禁止中斷指令

中斷是計算機在實時處理和實時控制不可缺少的一項技術。所謂中斷，指當控制系統執行正常程式時，對系統中出現的某些異常情況或特殊請求的緊急處理。禁止中斷指令是指禁止中斷出現或禁止回響中斷的指令。禁止指令可以分為特權指令和軟中斷指令。

基本介紹

• 中文名：禁止中斷指令
• 外文名：disable interrupt instruction
• 學科：計算機
• 定義：禁止中斷出現或回響中斷的指令
• 有關術語：中斷
• 領域：計算機系統

簡介

CPU正常運行期間，停止當前操作，執行其他特殊操作的行為就叫中斷，負責跳轉的指令就是中斷指令。中斷指令一般可以分為可中斷指令和禁止中斷指令。禁止中斷指令是指禁止中斷出現或禁止回響中斷的指令。例如IBM370系統使用特權指令向送程式狀態暫存器程式禁止碼，這類被禁止出現的中斷一旦發生，則此中斷被丟棄。

有關術語

可中斷指令

在指令部分完成之後就允許中斷的指令。對於大部分指令，完整執行一條指令就是一個操作。只能在兩個操作之間允許中斷，即中斷只能發生在一個操作之後，和其後面那個操作開始之前。可以把執行一條可中斷指令看成有若干個單位操作，而在兩個單位操作之間允許發生中斷。如果與一條可中斷指令有關的所有單位操作都執行完成時，則該指令執行完成。如果指令在執行完某些單位操作之後，但不是全部單位操作之後發生中斷，則在中斷點以前的所有單位操作都已完成，該指令未完成的單位操作等處理完中斷後繼續執行。

特權指令

所謂特權指令，就是在系統態時運行的指令，是關係到系統全局的指令。其對記憶體空間的訪問範圍基本不受限制，不僅能訪問用戶存儲空間，也能訪問系統存儲空間，如啟動各種外部設備、設定系統時鐘時間、關中斷、清主存、修改存儲器管理暫存器、執行停機指令、轉換執行狀態等。特權指令只允許作業系統使用，不允許應用程式使用，否則會引起系統混亂。

中斷源分類

導致處理機中斷的原因是多方面的，一台處理機有多箇中斷源。按其性質可分為五類：

①硬體故障中斷。包括電源故障、運算器誤動作、主存或通道中數據傳送出錯、處理機其他硬體故障等。

②輸入輸出中斷。如鍵盤輸入時，每按一次鍵，請求處理機取走已輸入的信息;印表機在輸出時，每完成一次列印動作，即向處理機請求送出下一個待列印的信息。

③程式性中斷。現行程式本身的異常事件引起的，如指令中出現非法操作碼，定址範圍超過主存容量，結果溢出以及在程式調試中到達預定跟蹤的狀態等。

④外中斷。來自控制台中斷開關、計數器、定時器及其他設備的中斷。這類中斷實時性強，處理簡單。

⑤調用管理程式。用戶程式中利用“調用管理程式”指令(或稱“訪管”指令)發出中斷請求，實現用戶程式和作業系統之間的聯繫。

中斷分類

硬體中斷（Hardware Interrupt）

可禁止中斷（maskable interrupt）。硬體中斷的一類，可通過在中斷禁止暫存器中設定位掩碼來關閉。

非可禁止中斷（non-maskable interrupt，NMI）。硬體中斷的一類，無法通過在中斷禁止暫存器中設定位掩碼來關閉。典型例子是時鐘中斷（一個硬體時鐘以恆定頻率—如50Hz—發出的中斷）。

處理器間中斷（interprocessor interrupt）。一種特殊的硬體中斷。由處理器發出，被其它處理器接收。僅見於多處理器系統，以便於處理器間通信或同步。

偽中斷（spurious interrupt）。一類不希望被產生的硬體中斷。發生的原因有很多種，如中斷線路上電氣信號異常，或是中斷請求設備本身有問題。

軟體中斷（Software Interrupt）

軟體中斷。是一條CPU指令，用以自陷一個中斷。由於軟中斷指令通常要運行一個切換CPU至核心態（Kernel Mode/Ring 0）的子例程，它常被用作實現系統調用（System call）。

處理器通常含有一個內部中斷禁止位，並允許通過軟體來設定。一旦被設定，所有外部中斷都將被系統忽略。這個禁止位的訪問速度顯然快於中斷控制器上的中斷禁止暫存器，因此可提供更快速地中斷禁止控制。

如果一個中斷使得機器處於一種確定狀態，則稱為精確中斷（precise interrupt）。精確中斷須保證：

程式計數器的值被保存在已知位置。

程式計數器所指向的指令之前的所有指令已被執行完畢。

程式計數器所指向的指令之後的所有指令不可被執行。如果中斷信號到來後而轉入處理前發生了任何針對暫存器/記憶體的更改，都必須予以還原。

程式計數器所指向的指令地執行狀態已知。

倘無法滿足以上條件，此中斷被稱作非精確中斷（imprecise interrupt）。

中斷儘管可以提高計算機處理性能，但過於密集的中斷請求/回響反而會影響系統性能。這類情形被稱作中斷風暴（interrupt storm）。

中斷系統

中斷系統由專門的硬體和軟體構成。硬體包括中斷事件的監測與識別、中斷的控制、中斷向量地址形成以及中斷優先權仲裁等邏輯部件。軟體包括中斷控制和中斷服務程式等。

功能現代計算機中採用中斷系統的主要目的是：①提高計算機系統效率。計算機系統中處理機的工作速度遠高於外圍設備的工作速度。通過中斷可以協調它們之間的工作。當外圍設備需要與處理機交換信息時，由外圍設備向處理機發出中斷請求，處理機及時回響並作相應處理。不交換信息時，處理機和外圍設備處於各自獨立的並行工作狀態。②維持系統可靠正常工作。現代計算機中，程式設計師不能直接干預和操縱機器，必須通過中斷系統向作業系統發出請求，由作業系統來實現人為干預。主存儲器中往往有多道程式和各自的存儲空間。在程式運行過程中，如出現越界訪問，有可能引起程式混亂或相互破壞信息。為避免這類事件的發生，由存儲管理部件進行監測，一旦發生越界訪問，向處理機發出中斷請求，處理機立即採取保護措施。③滿足實時處理要求。在實時系統中，各種監測和控制裝置隨機地向處理機發出中斷請求，處理機隨時回響並進行處理。④提供故障現場處理手段。處理機中設有各種故障檢測和錯誤診斷的部件，一旦發現故障或錯誤，立即發出中斷請求，進行故障現場記錄和隔離，為進一步處理提供必要的依據。