异常与中断

需了解异常和中断的概念和区别，可能在选择题中考察。

在CPU中，异常是指在执行程序时遇到的非常规或意外情况，需要操作系统介入以调整、中断或改变程序的正常执行流程。CPU会使用异常处理机制来处理这些情况。

除法错误（Division Error）
- 触发条件：程序尝试除以零或执行其他非法的除法操作时触发。
- 处理：通常会中断程序运行，并可能通过操作系统给出错误信息。
缺页异常（Page Fault）
- 触发条件：程序尝试访问的内存页不在物理内存中时触发。
- 处理：操作系统将相应的内存页从磁盘加载到物理内存中，并更新页表。
无效指令（Invalid Instruction）
- 触发条件：CPU遇到未被定义或不可执行的指令时触发。
- 处理：通常会中断程序的执行，并可能给出错误信息。
保护错误（Protection Fault）
- 触发条件：程序尝试执行一些不被允许的操作，如访问受保护的内存区域或执行特权指令时触发。
- 处理：通常会中断程序的执行，并可能给出错误信息。
机器检查（Machine Check）
- 触发条件：硬件错误或故障，如内存错误、总线错误等。
- 处理：取决于具体硬件和配置，可能包括中断程序、记录错误信息、尝试纠正错误等。
浮点异常（Floating-Point Exception）
- 触发条件：浮点运算错误，如溢出、下溢、除以零、无效操作等。
- 处理：可能包括提供一个近似结果、设置状态标志、中断程序等。

在CPU和操作系统的上下文中，“自陷”（也称为陷阱，trap）是一种机制，其中程序执行中的某些条件会导致处理器自动执行一个异常或中断的响应例程。自陷通常是由以下原因引起的：

异常：程序执行中出现了错误条件，例如除以零、访问非法内存地址、执行非法指令等。
系统调用：程序请求操作系统服务，例如文件操作、进程创建、网络通信等。在大多数系统中，这通过执行一个特定的指令（如syscall在x86架构上）来完成，它会触发自陷并进入内核模式。
断点调试：在软件开发的调试过程中，可以设置断点以在特定的程序点停止执行，允许开发者检查程序状态。当程序达到断点时，会触发自陷。

自陷流程与外中断处理流程类似：

陷阱指令（trap instruction）是一种特殊的指令，用于故意中断当前的程序流，并将控制权转移给操作系统。这是一种由程序员显式请求的自陷（trap），通常用于执行系统调用、启动调试操作或其他由操作系统内核提供的服务。

中断请求（IRQ，Interrupt ReQuest）：
- 外部设备通过中断请求线向CPU发送中断请求，每个设备通常有一个特定的IRQ号码。
中断控制器（PIC, Prgrammable Interrupt Controller）：
- 包含一个中断控制器芯片用于集中处理和管理中断请求。这个控制器接收来自多个设备的中断请求，并将它们传递给 CPU。
中断向量：
- 中断服务程序的入口地址，是中断向量表中的一个表项。
中断服务程序（ISR，Interrupt Service Routine）：
- 一旦中断向量被确定，处理器会跳转到相应的中断服务例程，即中断处理程序。
中断向量表：
- 一个数组或表格，包含了各种中断类型的中断处理程序的起始地址，每个中断向量的值对应于相应中断处理程序的地址。