Архитектура режима реальных адресов и защищенного режима

Устройство управления памятью

Предназначенное для манипуляции сегментами устройство управления памятью (MMU) состоит из блока сегментации и блока разбиения на страницы. Блок сегментации обеспечивает четыре (от 0 до 3) уровня защиты с целью изоляции и защиты друг от друга прикладных программ и операционной системы. Этот компонент также позволяет легко создавать перемещаемые программы и данные и обеспечивает их совместноеиспользование.

Блок разбиения на страницы, входящий в состав блока MMU, работаетна более низком и прозрачном для процесса сегментации уровне. Эта прозрачность позволяет управлять пространством физических адресов отдельно и независимо от управления сегментами. Каждый сегмент отображается в пространство линейных адресов, которое в свою очередь отображается в одну или несколько страниц объемом 4 Кбайт. Для реализации эффективной системы виртуальной памяти МП 80386 полностью поддерживает способность рестарта (повторного запуска) в случае отказа во всех страницах и сегментах.

Микропроцессор 80386 имеет два режима работы: режим реальных адресов, называемый реальным режимом, и защищенный режим. Реальный режим используется преимущественно с целью установки процессора для работы в защищенном режиме, а также с целью выполнения программ МП предыдущих поколений. Защищенный режим обеспечиваетвозможности разбиения на страницы, управления памятью и механизма привилегий МП 80386. Эти конструктивные свойства дают совместимость на уровне объектного кода с более ранними МП фирмы Intel.

Реальный режим. При подаче сигнала сброса или при включении питания устанавливается реальный режим, причем МП 80386 работает как очень быстрый МП 8086, но, по желанию программиста, с 32-разрядным расширением. В реальном режиме МП 80386 имеет такую же базовую архитектуру, что и МП 8086, но обеспечивает доступ к 32-разрядным регистрам. Механизм адресации, размеры памяти и обработка прерываний (с их последовательными ограничениями) МП 8086 полностью совпадают с аналогичными функциями МП 80386 в реальном режиме.

Для формирования логического адреса в реальном режиме используются два компонента. Для определения линейного базового адреса сегмента используется16-разрядный селектор. Полученный базовый адрес используется как 32-разрядный физический адрес. Различие двух режимов состоит в способе вычисления базового адреса.

Перемещаемость программ или данных заключаетсяв том, что они могут быть размещены в разные моменты времени в различных областях памяти, не требуя от системыили прикладных программ своей модификации. Перемещение сегмента производится в МП 80386 точно так же, как и в МП 8086. В селекторе сегмента 16-разрядное значение сдвигается влево на четыре бита (т.е. умножается на 16) для формирования 20-разрядного базового адреса сегмента. Исполнительный адрес расширяется четырьмя старшими нулевыми битами для получения 20-разрядного значения и добавляется к базовому адресу. Таким образом формируется линейный адрес, который совпадает с физическим адресом, поскольку в реальном режиме разбиение на страницы не используется.

Прерывания и исключения нарушают нормальный порядок работы системы или программы. В реальном режиме они обрабатываются точно так же, как и в МП 8086. В реальном режиме таблица дескрипторов прерываний (IDT) МП 80386 представляет собой таблицу векторов реальных прерываний МП 8086 и занимает пространство от нулевого реального адреса до реального адреса 1024 (4 байт па вектор прерывания с 256 возможными входами).

Единственным способом выхода из реального режима является явное переключение в защищенный режим. В защищенный режим МП 80386 входит при установке бита включения защиты (РЕ) в нулевом регистре управления (CR0) с помощью команды пересылки (MOV to CR0). Для совместимости с МП 80286 с целью установки бита РЕ может быть также использована команда загрузки слова состояния машины LMSW.

Процессор повторно входит в реальный режим в том случае, если программа командой пересылки сбрасывает бит РЕ регистра CR0.

Защищенный режим. Полные возможности МП 80386 раскрываются в защищенном режиме. Программы могут исполнять переключение между процессами с целью входа в задачи, предназначенные для режима виртуального МП 8086. Каждая такая задача проявляет себя в семантике МП 8086 (т.е. в отношениях между символами и приписываемыми им значениями независимо от интерпретирующего их оборудования). Это позволяет выполнять на МП 80386 программное обеспечение для МП 8086 - прикладную программу или целую операционную систему. В то же время задачи для виртуального МП 8086 изолированы и защищены как друг от друга, так и от главной операционной системы МП 80386.

Подобно реальному режиму, в защищенном режиме используется 16-разрядный селектор для указания в определенной операционной системной таблице индекса, который содержит 32-разрядный базовый адрес сегмента. Физический адрес формируется путем добавления базового адреса, полученного из этой таблицы, к относительному адресу. Программы, написанные для МП 80286, выполняются на МП 80386 без модификации. Этот МП поддерживает также дескрипторы, используемые в МП 80286, поскольку зарезервированное фирмой Intel младшее слово дескриптора равно нулю.

Дата добавления: 2014-01-07