80x86微處理器有三種工作模式

2.3.1　工作模式

　　從操作系統的角度看，Intel　80x86微處理器有三種工作模式：實地址模式、保護模式和虛擬8086 模式。當CPU復位時，自動進入實地址模式。通過修改CR0和控制寄存器，可進行實地址模式和保護模式之間的轉換；執行IREDT指令或進行任務的轉換， 可由保護模式轉移至虛擬8086模式。Pentium微處理器除上述三種工作方式外，增加了系統管理方式（SMM）。SMM方式為系統設計人員實現高級管 理提供方便。

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

　 　保護模式的特點是引入了虛擬存儲器的概念，可支持多任務操作。在保護模式方式下，32位CPU可訪問的物理存儲空間為4GB（232B），程序可用的虛 擬存儲空間為64TB（246B）。保護模式支持四種特權級，可以隔離和保護操作系統的核心代碼不受用戶軟件的破壞，防止應用程序之間的干擾。

　　虛擬8086模式是一種既有保護功能又能執行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模式可以看做保護模式的一種子方式。

　　2.3.2　實模式存儲器尋址

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

　 　實模式操作方式只允許微處理器尋址第一個1MB存儲器空間，即使是Pentium微處理器也是如此。存儲器中第一個1MB存儲單元稱為實模式存儲器或常 規內存，DOS操作系統要求微處理器工作于實模式。實模式操作時，允許為8086/8088（只包含1MB存儲器）設計的應用軟件不用修改，就可以在 80286及更高型號的微處理器中運行。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位 后，都默認以實模式開始工作。

　　1.存儲器的組織和分段

　　1）存儲器的組織

　　存儲器用于存儲程序 和數據。存儲器存儲信息的基本單位是一個二進制位，稱為bit；8位（bit）組成一個字節（byte），構成一個存儲單元。8086/8088微機的字 長（word）16位，由兩個字節組成；80386、80486和Pentium微機的字長32位，由四個字節組成。

　　實模式操作方式 只允許微處理器尋址第一個1MB存儲器空間，需要20位地址線。每個存儲單元都有一個地址，用20位二進制數（5位16進制數）表示，從 00000H～FFFFFH。每個存儲單元存放一個字節的數據，例如：（00002H）34H。相鄰兩個存儲單元可構成一個字長為16位的字，在對準字 時，用偶地址表示，例如：（00002H）1234H。同一個地址既可以看成是字節單元的地址，又可看成是字單元的地址，這要根據使用情況來確定。字長為 32位的字由相鄰四個存儲單元構成，其地址由最低位的偶地址表示，例如：（00002H）56781234H。

　　2）存儲器的分段結構

　　任何軟件在運行時，必須預先將程序和要處理的數據送入內存。由于程序和數據應具有邏輯獨立性，各程序之間也應當互相獨立，因此計算機系統把存儲器分為相對獨立的許多內存段，每個段存放不同的程序或數據。由此形成存儲器的分段管理的思想。

　 　實模式操作方式下對1MB的存儲單元進行分段管理，是將1MB的存儲空間分為若干段，每個段的容量小于等于64KB。每個段都是獨立尋址的邏輯單位，用 于存放程序或數據。各邏輯段在存儲器中采用浮動方式，即可以鄰接、間隔、完全重疊或部分重疊。一個存儲單元的物理地址可以屬于一個邏輯段，也可以同屬幾個 邏輯段。對8086/8088CPU來說，任何時候一個程序當前只能訪問四個段：代碼段、數據段、堆棧段和附加段，每個段的起始地址（基地址）由CS、 DS、SS、ES四個段寄存器存放。80386以后的微處理器增加了FS和GS兩個附加段段寄存器，每個程序當前能訪問六個段。

　　為物理地址

　　3）邏輯地址和物理地址

　 　采用分段管理后，存儲器的地址有物理地址和邏輯地址之分。實模式下，邏輯地址由段基址和偏移地址組成，它們都是16位無符號數；段基址來源于段寄存器， 如CS、DS、SS和ES，偏移地址來自不同的寄存器（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單元的地址， 用20位二進制地址碼（或5位16進制數）表示。