Closed zhangyachen closed 6 years ago
8086处理器只支持实模式。在实模式下，下面的指令都会向特定的内存中写入一个字节的数据，不管这块内存存放的操作系统的数据还是其他任务的数据（除了ROM区域外）。
mov byte ptr [bx],'a'
这肯定是不能被人接受的，所以在1982年Intel公司推出的80826处理器中提出了保护模式的概念，我们在访问内存时，处理器会检查段的基地址、段的界限以及特权级别等。可是由于80286的寄存器还是16位，所以偏移地址仍然不能超过64KB，这就限制了80286处理器的应用，很少为人所知。 1985年Intel公司推出的80386处理器是Intel公司的第一款32位产品，获得了极大的成功，是后续所有32位产品的基础。和80826以及8086比，寄存器和地址线都是32位。
那么处理器是如何通过保护模式来限制程序对内存的访问的？
作为对比，我们先来看一下实模式下（8086）如何访问内存的： 8086的寄存器是16位的，理论上只能访问2^16大的内存（64KB），但是这确实有点太小了。于是8086将地址线扩充到了20根，即可以访问2^20大的内存（1M）。但是由于寄存器暂存的地址是16位的，所以8086将寄存器内的地址左移4位（乘以16），即可产生20位的地址。可以看出，这样产生的地址是16的倍数，不能访问任意位置的内存，所以我们再加一个寄存器来存放偏移地址，达到能够访问任意内存的目的（这个过程也叫给内存分段，但是内存本身是没有分段的）。即在8086中，*物理地址=段地址 16 + 偏移地址：**
mov ax,100h mov ds,ax ;将段地址输送到ds段寄存器 mov bx,100h ;将偏移地址输送到bx寄存器 mov byte ptr ds:[bx],‘a’ ;实际访问的物理内存地址是100h * 16 + 100h
（图）
文章开头提过，实模式下访问内存不受保护。那么保护模式下是如何限制程序对内存的保护的呢？ 其实容易想出，为了达到不能任意访问内存的目的，我们需要知道使用一个段时的界限，这样就可以计算出引用一个段时允许访问的物理内存值（即允许访问的物理内存值 <= 段的基地址 + 段的界限值）。 上面说的段界限在保护模式下存放在段描述符中（Segment Descriptor），大小为8字节。上面说过的每一个段都需要一个段描述符。所有的段描述符都集中存放在一起，构成一个描述表。 最主要的描述表是全局描述表，叫作GDT（Global Descripotr Table）。进入保护模式前，必须先定义全局描述表。由于进入保护模式前是实模式的，而实模式（8086）的内存为1MB，那么GDT一般都定义在1MB以下的内存中。刚才为什么说最主要的？因为还有LDT（Local Descriptor Table），稍候会说到。
下面是段描述符的组成：
可以看出，段地址是32位，段边界是20位。实模式下，之前已经提过怎么通过段地址和偏移地址形成物理地址的。在保护模式下，段地址即物理地址（未开启分页，如果开启分页，需要经过页映射的转化才能形成物理地址）。段界限用来限制段的扩展范围。 G代表粒度。0代表段界限以字节为单位，1代表段界限以4KB为单位。 其他位在之后用到会说。感兴趣的可以看下参考资料。
在32位处理器上，寄存器的结构也发生了变化
8086处理器只支持实模式。在实模式下，下面的指令都会向特定的内存中写入一个字节的数据，不管这块内存存放的操作系统的数据还是其他任务的数据（除了ROM区域外）。
这肯定是不能被人接受的，所以在1982年Intel公司推出的80826处理器中提出了保护模式的概念，我们在访问内存时，处理器会检查段的基地址、段的界限以及特权级别等。可是由于80286的寄存器还是16位，所以偏移地址仍然不能超过64KB，这就限制了80286处理器的应用，很少为人所知。 1985年Intel公司推出的80386处理器是Intel公司的第一款32位产品，获得了极大的成功，是后续所有32位产品的基础。和80826以及8086比，寄存器和地址线都是32位。
那么处理器是如何通过保护模式来限制程序对内存的访问的？
作为对比，我们先来看一下实模式下（8086）如何访问内存的： 8086的寄存器是16位的，理论上只能访问2^16大的内存（64KB），但是这确实有点太小了。于是8086将地址线扩充到了20根，即可以访问2^20大的内存（1M）。但是由于寄存器暂存的地址是16位的，所以8086将寄存器内的地址左移4位（乘以16），即可产生20位的地址。可以看出，这样产生的地址是16的倍数，不能访问任意位置的内存，所以我们再加一个寄存器来存放偏移地址，达到能够访问任意内存的目的（这个过程也叫给内存分段，但是内存本身是没有分段的）。即在8086中，*物理地址=段地址 16 + 偏移地址：**
（图）
文章开头提过，实模式下访问内存不受保护。那么保护模式下是如何限制程序对内存的保护的呢？ 其实容易想出，为了达到不能任意访问内存的目的，我们需要知道使用一个段时的界限，这样就可以计算出引用一个段时允许访问的物理内存值（即允许访问的物理内存值 <= 段的基地址 + 段的界限值）。 上面说的段界限在保护模式下存放在段描述符中（Segment Descriptor），大小为8字节。上面说过的每一个段都需要一个段描述符。所有的段描述符都集中存放在一起，构成一个描述表。 最主要的描述表是全局描述表，叫作GDT（Global Descripotr Table）。进入保护模式前，必须先定义全局描述表。由于进入保护模式前是实模式的，而实模式（8086）的内存为1MB，那么GDT一般都定义在1MB以下的内存中。刚才为什么说最主要的？因为还有LDT（Local Descriptor Table），稍候会说到。
下面是段描述符的组成：
（图）
可以看出，段地址是32位，段边界是20位。实模式下，之前已经提过怎么通过段地址和偏移地址形成物理地址的。在保护模式下，段地址即物理地址（未开启分页，如果开启分页，需要经过页映射的转化才能形成物理地址）。段界限用来限制段的扩展范围。 G代表粒度。0代表段界限以字节为单位，1代表段界限以4KB为单位。 其他位在之后用到会说。感兴趣的可以看下参考资料。
在32位处理器上，寄存器的结构也发生了变化