）
 中断向量表在内存中靠前的部分并固定在这个段地址为00H，偏移量为00H~3FFH，即00000H—003FFH的位置。
 中断向量表每项的四个字节存放着该项对应中断的中断处理程序的入口地址。四个字节也就是两个字，高字存放中断处理程序入口地址的段CS，低字存放偏移IP。
（2）中断服务程序的调用
 中断指令INT n 发出以后，就要到向量表中去找其对应的服务程序的地址。
 n* 4所得到的就是中断INT n 所对应的n号中断的四个字节地址在向量表中的首地址。
 由首地址开始的四个连续字节即两个字中顺序存放着其对应中断服务程序的入口地址的偏移和段地址，然后程序跳到此入口地址，并将控制交给中断服务程序。
（3）中断向量表的优点

• 1）便于管理和扩充，就像通过仓库存货单可以找到任何一件存储的物品那样，我们可以通过向量表来找到每一个中断对应的中断服务程序。
• 2）当用户想要编制和使用自己的中断服务程序时，可以先设置中断向量，以确定该中断在中断向量表中的位置，然后将自己编制的中断服务程序（可以是驻留内存的，也可以是非驻留内存的）的地址返回给它在中断向量表中对应位置的两个字中，至此，用户就可以十分方便地为自己建立一个软中断了。

例一：保存5号中断入口，然后重置5号中断的入口

PUSH ES
MOV AX,3505H  ;取中断向量
INT 21H
MOV [OLD_IP],BX ;保存旧的偏移地址
MOV [OLD_ES],ES ;保存旧的段地址
POP ES 
MOV AX,2505H ;重置中断向量
MOV DX,OFFSET INT05H
INT 21H

3、中断类型号的提供
（1）INT 00H ~ 05H自动提供

• INT 00H — 除法错误
• INT 01H — 单步错误
• INT 02H — 非屏蔽中断NMI
• INT 03H — 断点中断
• INT 04H — 溢出中断
• INT 05H — 屏幕打印（拷屏）中断

4、软中断的处理过程
 软中断被响应后，CPU进入中断响应周期。CPU将中断类型号乘以4，得到中断向量表的入口地址，并执行一下动作：

• （1）将标志寄存器压入堆栈。
• （2）用清中断标志（IF）和单步标志（TF）禁止硬件中断，即关中断。
  
  • 所以当我们自己编制中断服务程序时，在程序内必要时可以开中断，即打开由硬件自动关闭的中断允许触发器，使之能够响应更高级的中断。
• （3）将当前代码段寄存器的内容（CS）压栈。
• （4）将当前指令指针（IP）压栈。
  
  • 步骤（3）、（4）的目的是要确保中断处理完毕之后能够正确地返回中断调用者。
• （5）转向中断服务程序入口并将控制交给中断服务程序。

 在中断服务程序执行完后，即CPU接收到IRET指令时，它又将产生以下步骤：

• （1）弹出IP：从堆栈中将保存的指令指针IP由堆栈弹出到IP中。
• （2）弹出CS：将保存的段寄存器内容由堆栈弹出到代码段寄存器中。
• （3）恢复标志寄存器

5、中断服务程序的编写
 中断服务程序可以按各个设备的要求来加以编制，但一般有：

• （1）保护现场（入栈）
• （2）恢复现场（出栈）
• （3）中断返回（IRET）
   说明：软中断指令非常类似子程序调用的CALL指令（即中断的INT 21H指令），但两者之间还是有明显区别的：
• （1）软中断全部都是段间的调用，所以在结束时用IRET返回；
• （2）软中断的IRET指令具有自动恢复断点和标志的功能。

6、软中断的分类
 一般情况下，目前使用的软中断可分为三大类：

• （1）BIOS中断 — 10H ~ 1FH（16个）
  
  • 它主要是提供I/O驱动程序使用，提供了应用程序、DOS与设备的接口功能。用户可以忽略对具体设备硬件上的了解，直接应用这些功能调用完成对具体设备的控制。
• （2）DOS中断 — 20H ~ 3FH（32个）
  
  • 目前使用了其中的20H ~ 27H和2FH，其余的为保留中断。
• （3）自由中断 — 40H ~ FFH（192个）
  
  • 这类中断是由系统或应用程序设置开发的。可以理解为这类中断是系统或应用程序为了完成特定的功能而扩展出来的中断。可以看得出来，系统给自身和应用程序留下了相当大的余地。这类中断是不定。

7、软中断的访问
 软中断的访问在不同的环境中有不同的形式，在这里我们仅仅就汇编语言对软中断的访问讨论一下。用汇编语言申请一个标准DOS或BIOS中断是非常简单的，用户程序通过规定的寄存器与中断服务程序之间进行内定的规范的信息交换。大部分的中断处理程序都有一个入口和一个出口，在入口处用寄存器传入规定的数据，在中断请求完毕之后再通过特定的寄存器传递出返回值。

MOV DL,'A'
MOV AH,02H
INT 21H  ;显示一个字符

一、基本概念

需要CPU中断自己的任务，转而执行I/O设备与存储器之间的数据传送。

二、工作流程

1. 中断请求：中断源向CPU发送中断请求信号。
2. 中断判优：多个中断源同时提出请求时，通过中断判优逻辑响应一个中断源。
3. 中断响应及中断隐指令。
4. 中断服务程序寻址
5. 执行中断服务程序
   

步骤一：中断请求

（1）中断请求分类

• 程序中断方式属于I/O 中断，因此属于外中断。

• 硬件中断：通过外部的硬件产生的中断。硬件中断属于外中断。

• 软件中断：通过某条指令产生的中断，这种中断是可以变成实现的，软件中断属于内中断。
  

（2）中断请求标记

• 每个中断源向CPU发出中断请求的时间是随机的。
• 为了记录中断事件并区分不同的中断源，中断系统需对每个中断源设置中断请求标记触发器INTR，当其状态为“1”时，表示中断源有请求。以方便CPU知道是哪个硬件发起中断请求
• 这些触发器可组成中断请求标记寄存器，该寄存器可集中在CPU中，也可分散在各个中断源中。

步骤二：中断判优

中断判优既可以用硬件实现，也可用软件实现

一般来说，

1. 硬件故障中断属于最高级，其次是软件中断；
2. 非屏蔽中断优于可屏蔽中断；
3. DMA请求优于I/0设备传送的中断请求；
4. 高速设备优于低速设备；
5. 输入设备优于输出设备；
6. 实时设备优于普通设备。

（1）硬件实现

硬件实现是通过硬件排队器实现的，它既可以设置在CPU中，也可以分散在各个中断源中

（2）软件实现

软件实现是通过查询程序实现的。

步骤三：中断响应（中断隐指令）

CPU响应中断必须满足以下3个条件：

1. 中断源有中断请求。
2. CPU允许中断即开中断。
3. 一条指令执行完毕，且没有更紧迫的任务。

（1）外中断

CPU是在统一的时刻，即每条 指令执行阶段结束前 向接口发出 中断查询信号，以获取 I/O 的中断请求，而在每条 指令执行阶段结束时 向接口发出 CPU中断响应。

（2）内中断

内中断的发生跟指令的执行有关，因此可以在任意时间段响应内中断。

（3）工作流程

1. 关中断。在中断服务程序中，为了保护中断现场（即CPU主要寄存器中的内容）期间不被新的中断所打断，必须关中断，从而保证被中断的程序在中断服务程序执行完毕之后能接着正确地执行下去。
2. 保存断点。为了保证在中断服务程序执行完毕后能正确地返回到原来的程序，必须将原来程序的断点（即程序计数器（PC）的内容）保存起来。可以存入堆栈，也可以存入指定单元。
3. 引出中断服务程序。引出中断服务程序的实质就是取出中断服务程序的入口地址并传送给程序计数器（PC）。

步骤四：中断服务程序寻址

不同的设备有不同的中断服务程序，每个中断服务程序都有一个入口地址，CPU必须找到这个入口地址，即中断向量。

【注1】中断向量是中断服务程序的入口地址，中断向量地址是指中断服务程序的入口地址的地址

【注2】为什么不直接给出中断向量（入口地址），而是给出中断向量地址，再由中断向量地址找到中断向量？

answer：中断向量地址可以保持不变，而中断向量可以灵活变动，不受硬件限制。

步骤五：执行中断服务程序

在执行中断服务程序的过程中，对于单重中断和多重中断有不同的处理方法

• 单重中断：执行中断服务程序时不响应新的中断请求。

• 多重中断：又称中断嵌套，执行中断服务程序时可响应新的中断请求。需要用到中断屏蔽技术

中断屏蔽技术主要用于多重中断，CPU要具备多重中断的功能，须满足下列条件。

1. 在中断服务程序中提前设置开中断指令。
2. 优先级别高的中断源有权中断优先级别低的中断源。

每个中断源都有一个屏蔽触发器，所有屏蔽触发器组合在一起，便构成一个屏蔽字寄存器，屏蔽字寄存器的内容称为屏蔽字。屏蔽字设置有以下规则：

1. 一般用‘1’表示屏蔽，0’表示正常申请。
2. 每个中断源对应一个屏蔽字（在处理该中断源的中断服务程序时，屏蔽寄存器中的内容为该中断源对应的屏蔽字）。
3. 屏蔽字中1’越多，优先级越高。每个屏蔽字中至少有一个’1（至少要能屏蔽自身的中断）。

三、程序中断和调用子程序的区别

两者的根本区别主要表现在服务时间和服务对象上不一样

1. 调用子程序过程的时间是已知的；程序中断的时间是随机的
2. 子程序为主程序服务，两者之间是从属关系；程序中断与主程序没有联系，属于平行关系
3. 主程序调用子程序的过程完全属于软件处理过程；中断处理程序需要软硬件的结合
4. 子程序的嵌套由堆栈大小限制，中断嵌套由中断处理优先级（对应中断屏蔽字）限制