9.5 内部中断分类说明
计算机组成
9 中断和异常
9.5 内部中断分类说明
现在，我们已经知道了中断处理的基本过程。那么就来花一点时间，看一看内部中断到底有哪些不同的类型。
我们还是以x86的实模式为例，这个比较简单，但基本原理都是一样的。
在x86的实模式下，我们要来分析的内部中断就是这四个。
这四个内部中断所使用的类型号，分别是0、1、3、4。而加在中间的类型2，是留给外部中断的，这个非屏蔽中断是外部中断的一种。
现在，就分别来看一看这四个内部中断。
首先来看类型0的中断。这个中断是和除法有关的，我们不妨来回顾一下除法器的结构，在这个除法器支持的运算中，有一个64位的被除数和一个32为的除数，运算产生的商和余数，分别放到两个32位寄存器当中去。这样的设置对于多数除法运算来说，都是没有问题的。但难免有一些比较特别的情况，例如除数很小，比如说就是2，而被除数很大。那么一个很大的被除数除以2之后，得到的商就会超过32位，没有办法放进这个商寄存器当中去。当运算器遇到这种情况时，就会产生一个除法错中断，这个中断的类型号是0。所以，CPU就会去中断向量表中取出0号中断向量，然后去执行对应的中断服务程序。
那有一种情况，就是用0作除数，这样得到的商应该是无穷大，肯定超过目标寄存器所能表示的范围。所以，这个除法错中断有时也会被称为除0中断。
然后我们再来看4号中断，这个中断叫作溢出中断。也就是因为算术运算发生了溢出而引起的中断，这个中断的产生要借助一条特殊的指令，也就INTO指令。当执行这条指令时，硬件电路会去检查溢出标志位OF是否位1。如果为1，则会引起类型为4的内部中断。INTO这条指令的格式如图，它是一个没有操作数的指令，比如 add ax,bx 这条加法指令执行时，就有可能发生了溢出，那么运算器在运行完这个加法后，会去设置标志寄存器当中的标志位，也就是第11号溢出标志位，但这个操作本身并不会引发中断，只是将标志位置1。但如果之后执行了INTO指令，这条指令是会去检查OF标志位。如果这时OF标志位为1，那就引起了4号中断；但是如果INTO指令执行时，OF标志位为0，那就什么也不会发生，这条INTO指令就相当于一条空操作指令。所以，INTO指令通常会安排在算术运算指令之后，用来检查这个运算是否发生了溢出。并且，在发生溢出时，就调用中断程序进行处理。因为这是4号中断，所以我们也可以写成INT 4这样的形式。注意INT和4之间有一个空格，这个4是INT指令的操作数。实际上，任何一个类型的中断，都可以采用这样的形式进行调用，用INT指令带上这个中断的类型号，我们在后面还会看到这样的例子。
我们要注意区分的是，这个4号中断和刚才介绍的0号中断，在引起中断的时机上是有区别的。虽然它们都在检查运算时出现的异常情况，但是0号中断是在那条除法指令执行后，立刻发生的，而4号中断则是要在编程时，加入INTO指令进行主动的检查。因为很多时候，这样的加法运算的溢出，并不需要进行处理，如果每一次溢出，都要引发中断，反而可能影响程序的性能。所以，在指令系统设计的时候，就把是否要检查这种溢出的情况，交给程序员来进行判断。
那么类型0和类型4这两个中断，都是和运算结果出现了异常情况有关系的；而另两个内部中断，则是主要用来进行错误调试的。
其中，类型1中断称为单步中断。要引发这个中断，需要将标志寄存器当中的TF位置1，这时CPU就处于单步工作方式。在单步工作方式下，CPU每执行完一条指令，就会自动的产生一个类型1的中断，然后进入类型1中断服务程序。这种工作方式主要是用来进行错误调试的。比如说，你发现CPU执行一段程序有错误，但是又不清楚这个错误具体发生在什么地方，那就可以将TF标志位置为1，在单步工作方式下进行调试。
通常情况下，我们会在这个类型1的中断服务程序当中，将CPU当中的各个寄存器的内容，在屏幕上显示出来，这样CPU每执行一条指令，我们就可以在屏幕上看见CPU当前正在执行的是哪一条指令，这条指令的地址是什么，执行这条指令的前后，那些通用寄存器又有什么样的变化。这样我们就有可能发现，到底在哪一步，发生了不符合我们预期的行为。这个方式对于调试是很有用的，但是CPU每执行完一条指令，就要产生一个中断，程序执行的速度就非常慢了。如果想要调试一个很大的程序，仅用单步中断就会变得比较困难。所以，还有一个用于调试的中断，就是类型3，断点中断。
断点中断通常和单步中断配合使用。在调试一个很大的程序时，一般我们会先通过断点中断，将错误定位在这个程序的一小段代码中，然后，再对这一小段代码用单步的方式进行跟踪调试。这样就可以大大提升调试的效率，这个思想也是很简明的，如果我一个大的程序运算结果出现问题，我们并不会马上从这个程序的开头，一条一条指令的顺序检查，而通常会是将这个程序切成几个大的部分，然后检查每一个部分的结果是否正确。
我们刚才提过，所有的中断都可以用指令的形式来调用，那么用INT加中断类型号的这个形式的指令，都是一个两字节的指令。只有断点中断是一个例外，INT 3指令是一条单字节长的指令，这就是INT 3指令的编码，11001100。
那为什么INT n形式的指令都是两个字节的呢？我们只用想一想这个n要表达多大的范围，我们一共有256个中断类型。所以，这个n要表示0到255，要表示这些数，需要多少个二进制位呢？需要8位，2的8次方就是256。那在前面，还得有一个字节的指令操作码，所以总共是两个字节。
我们为什么要单独给3号中断，设置一个单字节长的指令编码呢？
这和它的使用方式是有关系的。这个断点中断指令的使用并不那么简单，我们要在需要调试的程序当中，选择一个希望中断的位置，然后用这条断点中断指令，去代替这个位置原有的指令。当然，我们需要把原有的这条指令保存起来。这个都是要由调试人员手工来完成的，替换完以后，我们再次运行这个程序，用户程序运行到我们选好的这个中断点的时候，它就执行了INT 3这条指令，从而进入了对应的中断服务程序。我们就可以在这个中断服务程序当中，将CPU的各个寄存器的值都打印在屏幕上，从而判断执行到这个断点的时候，这个用户程序是否还运行正常。如果运行正常，可能我们就需要把这个断点再往后挪一挪；如果这个时候，已经有寄存器的值不符合我们的预期了，我们就需要将断点放到更靠前的位置，进行进一步的检查。但我们还得记得，在这个中断服务程序当中，需要将这个断点位置原有的那条指令的编码再替换回去，并且将指令指针寄存器的值再回退一个字节，也就是指向这个原有的指令，以保证中断返回之后，CPU能从断点的这个地方继续执行。
我们来看一个例子。
假设这是我们要调试的一段程序。这里有5条指令，左边是它们对应的指令的地址，其中有一些是两个字节的指令，有一些是一个字节的指令。如果我们想选择这条 inc al 指令作为断点，那么就需要把这条指令的编码，替换成 int 3 指令的编码。这时候就体现出了 int 3 这条指令是一个单字节指令的好处。因为x86的指令当中，最短的就是一个字节的指令，像这条 inc al 指令。如果断点中断指令是一个两字节的指令，那么在替换进来之后，就会影响到后续的指令，而后续的指令，却有可能在这个断点之前执行。比如说就像这段程序代码，在这个断点之前，就有一个转移指令，直接跳到了断点之后，然后经过条件判断，可能又跳转回来，才继续执行到断点的地方。所以，我们将这条 inc al 指令替换成断点中断指令的时候，一定不能影响后续的指令，这也就是为什么断点中断指令必须要是一个字节的。那么在这段程序执行的过程中，如果这个条件（转移）已经发生了，就会运行到断点中断指令，然后CPU内部就会发生中断，转而去执行3号中断向量所对应的中断服务程序。在这个中断服务程序中，我们就可以把AL寄存器的内容打出来，这样调试人员就可以观察到，这个时候AL寄存器的内容，是否符合我们的预期了，如果我们发现AL寄存器的内容有错误，那么就可以再次运行这个程序，并在附近的位置设置CPU进入单步工作模式，进行单步调试。这样就会比较容易的发现一些隐藏的很深的错误。
这些内部中断都有共同的特点。
首先，它们的中断类型号是由CPU内部产生的。因为这些异常的情况，就是CPU自己在执行指令的过程中发生的。所以，它是知道到底发生的是什么类型的中断。而我们后面要介绍的外部中断，则有可能来自不同的外部设备。所以，CPU需要去读取外设，以得知中断类型号。这是第一个区别。
第二个区别，是屏蔽的方式。在内部中断当中，除了单步中断以外，都不可以用软件的方式来进行屏蔽。也就是，我们不可以通过设置IF这个标志位，来让CPU不响应内部中断。
第三个是优先级。也就是内部中断和外部中断同时发生时，CPU先处理哪个中断。那么除了单步中断以外，所有的内部中断优先级都比外部中断高。CPU总是优先处理自己内部发生的异常情况。
现在，我们已经了解了内部中断的基本类型。有两个是用来处理运算的异常情况，还有两个是CPU用来调试的。那后来，随着内部中断的类型不断的增加，其中增长（zhang）的大部分，都是CPU用来调试和管理用的中断。
