计算机中断处理机制（interrupt)

中断处理机制是操作系统与硬件设备交互的关键技术，它使得计算机系统能高效地处理输入输出（I/O）操作，特别是当I/O设备的速度远低于CPU时。在计算机中，中断是硬件设备向CPU发送的一种信号，通知CPU有特定事件发生，需要进行处理。这种机制大大提高了系统的响应能力和效率。 在PC键盘的例子中，每个按键都有自己的扫描码，分为按下和释放两个不同的码，例如A键对应0x1e和0x9e。当用户按下并释放Shift键和A键时，键盘驱动程序会检测到这两个事件的顺序，从而判断出用户想要输入的是大写字母'A'，并将其转换为ASCII码0x41。键盘驱动的这种智能处理方式减少了CPU的参与，使得CPU可以专注于其他更重要的任务。 传统的轮询（wait-loop）I/O方式效率低下，因为CPU必须不断地检查设备状态来确认是否有数据可读或写。对于速度慢的I/O设备，如打印机、磁盘驱动器和键盘，这种等待会导致大量CPU资源被浪费。以电话为例，如果没有电话铃声，我们不得不持续监听电话，这显然是效率极低的。而电话铃声就像中断一样，它提醒我们有电话到来，我们可以继续做其他事情，直到铃声响起。 中断驱动的I/O模式解决了这个问题。在中断驱动的模型下，CPU执行完当前指令后，会响应来自外设的中断请求。硬件设备在准备好数据或完成操作后，会触发一个中断，CPU通过中断控制器识别中断源，并执行相应的中断服务例程。这个例程处理与该设备相关的I/O操作，如读取键盘上的按键，然后将控制权交还给CPU，让它继续执行其他任务。这样，CPU和I/O设备可以并行工作，显著提高了系统的整体性能。 在操作系统层面，中断处理涉及中断向量表，其中存储了每个中断的处理程序地址和相关数据。当CPU接收到中断信号，它会保存当前的执行状态，跳转到中断服务例程，并在完成后恢复之前的状态。中断还可以分为硬件中断和软件中断，前者由硬件设备触发，后者通常是操作系统用于调用内核服务的手段。 总结起来，中断处理机制是计算机系统中不可或缺的一部分，它使得CPU能够有效地管理与慢速I/O设备的交互，同时保持高效的运算能力。通过中断，操作系统能够实现异步处理，提高整体系统资源的利用率，确保计算机系统的响应性和可靠性。