计算机中的异常和中断，以及处理（异常与中断）

myzbx 2025-07-17 22:52 38 浏览

什么是异常和中断？

计算机需要处理各种意外情况，其中，异常和中断是两种重要的机制。出现异常和中断时，计算机会暂停当前工作，处理紧急异常和中断。

来源：中断一般来源于计算机外部或内部硬件。比如以下的事件：键盘被按下、鼠标移动、硬盘完成读写或定时器到点。
触发方式：硬件设备发送电信号给 CPU。CPU 的特定引脚接收到这个信号。
发生时间不确定：中断随时可能发生。它与 CPU 当前执行的程序无关。
目的明确：中断通知 CPU：某个外部事件需要处理。例如，网络数据包到达了。
处理流程：硬件设备发出中断请求信号。CPU 完成当前指令后，暂停执行当前程序。CPU 保存当前程序的状态（如程序计数器和寄存器值）。CPU 根据中断类型，查找并运行对应的“中断服务例程” (ISR)。ISR 处理完中断事件后，CPU 恢复之前保存的程序状态。CPU 继续执行被中断的程序。
可屏蔽性：很多中断可以被 CPU 暂时忽略（屏蔽）。这由 CPU 的状态寄存器控制。

来源：异常由 CPU 自身在执行程序指令时产生。
触发原因：程序执行了非法或特殊操作。常见原因有：除零错误（程序试图用零做除数）。访问无效内存地址（如空指针或越界访问）。执行了非法机器指令。程序主动触发（如系统调用指令 int 0x80）。算术运算溢出。缺页异常（虚拟内存机制需要）。
与程序相关：异常通常由当前运行程序中的错误或特定操作引起。
目的明确：异常通知 CPU：程序执行遇到问题或需要特殊处理。
处理流程：CPU 在执行指令时检测到问题或特殊条件。CPU 暂停当前指令的执行。CPU 保存当前程序的状态。CPU 查找并运行对应的“异常处理程序”。处理程序尝试解决问题（如终止程序、修正错误）或执行服务（如系统调用）。处理程序完成后，CPU 可能恢复原程序、终止程序或进行其他操作。
类型多样：故障 (Faults)：通常可修复（如缺页异常）。修复后指令可重新执行。陷阱 (Traps)：常用于系统调用或调试。指令执行完后报告。中止 (Aborts)：严重错误（如硬件故障）。程序通常被强制终止。

异常和中断是操作系统和现代计算机的核心机制。它们使 CPU 能：

简单说：中断响应外部信号，异常处理内部问题。它们共同保障计算机稳定、高效运行。

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