中断处理与机制

# 1. 中断和中断处理的概念介绍

## 1.1 什么是中断？
在计算机系统中，中断是指由硬件或软件生成的信号，用于暂时中止正在执行的程序，转而执行特定的中断处理程序。

## 1.2 中断处理的作用和意义
中断处理用于及时响应外部事件、处理硬件故障，并能够提高系统的并发性和实时性，使计算机能够更加高效地处理多种任务。

## 1.3 中断机制的基本原理
中断机制通过中断请求信号的产生、传递和处理来实现。当外部设备发生事件或需要处理时，会向CPU发送中断请求信号，CPU会根据中断向量表找到对应的中断处理程序并执行。

# 2. 中断控制器与中断向量表

中断控制器是计算机硬件中的一部分，负责处理和分发各种中断请求信号。它起到了协调和管理所有中断请求的作用。中断向量表则是存储中断处理函数地址的数据结构，用来将特定的中断请求映射到对应的中断处理程序上。

### 2.1 中断控制器的功能和作用

中断控制器是硬件系统中的一个关键组件，它负责接收来自不同设备的中断请求信号，并将这些信号传递给相应的中断处理程序。其主要功能包括：

1. 接收中断请求信号：中断控制器负责监听系统中各个设备的中断请求信号，包括外部设备产生的中断请求和内部设备产生的中断请求。

2. 分发中断请求：中断控制器将接收到的中断请求分发给对应的中断处理程序，确保每个中断被正确处理。

3. 管理中断优先级：中断控制器可以根据不同的中断请求对其进行优先级排序，以保证高优先级的中断能够及时被响应和处理。

### 2.2 中断请求信号的传递与处理

中断请求信号的传递过程涉及多个部件之间的协作。当一个设备需要发起中断请求时，它会将信号发送给中断控制器。中断控制器会识别该请求，并根据预设的优先级规则对中断请求进行排序。然后，中断控制器将请求传递给处理该中断的处理器或子中断控制器。

### 2.3 中断向量表的结构和作用

中断向量表是一个数据结构，用于将中断请求映射到对应的中断处理程序。在中断发生时，中断控制器会根据中断请求的编号或其他标识，从中断向量表中查找对应的中断处理函数地址，并将控制权传递给该函数。

中断向量表通常是一个数组或者一张表，其中的每个表项都保存了一个中断请求的处理函数地址。处理程序的地址可以直接存储在中断向量表中，或者通过函数指针进行间接引用。

简单示例代码如下（使用Java语言）：

import java.util.Arrays;

public class InterruptVectorTable {
    private static final int MAX_INTERRUPTS = 256;
    private static final int MAX_PROCESSORS = 4;
    private static final int DEFAULT_HANDLER = -1;

    private int[][] interruptVectorTable;

    public InterruptVectorTable() {
        interruptVectorTable = new int[MAX_INTERRUPTS][MAX_PROCESSORS];

        // 初始化中断向量表，将所有表项默认设置为默认处理函数的地址
        for (int[] table : interruptVectorTable) {
            Arrays.fill(table, DEFAULT_HANDLER);
        }
    }

    public void registerInterruptHandler(int interruptNumber, int processorNumber, int handlerAddress) {
        if (interruptNumber < 0 || interruptNumber >= MAX_INTERRUPTS) {
            throw new IllegalArgumentException("Invalid interrupt number");
        }

        if (processorNumber < 0 || processorNumber >= MAX_PROCESSORS) {
            throw new IllegalArgumentException("Invalid processor number");
        }

        if (handlerAddress < 0) {
            throw new IllegalArgumentException("Invalid handler address");
        }

        interruptVectorTable[interruptNumber][processorNumber] = handlerAddress;
    }

    public int getInterruptHandler(int interruptNumber, int processorNumber) {
        if (interruptNumber < 0 || interruptNumber >= MAX_INTERRUPTS) {
            throw new IllegalArgumentException("Invalid interrupt number");
        }

        if (processorNumber < 0 || processorNumber >= MAX_PROCESSORS) {
            throw