计算机组成
9 中断和异常
9.4 中断的处理过程
那我们现在可以放心大胆地进行运算了。算，算，算，一旦遇到了一个异常情况，我们就根据这个异常情况的类型，去查找这个手册最前面的表格。假如我们遇到的可能是第四种类型，我们找到第四条，上面写着操作方法在第十二页。翻到第十二页，好，找到了。那么按照这个操作方法一步一步往下执行，就把这问题给解决了。然后呢，我们就可以继续刚才的运算了，对不对？可是我刚才是在哪一页进行的运算？这在哪儿呢？我怎么回到刚才的运算呢？
我们先来看一看在CPU内部是如何检测中断的。我们就以x86的实模式为例。在CPU内部，会有中断的处理电路。如果在运算时发生了异常的情况，比如出现除法错误，运算器就会产生相应的中断信号。如果遇到其他指令产生的中断，就会产生其他对应的控制信号。那这些中断都是和正在运行的程序本身有关的，所以我们叫它软件中断，或者是内部中断。
那还有来自CPU外部的中断。这些外设有可能是键盘、网络、打印机，等等。当键盘按键，或者有收发网络包的情况，这些外设的芯片或者板卡就会通过主板上的物理连线，发出中断请求信号。这些信号最终都会连接到CPU内部。不管来源是哪里，CPU检测到了中断请求信号，就会进行处理。
中断处理的过程是这样的。首先，CPU会关闭中断响应，也就是不再接受后面其他的外部中断请求了。注意，只是不接收外部中断请求。然后将发生中断处的这个指令的地址保存到栈中，也就是内存当中的一个区域，这个信息必须要保存好，以便于处理完中断后可以正确地返回当前的程序继续执行。那究竟是保存发生中断的这条指令的地址，还是发生中断的这条指令之后的一条指令的地址，这和这个中断具体的类型会有关系。第三步则由CPU识别中断的来源，确定中断类型号，从而能够找到相应的中断服务程序的入口地址。
这三步一般都是由硬件自动完成的。
第四步是保存现场，也就将中断服务程序中可能会改变的寄存器先压栈，也就是放到内存中保存起来。为什么要这么做呢？我们来看一个例子。
在这个主程序片段中，我们假设执行到这条除法指令的时候发生了中断。这时就会调用中断服务程序。我们假设在这中断服务程序当中，有 add cx,dx 这么一条指令，它会改写CX寄存器的值。
如果我们没有对CX寄存器进行保护的话，在中断返回之后，CX寄存器的内容就已经改变了。然后回到主程序继续往下执行时，这个CX寄存器的内容，就不再是主程序中之前传到CX寄存器中的内容了。这样就会导致主程序的错误。所以，在中断服务程序中，如果要用到CX寄存器，就应该先进行压栈，把当前CX寄存器的值保存到存储器中，然后在中断返回之前，再执行弹栈的操作。这样中断返回之后，CX寄存器的内容就没有变化，不会影响主程序的运行。
然后第五步，就是执行这个中断服务程序的主体内容。而且在中断服务程序中，可以在适当的时候重新开放中断，以便响应其他高优先级的外部中断。以免中断服务程序本身要执行比较长的时间，造成有高优先级的外部中断长时间无法得到响应。
那如何在中断服务程序当中，重新开放中断呢？
那这就涉及到对标志寄存器的操作。在标志寄存器当中有一些标志位是状态标志，状态标志一般情况下，是由硬件设置，然后由软件读取。例如进位标志，就是在运算器产生进位时，由硬件自动设置，然后由软件的指令读取出来，可能会进行相关的累加操作。而另一类标志称为控制标志，这些标志通常是由软件进行设置，然后硬件电路根据这些标志设置的不同，而执行不同的功能。
标志寄存器的第九位就是中断标志。
IF这个标志控制对可屏蔽中断的响应。
外部中断分为两大类，一类是可屏蔽中断，一类是非屏蔽中断。IF标志只对外部中断当中的可屏蔽中断起作用。如果IF等于1，那就允许CPU响应可屏蔽中断请求；如果IF等于0，那就不允许CPU响应可屏蔽中断请求。那怎么设置IF标志位的值呢？
有两条指令。STI指令就是把IF位置为1，而CLI指令就是把IF标志位清零。这两条指令都是没有操作数的指令。当然，IF指令对非屏蔽中断和内部中断都是不起作用的。
然后我们来看中断处理过程的最后一步，那就是恢复现场并且返回主程序继续运行。
返回主程序就需要执行中断返回指令。中断返回指令它可以不带操作数，那么IRET这条指令的操作，就是从当前的栈顶弹出三个字，分别送到IP、CS和FLAGS寄存器当中去。IRET这条指令是放在中断服务程序的末尾，在中断调用时，CPU中的硬件电路会将这三个寄存器的值压入栈中。所以，在执行中断返回指令时，也会由硬件从栈顶弹出这三个字，再放回到这三个寄存器当中，当CS和IP寄存器改变之后，下一条指令就会回到程序发生中断的地方继续执行了。
当然我们也注意到，IRET这条中断返回指令操作的是CS和IP寄存器。在32位和64位的x86中，指令指针寄存器，又被扩展为EIP和RIP寄存器，它们的宽度都是不一样的。所以，后来又有了不同的对应的指令。
我们再用一个图示来看一看刚才介绍的中断处理的过程。我们就以内部中断为例。
当CPU执行到某条指令，例如就是这条指令，如果此时发生中断，CPU内部就会产生中断信号，相关的中断处理电路会判断中断的来源，并产生中断类型号。CPU的硬件电路会将CS和IP寄存器压栈，这样就保存好了处理完中断后要返回的地址。同时硬件上还会将FLAGS寄存器压栈，以便保存好当前的各项标志，以免中断处理程序当中，有些指令会改变程序的标志位。在硬件上还会清除IF标志位，以起到关中断的作用。然后根据中断类型号，找到对应的中断向量，也就是新的CS和IP的值，并以此更新CPU当中的CS和IP寄存器。当完成这个操作后，CPU就会转到中断服务程序开始执行。那么在中断服务程序中，也可以执行STI指令，以开放中断。当完成了中断服务程序之后，最后一条就是执行中断返回指令（IRET）。这条指令会从存储器当中将刚才压栈的三个字弹出来，并按照对应的顺序存到CS、IP和FLAGS寄存器当中去，这样就完成了返回主程序的动作。
注：PSW即程序状态字（有些教材也叫程序状态寄存器），Program Status Word。
这就是中断处理过程的六个主要的步骤。通常情况下，前三步都是由处理中断的硬件电路来完成，后三部则是由软件，也就是中断服务程序来完成。
但这只是一个大体的分工，在真的要涉及中断服务程序的时候，必须要针对具体的系统，弄清楚软硬件的分工究竟是怎么样的。例如在保存现场这件事情上，刚才我们介绍的标志寄存器是由硬件来负责保存的，但是在另外的一些系统上，可能硬件就不会自动地保存标志寄存器，就需要由中断服务程序的软件来进行保存。
那么在设计中断服务程序时，必须要搞清楚这些问题，不然就有可能发生错误。
现在，我们不但有了这张表，而且有了一个规范的操作流程。我们知道运算中出现异常情况，怎么查到这张表，怎么找到异常的操作的步骤。然后，应该事先做哪些记录，以免丢失信息。最后我们还知道怎么回到我们刚才运算的那个地方，继续进行下一步的操作。
这就是一个完整的中断的处理过程。
原文地址：https://www.cnblogs.com/doctorx/p/9743277.html