面试题：设备管理之操作系统设备硬件接口的中等难度问题

Question

请阐述在操作系统设备硬件接口设计中，中断机制是如何实现设备与CPU之间的高效通信的，并举出一个常见设备应用中断机制的例子。

Answer 1

中断机制实现设备与CPU高效通信的方式

1. 中断请求：当设备完成特定操作（如数据传输完成、设备故障等）时，会向CPU发送一个中断请求信号。这使得设备无需CPU持续轮询，能主动告知CPU自身状态。
2. 中断响应：CPU在接收到中断请求后，会暂停当前正在执行的程序（保存现场，包括程序计数器、寄存器等信息），转而执行中断服务程序。这样能及时处理设备的事件，提高了系统的实时性。
3. 中断处理：中断服务程序会处理设备相关的事务，如从设备读取数据、向设备发送新指令等。处理完成后，恢复之前保存的现场，继续执行被中断的程序。通过这种方式，CPU可以在执行主要任务的同时，及时响应设备的需求，避免因轮询设备状态而浪费大量CPU时间，从而实现设备与CPU之间的高效通信。

常见设备应用中断机制的例子

以硬盘为例，当硬盘完成数据读取操作后，会向CPU发送中断请求。CPU响应中断后，执行相应的中断服务程序，将硬盘读取的数据传输到内存指定位置，然后恢复之前的程序执行。这样CPU无需一直等待硬盘完成数据读取，可在等待过程中执行其他任务，提高了系统整体的运行效率。