中断请求 (IRQ)

引言

通过中断请求 (IRQ) 传输的信号，用于暂时停止计算机处理器中的进程。通常，硬件组件会向处理器发送信号，使其暂停，以便它可以独立运行。例如，打印机在打印完成后会向计算机发送信号以中断。它的中央处理单元 (CPU) 会被这个信号暂时中断，使其能够决定接下来执行什么处理。

当计算机连接了多个设备时，IRQ 至关重要。这些设备必须请求 CPU 停止，因为它们需要时间来完成自己的任务并处理一些数据。它们为此使用 IRQ。

设备发送 IRQ 后，处理器会短暂停止，以便计算机能够让设备完成其操作。每次用户移动鼠标时，中断处理程序都会向 CPU 发出信号，使其停止当前任务，以便它可以处理和解释鼠标移动。

IRQ 的目的

对于键盘点击、鼠标移动、打印机操作等操作，需要中断请求。当设备请求暂时停止处理器时，计算机可以允许设备执行自己的操作。

例如，每次在键盘上按下按键时，中断处理程序都会通知 CPU 停止当前任务，以便它可以处理按键。

每个设备都通过一条称为通道的独立数据线发送请求。当提到 IRQ 时，通常是指这个通道号，它也称为 IRQ 号。例如，一个设备可以使用 IRQ 4，另一个设备可以使用 IRQ 7。

中断请求的类型

1. 软件中断

软件中断是由系统或软件而不是硬件生成的。软件中断也称为陷阱和异常。它们作为信号发送给操作系统或系统服务，指示它们执行特定任务或处理问题场景。

软件中断是由一种称为“中断指令”的特定指令生成的。当使用中断指令时，CPU 会暂停其当前任务并切换到特定的中断处理程序代码。完成必要的任务或解决任何问题后，中断处理程序程序会将控制权返回给被中断的应用程序。

2. 硬件中断

中断请求线连接到硬件中断中的每个设备。所有 n 个设备由一条请求线服务。设备通过关闭连接到它的开关来请求中断。当有一个设备发出中断请求时，INTR 的值是每个设备的请求的逻辑 OR。

处理 IRQ 的事件顺序

• 硬件生成 IRQ。
• CPU 中断正在运行的程序。
• 在通知设备其请求已被确认后，设备关闭请求信号。
• 执行所需的动作。
• 恢复被中断的程序，并启用中断。

IRQ 错误

在安装新硬件或重新配置（更改现有设备的设置）期间，有时会发生 IRQ 错误。当两个硬件组件尝试使用同一个 IRQ 通道进行 IRQ 时，通常会导致冲突。虽然理论上允许多个设备使用同一个通道，但在实践中通常不会这样做。因此，当多个 IRQ 同时通过同一个通道到达时，就会发生冲突。

IRQL_NOT_LESS_OR_EQUAL 是 IRQ 错误的一个例子。系统进程或设备驱动程序想要访问一个内存地址但没有必要的访问权限时，就会遇到这个与内存相关的错误。因此，NOT_LESS_OR_EQUAL，有时也简称为 IRQL，指的是尝试访问超出设定边界值（上限地址）的地址。不兼容的设备驱动程序、有缺陷的硬件、损坏的系统文件和未完成的程序安装都可能导致此 IRQ 错误。

作为对 IRQL 错误的响应，会启动操作系统停止，从而导致操作系统崩溃。如果操作系统是 Windows，崩溃将导致蓝屏死机。此时，Windows 会显示一个停止屏幕，其中包含类似以下内容的通知：“您的电脑遇到问题，需要重启。我们将收集一些错误信息，然后重启。”在 Windows 在后台收集错误数据时，用户会看到停止屏幕。收集阶段完成后，计算机会自动重启。

IRQ 问题通常会导致计算机冻结或某些设备停止运行。由于 IRQ 通道不需要手动设置，即插即用设备现在很少遇到此类问题。因此，很少有多个设备会尝试使用同一个 IRQ 通道并导致冲突。

即插即用和 IRQ

计算机可能在同一中断线上接收到多个信号，但可能无法全部理解。为了帮助理解，必须为每个设备及其路径提供一个唯一的值。在即插即用 (PnP) 设备开发之前，行业标准架构设备的用户的每次将新设备连接到计算机时，都必须手动配置 IRQ 设置。当今大多数设备都使用 PnP。因此，消费者无需担心它们，因为它们是自动配置的。

制造商应该清楚如何为非 PnP 设备提供 IRQ 值，以防用户安装一个。如果用户不确定要指定的 IRQ 值，那么询问制造商可以节省他们自己摸索的时间。

IRQ 号码和通道

连接到计算机的每个设备都使用一条称为通道的独立数据连接来传输其 IRQ。磁盘驱动器控制器、声卡、打印机、键盘和鼠标是其中的一些例子。通道号，有时也称为 IRQ 号，总是在与 IRQ 相关联时被提及。每个设备都有一个唯一的 IRQ 号。例如，打印机可以使用 IRQ 1，键盘可以使用 IRQ 4，鼠标可以使用 IRQ 7。

为了启动特定活动或向 CPU 提供输入，设备需要唯一的 IRQ 号。该号码为不同设备分配优先级，从而促进了 CPU 的适当响应。输入或操作的重要性由较低的 IRQ 号表示。PS/2 端口，如键盘或鼠标，可能具有 IRQ 1，而系统计时器通常被分配 IRQ 0。这些低数字为 PS/2 端口和系统计时器提供了优先级，例如，高于 IDE（集成驱动器电子设备）主 IDE 端口或次 IDE 端口，它们可能具有高 IRQ，如 IRQ 14 和 IRQ 15，分别。

如何查看和更改 IRQ 设置

Windows 中的 IRQ 设置通常可以通过设备管理器访问。当“查看”菜单选项更改为“按类型资源”时，会出现 IRQ 部分。系统信息也对用户可用。从“运行”对话框中，运行 msinfo32.exe 命令，然后选择“硬件资源”>“IRQs”。

打开设备管理器或访问 BIOS 来更改 IRQ 值。使用设备管理器按以下步骤更改 IRQ 设置：

• 双击设备以查看其“属性”窗口。
• 在“资源”选项卡上取消选中“使用自动设置”。
• 基于下拉菜单，选择需要更改的“设置”中的硬件配置。
• 在属性的“资源设置”部分，选择 IRQ。
• 使用“更改设置”按钮编辑 IRQ 值。

在进行任何更改之前，请记住，用户错误可能会导致计算机停止工作。在进行任何更改之前，请务必记下您现有的设置，以便在出现问题时可以恢复它们。

常见的 IRQ 通道

以下是 IRQ 通道的一些更常见的用途：

结论

中断请求 (IRQ) 是计算机系统的基本组成部分，它使硬件能够相互通信并在需要执行某项操作时通知 CPU。通过停止 CPU 的常规工作来处理对时间敏感的任务，中断随机访问查询 (IRQ) 实现了有效多任务处理和实时响应。为了保持系统稳定并避免设备冲突，必须正确分配和管理 IRQ。现代计算机设计在很大程度上依赖 IRQ 机制来实现整体性能和可用性。