408 > ### 计算机组成原理 > #### 中断方式

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一、定位信息

项目	内容
知识单元编号	CO-06-06
所属章节	第六章 总线与I/O系统
核心主题	中断方式的工作原理、中断系统与中断处理流程
考试权重	★★★★（高频重点，选择+大题均可出）
前置知识	CO-06-04 I/O接口、CO-06-05 程序查询方式
后续衔接	CO-06-07 DMA方式

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二、知识点讲解

2.1 中断方式的基本概念

中断（Interrupt） 是指CPU在执行程序过程中，遇到急需处理的事件时，暂时中止当前程序的执行，转去处理该事件（中断服务），处理完毕后返回原程序继续执行的过程。

中断I/O方式 是指外设准备好数据后，主动向CPU发出中断请求（IRQ），CPU响应中断后暂停当前程序，转去执行中断服务程序完成数据传送，传送完毕后返回原程序继续执行。

与程序查询方式的核心区别：中断方式是设备主动通知CPU，程序查询方式是CPU主动查询设备。

2.2 中断的分类

(1) 按中断源分类

类型	来源	示例
外部中断（硬件中断）	CPU外部设备	I/O设备中断、定时器中断、电源故障
内部中断（软件中断/异常）	CPU内部	除法溢出、非法指令、缺页异常、断点

(2) 按是否可屏蔽分类

类型	特点	标志
可屏蔽中断	可通过中断屏蔽字暂时禁止响应	INTR引脚
不可屏蔽中断（NMI）	必须立即响应，无法屏蔽	NMI引脚

(3) 按中断源的优先级分类

• 优先级固定：每个中断源有固定的优先级，高优先级可打断低优先级
• 优先级轮转：中断服务后该设备优先级降为最低

2.3 中断系统的基本组成

一个完整的中断系统需要以下硬件支持：

1. 中断请求触发器：每个中断源一个，记录中断请求信号
2. 中断屏蔽触发器：每个中断源一个，控制是否屏蔽该中断
3. 中断判优逻辑：决定同时多个请求时的响应优先级
4. 中断向量表：存放各中断服务程序的入口地址
5. 中断允许触发器（IF）：CPU中的全局中断使能标志

2.4 中断处理的完整过程

┌────────────────────────────────────┐
│         CPU执行主程序               │
│         （每条指令末尾检查中断）     │
└──────────────┬─────────────────────┘
               │ 检测到中断请求
               ▼
┌────────────────────────────────────┐
│  1. 关中断（IF=0）                  │ ← 防止新中断打断保存现场
├────────────────────────────────────┤
│  2. 保存断点（PC和PSW压栈）         │ ← 保存返回地址和程序状态
├────────────────────────────────────┤
│  3. 识别中断源（判优+确定中断号）    │ ← 确定哪个设备请求中断
├────────────────────────────────────┤
│  4. 保存现场（通用寄存器等压栈）     │ ← 保护被中断程序的运行状态
├────────────────────────────────────┤
│  5. 开中断（IF=1）                  │ ← 允许更高优先级中断嵌套
├────────────────────────────────────┤
│  6. 执行中断服务程序                 │ ← 完成数据传送等操作
├────────────────────────────────────┤
│  7. 关中断（IF=0）                  │ ← 防止恢复现场时被打断
├────────────────────────────────────┤
│  8. 恢复现场（通用寄存器出栈）       │ ← 恢复被中断程序的运行状态
├────────────────────────────────────┤
│  9. 开中断（IF=1）                  │ ← 恢复中断响应能力
├────────────────────────────────────┤
│  10. 中断返回（IRET，恢复PC和PSW）  │ ← 返回断点继续执行
└────────────────────────────────────┘

关键步骤详解：

• 关中断→保存断点→保存现场：这三步必须在关中断状态下完成，否则保存现场过程可能被新中断打断，导致现场保存不完整。
• 开中断：在执行中断服务程序前开中断，允许中断嵌套（更高优先级的中断可打断当前中断服务）。
• 关中断→恢复现场→开中断→中断返回：恢复现场也必须在关中断状态下完成。

2.5 中断判优方式

(1) 硬件判优（优先级排队器）

• 并行优先级编码器：所有中断请求同时输入，硬件直接输出最高优先级的中断号
• 速度快，但硬件成本高

(2) 软件判优（程序查询）

• CPU依次查询各中断源的中断请求触发器
• 速度慢，但灵活、成本低

(3) 菊花链判优

• 类似总线链式仲裁，中断响应信号沿设备链传递
• 离CPU近的设备优先级高

2.6 中断向量与中断向量表

中断向量：中断服务程序的入口地址（或入口地址的指针）。

中断向量表：所有中断向量集中存放在内存的一个连续区域中。

• x86系统：中断向量表位于内存最低1KB（0x000~0x3FF），共256个表项，每项4字节（CS:IP）
• 每个中断源有一个中断类型号（0~255），作为中断向量表的索引

中断向量法的寻址过程：

1. 中断源提供中断类型号 n
2. CPU计算中断向量地址 = n × 4（x86中每项4字节）
3. 从该地址取出中断服务程序的入口地址（CS和IP）
4. 跳转到中断服务程序执行

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三、记忆辅助

1. 中断处理十步口诀："关保识保开关恢关开返"——关中断→保存断点→识别中断源→保存现场→开中断→执行服务→关中断→恢复现场→开中断→中断返回。

2. 两次关中断的必要性：

   • 第一次关中断：保护"保存现场"过程不被打断
   • 第二次关中断：保护"恢复现场"过程不被打断
   • 口诀："存恢都要关"

3. 断点 vs 现场：

   • 断点 = PC + PSW（程序计数器和程序状态字，即"从哪里回来"）
   • 现场 = 通用寄存器内容（即"回来后继续干活需要的工具"）
   • 口诀："断点是地址，现场是数据"

4. 中断向量表 = "电话簿"：中断类型号是"姓名"，中断向量（入口地址）是"电话号码"。查电话簿（向量表）就能找到号码（入口地址）。

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四、例题精解

例题1

题目：在中断处理过程中，下列操作的正确顺序是（ ）。 ① 保存断点 ② 保存现场 ③ 开中断 ④ 关中断 ⑤ 执行中断服务程序 ⑥ 中断返回 A. ④①②③⑤③⑥ B. ④①②③⑤⑥ C. ①④②③⑤⑥ D. ④②①③⑤⑥

四步解题：

Step 1 审题：确定中断处理各步骤的正确顺序。

Step 2 知识定位：标准中断处理流程：关中断→保存断点→保存现场→开中断→执行服务→关中断→恢复现场→开中断→中断返回。

Step 3 逐项分析：

• A：④①②③⑤③⑥ → 关→断点→现场→开→服务→开→返回。缺少恢复现场步骤，且多了一个开中断，但题目选项中⑥代表中断返回，A中中③⑤③表示"开→服务→开"，中间缺少关中断和恢复现场。
• B：④①②③⑤⑥ → 关→断点→现场→开→服务→返回。缺少恢复现场和最后的开中断，不完整。
• C：①④②③⑤⑥ → 断点→关→现场→开→服务→返回。先保存断点再关中断，错误（应先关中断再保存断点）。
• D：④②①③⑤⑥ → 关→现场→断点→开→服务→返回。先保存现场再保存断点，错误（应先保存断点再保存现场）。

重新审视选项，A的③⑤③可以理解为"开中断→执行服务→关中断"（服务过程中的开中断和结束时的关中断），但缺少明确的恢复现场。实际上选项A最接近完整流程：④(关)①(断点)②(现场)③(开)⑤(服务)③(关+恢复)⑥(返回)。

Step 4 答案：A（最接近正确流程的选项）

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例题2

题目：某系统有4个中断源D1、D2、D3、D4，优先级从高到低为 D1>D2>D3>D4。中断服务程序执行时间分别为：D1=10μs，D2=20μs，D3=15μs，D4=5μs。在t=0时刻，D2和D3同时请求中断；在t=8μs时刻，D1请求中断。画出中断处理的时间线，并计算CPU返回主程序的时刻。

四步解题：

Step 1 审题：多中断嵌套场景，需要按优先级处理。

Step 2 知识定位：

• 高优先级中断可打断低优先级中断服务（中断嵌套）
• 同时请求时响应优先级高的

Step 3 时间线分析：

t=0：D2和D3同时请求，D2优先级高 → 响应D2，开始D2的服务程序

t=8：D1请求中断，D1优先级 > D2 → D2被打断，保存D2现场，转去执行D1

t=8~18：执行D1服务程序（10μs）

t=18：D1服务完成，恢复D2现场，继续D2服务

t=18~30：继续执行D2剩余服务（20μs - 8μs已完成 = 12μs剩余）

t=30：D2服务完成，检查D3请求 → 响应D3

t=30~45：执行D3服务程序（15μs）

t=45：D3服务完成，无其他中断 → 返回主程序

时间线：

t=0    t=8    t=18        t=30        t=45
|---D2---|--D1--|---D2续---|---D3---|→返回主程序
         (被打断) (恢复继续)

Step 4 答案：CPU返回主程序的时刻为 t=45μs。

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五、考情分析

维度	分析
出题频率	近10年约出现12-15次，高频重点
题型	选择题（中断流程辨析、中断判优）、综合题（中断嵌套时间分析）
难度	★★★★（中断嵌套分析较复杂）
考查重点	中断处理流程的顺序；中断嵌套的时间分析；中断向量寻址；断点与现场的区别
命题趋势	中断嵌套时间线分析是综合题热门；与DMA方式对比是选择题常考

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六、易错点

1. 断点保存和现场保存的顺序：必须先保存断点（PC+PSW），再保存现场（通用寄存器）。顺序不能颠倒，因为保存断点是硬件自动完成的（压栈），保存现场是中断服务程序开头由软件完成的。

2. 中断嵌套的关键：在执行中断服务程序之前要开中断，否则更高优先级的中断无法打断当前服务。但如果系统不允许嵌套，则服务期间保持关中断状态。

3. "中断请求"≠"中断响应"：中断请求是设备发出的信号；中断响应是CPU决定处理该中断。CPU可能因中断屏蔽、关中断等原因不响应请求。

4. 中断向量表的地址计算：中断向量地址 = 中断类型号 × 每项字节数。x86中每项4字节，所以类型号n的向量地址 = n×4。不要忘记这个乘法。

5. 软件中断（INT指令）也是中断：INT n指令会触发中断类型号为n的中断处理，走中断向量表的完整流程，不要以为只有硬件才能触发中断。

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七、来源标注

来源	说明
《计算机组成原理》（唐朔飞）	第8章 I/O系统，程序中断方式
《计算机组成原理》（蒋本珊）	第7章 中断方式
408统考大纲	第六章 总线与I/O系统 - 程序中断方式
历年真题	2009-2025年408真题高频考点