CPU--实模式与保护模式

一、实模式（实地址访问模式）

　是Intel公司80286及以后的x86(80386,80486和80586等)兼容处理器（CPU）的一种操作模式。

　实模式被特殊定义为20位地址内存可访问空间上，这就意味着它的容量是2的20次幂（1M）的可访问内存空间（物理内存和BIOS-ROM），软件可通过这些地址直接访问BIOS程序和外围硬件。

　实模式下处理器没有硬件级的内存保护概念和多道任务的工作模式。但是为了向下兼容，所以80286及以后的x86系列兼容处理器仍然是开机启动时工作在实模式下。80186和早期的处理器仅有一种操作模式，就是后来我们所定义的实模式。

　实模式虽然能访问到1M的地址空间，但是由于BIOS的映射作用（即BIOS占用了部分空间地址资源），所以真正能使用的物理内存空间（内存条），也就是在640k到924k之间。

　1M地址空间组成是由16位的段地址和16位的段内偏移地址组成的。用公式表示为：物理地址=左移4位的段地址+偏移地址。

二、保护模式（虚拟地址保护模式）

　保护模式本身是80286及以后兼容处理器序列之后产成的一种操作模式，它具有许多特性设计为提高系统的多道任务和系统的稳定性。例如内存的保护，分页机制和硬件虚拟存储的支持。

　现代多数的x86处理器操作系统都运行在保护模式下，只有在开机时是实模式

　在保护模式下，全部32条地址线有效，可寻址高达4G字节的物理地址空间（32位处理器，64位可寻址264TB），扩充的存储器分段管理机制和可选的存储器分页管理机制，不仅为存储器共享和保护提供了硬件支持，而且为实现虚拟存储器提供了硬件支持。

　支持多任务，能够快速地进行任务切换和保护任务环境。4个特权级和完善的特权检查机制，既能实现资源共享又能保证代码和数据的安全和保密及任务的隔离；支持虚拟8086方式，便于执行8086程序

三、区别

　在实模式中内存被划分成段，每个段的大小为64KB，而这样的段地址可以用16位来表示。内存段的处理是通过和段寄存器相关联的内部机制来处理的，这些段寄存器（CS、DS、 SS和ES）的内容形成了物理地址的一部分。

　具体来说，最终的物理地址是由16位的段地址和16位的段内偏移地址组成的。用公式表示为：物理地址=左移4位的段地址+偏移地址。

　在保护模式下，段是通过一系列被称之为“描述符表”的表所定义的。段寄存器存储的是指向这些表的指针。用于定义内存段的表有两种：全局描述符表(GDT) 和局部描述符表(LDT)。

　GDT是一个段描述符数组，其中包含所有应用程序都可以使用的基本描述符。LDT也是段描述符的一个数组，是一个段，其中存放的是局部的、不需要全局共享的段描述符。

　每一个操作系统都必须定义一个GDT，而每一个正在运行的任务都会有一个相应的LDT。每一个描述符的长度是8个字节，当段寄存器被加载的时候，段基地址就会从相应的表入口获得。

　描述符的内容会被存储在一个程序员不可见的影像寄存器(shadow register)之中，以便下一次同一个段可以使用该信息而不用每次都到表中提取。

　物理地址由偏移量加上影像寄存器中的基址组成。