0 前言

基于王爽《汇编语言》和Coursera的《计算机组成》课程。

1 中断分类

CPU在执行指令的过程中，产生了一个异常/中断，因为CPU只能同时执行一条指令，所以需要暂停该指令的执行，转而去处理异常/中断信息。

这个异常可以来源于

1. 内部中断
   1. 指令执行本身：例如 0号中断（除法错中断 自动检测、INT 0）、4号中断（溢出中断 INTO、INT 4）
   2. 程序调试，例如1号中断（单步中断 INT 1）、3号中断（断点中断 INT 3）
2. 外部中断：与CPU相关的信号有关
   1. 可屏蔽中断
   2. 不可屏蔽中断

2 内中断实例分析：除法错中断

我们来看一看除法错中断发生的完整过程，来理解中断的相关概念。

2.0 来源

程序实例

assume cs:datasg
datasg segment
start:mov ax,1000hmov bh,1div bhmov ax,4c00hint 21h
datasg ends
end start

2.1 产生 & 检测

很明显，1000h / 1得到的商超过了8位（AL的范围），会产生溢出。从而被CPU内部的中断检测部件检测出来，触发中断机制。

2.2 触发 & 执行

中断机制被触发后，会做出一系列动作，先执行中断程序，再回来继续执行原程序，注意，这里的说明相对抽象。

1. 识别中断源，触发对应的中断信息（这里是0号中断）
2. 保存现场
   1. 标志寄存器入栈 pushf
   2. 修改标志寄存器：IF = 0、TF = 0（不接收可屏蔽中断，不进行单步中断）
   3. CS:IP入栈（老大CS先入栈，然后是IP）
3. 根据中断向量表中，相应中断源的值，修改CS:IP，执行中断服务程序
4. 执行完后，执行iret，依次出栈，恢复现场。
5. 接着执行下面的指令（可能是出现异常的指令，也可能是下一条指令，与实际情况有关）

2.3 修改0号中断

0号中断是存储在8086CPU内存的中断向量表中，0x0000 ~ 0x03ff，共400H，也就是1MB的空间。

写一段程序，然后将其拷贝到被保护的内存区域（指令和数据都要），然后，将中断向量表对应的地址修改，这样，这段程序就成为了中断服务程序，可以被动调用，也可以主动调用。

3 对中断的理解

3.1 中断是什么？

指令执行过程中，有其他事务要优先处理，需要放下当前执行的指令，执行完其他事务再回来执行。

这就好比，你在写作业，突然你妈妈让你去买酱油，你就需要先放下作业，买完酱油回来，再写作业。这里买酱油就是一个中断。

3.2 中断来源于哪？

1. 程序内部出现异常
2. 程序内部主动请求中断
3. 外部设备请求中断

外部中断分为可屏蔽（可以不理会！）和不可屏蔽中断（必须执行！不可忽略！）。

3.3 中断何时发生？

查看中断向量表即可。

3.4 中断执行过程是什么？

1. 检测到中断
2. 保存现场，屏蔽外界中断，屏蔽单步中断
3. 根据中断向量表的地址，修改CS:IP
4. 执行中断服务程序
5. 恢复现场
6. 继续执行

3.5 中断服务程序是什么?

普通的一段程序，如果其入口地址被放在了中断向量表的某个中断中，这个程序就是【中断服务程序】。

发生中断时，系统给出的解决方案，就是中断服务程序。其入口地址存放在中断向量表中，程序系统默认有，也可以自己编写。

3.6 中断服务程序如何编写和安装?

1. 编写一段普通的程序（指令 + 数据）
2. 将其拷贝到特殊的内存位置（指令和数据都要一起拷贝）
3. 将其入口地址写入到中断向量表中

3.7 中断的功能是什么？

3.7.1 自动调用：（Checked）异常处理

比如除法错中断，就是系统自动检测并处理的。

3.7.2 手动调用：（Unchecked）异常处理

比如溢出中断，需要手动写INTO(Interrupt Overflow)指令，才会进行处理，否则运算溢出的时候不做任何处理。

3.7.3 手动调用：系统调用（System Call）

主动使用中断，能够帮助程序员快速实现一些功能，这也就是基于中断机制的功能调用，极大提高了开发效率。

4 单步中断 & 断点中断

这两个中断类型，就是单步调试和断点调试背后的实现机制，方便程序员调试程序。

4.1 单步中断

TF标志位为1的时候，发生单步中断，然后就被置0，防止无限嵌套中断发生。

单步中断是为了方便调试程序和查看寄存器等相关内容的值。

4.2 断点中断

对于INT n。n一共是256个，占1个字节，INT指令码占1个字节，共2个字节，而**断点中断（INT 3）**特殊，占1个字节，其编码是1100_1100B，这与其实现机制有关。

断点中断是通过INT 3指令主动调用的，执行的时候，该指令会临时替换断点处的1个字节，遇到了就发生中断，显示寄存器和其他相关内容的值，便于程序员调试。

x86指令系统中，指令最少1个字节，因此INT 3也是1个字节，这样INT 3的替换，至多影响1条指令。 如果不是1个字节，可能影响2条指令，发生错误。

4.3 应用

例如debug的t命令，还有插入断点等，都是基于单步中断和断点中断机制实现，它们的出现是为了方便程序调试，并且在debug程序中已经能够实现中断触发，对着这种指令，不要写在程序中，调试程序直接让程序运行在调试模式下就好了。