1:实模式:寻址采用和8086相同的16位段和偏移量,最大寻址空间1MB,最大分段64KB。可以使用32位指令。32位的x86 CPU用做高速的8086。 2:保护模式:寻址采用32位段和偏移量,最大寻址空间4GB,最大分段4GB (Pentium Pre及以后为64GB)。在保护模式下CPU可以进入虚拟8086方式,这是在保护模式下的实模式程序运行环境。 第一:实模式下程序的运行回顾. 程序运行的实质是什么?其实很简单,就是指令的执行,显然CPU 是指令得以执行的硬件保障,那么CPU如何知道指令在什么地方呢? 对了,80×86系列是使用CS寄存器配合IP寄存器来通知CPU指令在内存 中的位置. 程序指令在执行过程中一般还需要有各种数据,80×86系列有DS、 ES、FS、GS、SS等用于指示不同用途的数据段在内存中的位置。 程序可能需要调用系统的服务子程序,80×86系列使用中断机制 来实现系统服务。 总的来说,这些就是实模式下一个程序运行所需的主要内容 (其它如跳转、返回、端口操作等相对来说比较次要。) 第二:保护模式—从程序运行说起 无论实模式还是保护模式,根本的问题还是程序如何在其中运行。 因此我们在学习保护模式时应该时刻围绕这个问题来思考。 和实模式下一样,保护模式下程序运行的实质仍是“CPU执行指令, 操作相关数据”,因此实模式下的各种代码段、数据段、堆栈段、中 断服务程序仍然存在,且功能、作用不变。 那么保护模式下最大的变化是什么呢?答案可能因人而异,我的 答案是“地址转换方式”变化最大。 第三:地址转换方式比较 先看一下实模式下的地址转换方式,假设我们在ES中存入0x1000, DI中存入0xFFFF,那么ES:DI=0x1000*0x10+0xFFFF=0x1FFFF,这就是众 所周知的“左移4位加偏移”。 那么如果在保护模式下呢?假设上面的数据不变ES=0x1000, DI=0xFFFF,现在ES:DI等于什么呢? 公式如下:(注:0x1000=1000000000000b= 10 0000 0000 0 00) ES:DI=全局描述符表中第0x200项描述符给出的段基址+0xFFFF 现在比较一下,好象是不一样。再仔细看看,又好象没什么区别! 为什么说没什么区别,因为我的想法是,既然ES中的内容都不是 真正的段地址,凭什么实模式下称ES为“段寄存器”,而到了保护模式 就说是“选择子”? 其实它们都是一种映射,只是映射规则不同而已:在实模式下这 个“地址转换方式”是“左移4位”;在保护模式下是“查全局/局部描述表” 。前者是系统定义的映射方式,后者是用户自定义的转换方式。而它 影响的都是“shadow register” 从函数的观点来看,前者是表达式函数,后者是列举式函数: 实模式: F(es–>segment)={segment |segment=es*0x10} 保护模式:F(es–>segment)={segment |(es,segment)∈GDT/LDT} 其中GDT、LDT分别表示全局描述符表和局部描述符表。 第四:保护模式基本组成 保护模式最基本的组成部分是围绕着“地址转换方式”的变化增设了 相应的机构。 1、数据段 前面说过,实模式下的各种代码段、数据段、堆栈段、中断服务程 序仍然存在,我将它们统称为“数据段”,本文从此向下凡提到数据段都 是使用这个定义。 2、描述符 保护模式下引入描述符来描述各种数据段,所有的描述符均为8个字 节(0-7),由第5个字节说明描述符的类型,类型不同,描述符的结构也 有所不同。 若干个描述符集中在一起组成描述符表,而描述符表本身也是一种 数据段,也使用描述符进行描述。 从现在起,“地址转换”由描述符表来完成,从这个意义上说,描述符 表是一张地址转换函数表。 3、选择子 选择子是一个2字节的数,共16位,最低2位表示RPL,第3位表示查表
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