# 硬件中断

## 定义

硬件中断是设备、定时器等硬件向处理器发出的事件通知。它通常与当前执行的具体指令无关，因此称为**异步**事件。处理器在体系结构允许的时机响应中断，转入相应的处理程序。

例如，设备可以在一次输入输出完成后发出中断请求；定时器也可以产生中断以便内核处理计时与调度。定时器的位置、周期和触发方式由具体平台配置，不必都位于CPU内部，也不必始终采用固定周期。

与之相对，[异常](/knowledge/cs/operating-systems/processor-exception/)通常与当前指令的执行同步产生。中断与异常都可能引起执行流转移，但来源和返回行为不应混为一谈。

## 性质

一种简化的处理过程是：硬件提出请求，处理器响应并保存必要状态，内核运行处理程序，再恢复执行或根据调度结果运行其他线程。具体保存哪些寄存器、何时响应以及能否屏蔽，取决于体系结构与操作系统。

定时器事件可以让内核更新计时和调度状态。处理一次中断并不必然切换进程；是否切换由内核当时的调度决定。

## 交互探索

选择设备请求或定时器事件，逐步查看请求、处理和恢复的简化过程。

交互演示：设备或定时器的中断怎样得到处理？。逐步查看异步中断请求、处理和恢复。 请在站点操作演示。

## 练习

1. 按下键盘上的一个键，键盘控制器通知CPU的事件属于哪一类？

   * A.  I/O硬件中断
   * B.  CPU硬件中断
   * C.  异常
   * D.  系统调用

   答案：A

   键盘是CPU外部的输入设备，它发出的中断是异步的I/O硬件中断。

2. 假设处理器内部定时器产生一个中断，它属于哪一类？

   * A.  I/O硬件中断
   * B.  CPU硬件中断
   * C.  故障
   * D.  陷阱

   答案：B

   题设中的定时器位于CPU内部；它的中断仍是异步的。不同系统的定时器位置和工作方式可能不同。

3. 中断与异常最关键的区分是？

   * A.  是否由外部设备产生
   * B.  是否由当前指令同步触发
   * C.  是否由操作系统处理
   * D.  是否保存上下文

   答案：B

   CPU硬件中断来自内部但仍属异步；关键在于异常由当前指令同步触发。

4. 时钟中断对多任务系统的主要作用是？

   * A.  让CPU进入低功耗状态
   * B.  让内核有机会处理计时事件并进行调度
   * C.  直接终止死循环进程
   * D.  把当前时间写入内存

   答案：B

   时钟事件让内核有机会更新计时和调度状态；是否切换线程取决于调度策略与当时状态。