80x86微處理器有三種工作模式

2.3.1　工作模式

　　從操作系統(tǒng)的角度看，Intel　80x86微處理器有三種工作模式：實(shí)地址模式、保護(hù)模式和虛擬8086 模式。當(dāng)CPU復(fù)位時(shí)，自動(dòng)進(jìn)入實(shí)地址模式。通過(guò)修改CR0和控制寄存器，可進(jìn)行實(shí)地址模式和保護(hù)模式之間的轉(zhuǎn)換；執(zhí)行IREDT指令或進(jìn)行任務(wù)的轉(zhuǎn)換， 可由保護(hù)模式轉(zhuǎn)移至虛擬8086模式。Pentium微處理器除上述三種工作方式外，增加了系統(tǒng)管理方式（SMM）。SMM方式為系統(tǒng)設(shè)計(jì)人員實(shí)現(xiàn)高級(jí)管 理提供方便。

　　實(shí)地址模式是最基本的工作方式。實(shí)地址模式與16位微處理器8086/8088的實(shí)地址模式保持兼容，原有的16位微處理器的程序可不加修改地在實(shí)地址模式下運(yùn)行；32位微處理器的實(shí)地址模式具有更強(qiáng)的功能，增加了寄存器，擴(kuò)充了指令，可進(jìn)行32位操作。

　 　保護(hù)模式的特點(diǎn)是引入了虛擬存儲(chǔ)器的概念，可支持多任務(wù)操作。在保護(hù)模式方式下，32位CPU可訪(fǎng)問(wèn)的物理存儲(chǔ)空間為4GB（232B），程序可用的虛 擬存儲(chǔ)空間為64TB（246B）。保護(hù)模式支持四種特權(quán)級(jí)，可以隔離和保護(hù)操作系統(tǒng)的核心代碼不受用戶(hù)軟件的破壞，防止應(yīng)用程序之間的干擾。

　　虛擬8086模式是一種既有保護(hù)功能又能執(zhí)行16位微處理器軟件的工作方式。虛擬8086模式的工作原理與保護(hù)模式相同，但程序指定的邏輯地址解釋與8086微處理器相同。虛擬8086模式可以看做保護(hù)模式的一種子方式。

　　2.3.2　實(shí)模式存儲(chǔ)器尋址

　　8086/8088只能工作于實(shí)模式，而80286及其以上的微處理器可工作于實(shí)模式、保護(hù)模式和虛擬8086模式。

　 　實(shí)模式操作方式只允許微處理器尋址第一個(gè)1MB存儲(chǔ)器空間，即使是Pentium微處理器也是如此。存儲(chǔ)器中第一個(gè)1MB存儲(chǔ)單元稱(chēng)為實(shí)模式存儲(chǔ)器或常 規(guī)內(nèi)存，DOS操作系統(tǒng)要求微處理器工作于實(shí)模式。實(shí)模式操作時(shí)，允許為8086/8088（只包含1MB存儲(chǔ)器）設(shè)計(jì)的應(yīng)用軟件不用修改，就可以在 80286及更高型號(hào)的微處理器中運(yùn)行。軟件的向上兼容性是Intel系列微處理器不斷成功的重要原因之一。在任何情況下，這些微處理器每次加電或復(fù)位 后，都默認(rèn)以實(shí)模式開(kāi)始工作。

　　1.存儲(chǔ)器的組織和分段

　　1）存儲(chǔ)器的組織

　　存儲(chǔ)器用于存儲(chǔ)程序 和數(shù)據(jù)。存儲(chǔ)器存儲(chǔ)信息的基本單位是一個(gè)二進(jìn)制位，稱(chēng)為bit；8位（bit）組成一個(gè)字節(jié)（byte），構(gòu)成一個(gè)存儲(chǔ)單元。8086/8088微機(jī)的字 長(zhǎng)（word）16位，由兩個(gè)字節(jié)組成；80386、80486和Pentium微機(jī)的字長(zhǎng)32位，由四個(gè)字節(jié)組成。

　　實(shí)模式操作方式 只允許微處理器尋址第一個(gè)1MB存儲(chǔ)器空間，需要20位地址線(xiàn)。每個(gè)存儲(chǔ)單元都有一個(gè)地址，用20位二進(jìn)制數(shù)（5位16進(jìn)制數(shù)）表示，從 00000H～FFFFFH。每個(gè)存儲(chǔ)單元存放一個(gè)字節(jié)的數(shù)據(jù)，例如：（00002H）34H。相鄰兩個(gè)存儲(chǔ)單元可構(gòu)成一個(gè)字長(zhǎng)為16位的字，在對(duì)準(zhǔn)字 時(shí)，用偶地址表示，例如：（00002H）1234H。同一個(gè)地址既可以看成是字節(jié)單元的地址，又可看成是字單元的地址，這要根據(jù)使用情況來(lái)確定。字長(zhǎng)為 32位的字由相鄰四個(gè)存儲(chǔ)單元構(gòu)成，其地址由最低位的偶地址表示，例如：（00002H）56781234H。

　　2）存儲(chǔ)器的分段結(jié)構(gòu)

　　任何軟件在運(yùn)行時(shí)，必須預(yù)先將程序和要處理的數(shù)據(jù)送入內(nèi)存。由于程序和數(shù)據(jù)應(yīng)具有邏輯獨(dú)立性，各程序之間也應(yīng)當(dāng)互相獨(dú)立，因此計(jì)算機(jī)系統(tǒng)把存儲(chǔ)器分為相對(duì)獨(dú)立的許多內(nèi)存段，每個(gè)段存放不同的程序或數(shù)據(jù)。由此形成存儲(chǔ)器的分段管理的思想。

　 　實(shí)模式操作方式下對(duì)1MB的存儲(chǔ)單元進(jìn)行分段管理，是將1MB的存儲(chǔ)空間分為若干段，每個(gè)段的容量小于等于64KB。每個(gè)段都是獨(dú)立尋址的邏輯單位，用 于存放程序或數(shù)據(jù)。各邏輯段在存儲(chǔ)器中采用浮動(dòng)方式，即可以鄰接、間隔、完全重疊或部分重疊。一個(gè)存儲(chǔ)單元的物理地址可以屬于一個(gè)邏輯段，也可以同屬幾個(gè) 邏輯段。對(duì)8086/8088CPU來(lái)說(shuō)，任何時(shí)候一個(gè)程序當(dāng)前只能訪(fǎng)問(wèn)四個(gè)段：代碼段、數(shù)據(jù)段、堆棧段和附加段，每個(gè)段的起始地址（基地址）由CS、 DS、SS、ES四個(gè)段寄存器存放。80386以后的微處理器增加了FS和GS兩個(gè)附加段段寄存器，每個(gè)程序當(dāng)前能訪(fǎng)問(wèn)六個(gè)段。

　　為物理地址

　　3）邏輯地址和物理地址

　 　采用分段管理后，存儲(chǔ)器的地址有物理地址和邏輯地址之分。實(shí)模式下，邏輯地址由段基址和偏移地址組成，它們都是16位無(wú)符號(hào)數(shù)；段基址來(lái)源于段寄存器， 如CS、DS、SS和ES，偏移地址來(lái)自不同的寄存器（如SP、BP、SI、DI和IP等）、位移量和比例因子的組合。物理地址是真正的存儲(chǔ)單元的地址， 用20位二進(jìn)制地址碼（或5位16進(jìn)制數(shù)）表示。