实模式和保护模式

实模式

• 特点

  • 20位分段内存
  • 不支持内存保护
  • 最早期8086 CPU的工作方式
    • 数据总线16位
      • 一次最多取2 ^ 16 = 64KB数据
      • 这也是每个段的极限大小
    • 地址总线20位
      • 刚好有2 ^ 20 = 1MB寻址空间
    • 所有寄存器都是16位

• 【问题来了】16位寄存器，怎么做到地址总线20位？

• 【答案】利用分段

  • 方法
    • 用另一个寄存器设置段基地址
    • 计算时自动左移4位(即取最高4位)，跟偏移地址组合起来
  • 例子

    jmp f000:e05b
    

  • 算法

    (f000 << 4) + e05b = fe05b
    

  • 解释

    • 这里段基地址为f000 即1111 0000 0000 0000

    • 左移4位后得到f 0000 即1111 0000 0000 0000 0000

    • 低16位跟e05b相加即可

保护模式

• 特点

  • 均升级为32位，最大4GB寻址空间
  • 支持内存保护
  • 从80826 CPU开始采用保护模式，但也向前兼容了实模式

• 【问题来了】保护模式如何做到宣称的64TB虚拟地址空间？

• 【答案】利用 段选择符 指向 段描述符，得到其中的32位的段基地址，然后跟偏移地址组合起来

  • 逻辑地址

    • 组成为：高16位段选择符 + 低32位段内偏移地址

  • 段选择符

    • 总长16位
    • 组成：13位索引 + 1位TI + 2位RPL
      • 索引：指向段描述符
      • TI
        • 0表示从GDT全局描述符表去找
        • 1表示从LDT局部描述符表去找
    • 每个表有2 ^ 13 = 8192个索引 （GDT+LDT两个表就是16384个）
    • 这样虚拟地址空间就是 16384 * 4GB = 64TB

  • 例子

    • jmpi 0, 8中的8就是段选择符
    • 8的二进制低4位表示为1000
    • 解释为1 0 00
    • 表示到GDT找第2个段描述符 （因为从0开始计数）

  • 段描述符

    • 总长64位，其中32位是段基地址
      • 后面拼接逻辑地址中的32位段内偏移地址，生成线性地址