异常和中断的基本概念

由 CPU 内部产生的意外事件被称为异常，有些地方也叫做内中断。由来自 CPU 外部的设备向 CPU 发出的中断请求被称为中断，有些地方会称为外中断。异常时 CPU 执行一条指令时，由 CPU 内部检测到的、与正在执行的指令相关的同步事件。中断师一种典型的由外部设备触发的、与当前正在执行的命令无关的异步事件。
异常和中断处理过程的描述基本一致：若 CPU 在执行用户程序的第 i 条指令时检测到一个异常事件/中断请求信号，则 CPU 打断当前程序，然后转去执行相应的异常/中断处理程序。若异常/中断处理程序可以解决相应问题，则在异常/中断处理程序的最后，CPU 通过执行异常/中断返回命令，回到被打断的第 i 条或者第 i+1 条指令继续执行。若若异常/中断处理程序不能解决相应问题，则终止程序。
通常对于异常/中断的具体处理由操作系统完成。

异常的分类

异常分为硬故障异常和程序性异常。硬故障是由硬连线出现的异常引起的，比如存储器校验错、总线错误等。程序性异常也称为软件中断，是指在 CPU 内部因执行指令而引起的异常事件，比如堆栈溢出、除 0、断点、非法指令、地址越界、缺页等。根据异常发生的原因和返回方式的不同，可分为故障、自陷和终止。

异常和中断的相应过程

CPU 对异常/中断的相应过程可分为关中断、保存断点和程序状态、识别异常和中断并转到相应的处理程序。

关中断。在保护断点和程序状态期间，不能被新的中断打断，因此要禁止响应新的中断，即关中断。通常通过设置中断允许触发器（IF）来实现，IF 置 1，则为开中断，置 0 则为关中断。
保存断点和程序状态。为了在异常/中断处理后正确返回到被中断的程序继续执行，必须将程序的断点送到栈或则特定的寄存器中。通常保存在栈里，这是为了支持异常/中断的嵌套（多重中断）。因为被中断的程序有可能还要继续执行，故被中断是的程序状态字的内容也需要保存，异常/中断返回时，重新恢复到 PSW 中。
识别异常和中断并转到相应的处理程序。异常/中断源的识别分为硬件识别和软件识别两种方式。异常一般是软件识别而中断可以采用硬件识别或者软件识别。软件识别一般是 CPU 设置一个异常状态寄存器，记录异常原因。硬件识别也称为向量中断，异常/中断处理程序的首地址被称为中断向量，所有中断向量都存放在中断向量表中，每个异常/中断都会被指定一个异常类型号。在中断向量表中，类型号和中断向量一一对应，可以根据类型号快速找到中断向量。

中断

中断源是请求 CPU 中断的设备或者事件，一台计算机允许有多个中断源。通过 INTR 线发出的是可屏蔽中断，通过 NMI 线发出的是不可屏蔽中断。可屏蔽中断优先级最低，在关中断模式下不被响应。不可屏蔽中断优先级最高，即使在关中断下也被响应。

中断响应优先级是指 CPU 响应中断请求的先后顺序。由于许多中断源提出中断请求的时间都是随机的，因此在多个中断源同时提出请求时，需要通过中断判优逻辑来确定先去响应哪个中断源的请求，一般是通过硬件排队器或者中断查询程序实现。

一般来说，不可屏蔽中断>内部异常>可屏蔽中断；在内部异常中，硬件故障>软件中断；DMA 中断请求>I/O 设备的中断请求；在 I/O 传送类中断中，高速设备>低速设备；输入设备>输出设备；实时设备>普通设备。

中断隐指令自动完成关中断保存断点中断服务程序寻址散步操作。

多重中断和中断屏蔽技术

前面提到了中断优先级，这意味中断也是可以被其他中断打断的，也就是前面提到的中断的嵌套也称之为多重中断。CPU 要具备多重中断的功能，必须具备这些条件：

在中断服务程序中体检设置开中断指令。
优先级别高的中断有权打断优先级别低的中断。

中断优先级可以利用中断屏蔽技术动态调整，使中断处理更加灵活。现代计算机中一般都会使用中断屏蔽技术，每个中断源都有一个屏蔽触发器，1 表示屏蔽该中断源的请求，0 表示可以正常请求，所有触发器组合在一起构成一个屏蔽字寄存器，寄存器的内容被称为屏蔽字。