80x86微处理器有三种工作模式

2.3.1　工作模式

　　从操作系统的角度看，Intel　80x86微处理器有三种工作模式：实地址模式、保护模式和虚拟8086 模式。当CPU复位时，自动进入实地址模式。通过修改CR0和控制寄存器，可进行实地址模式和保护模式之间的转换；执行IREDT指令或进行任务的转换， 可由保护模式转移至虚拟8086模式。Pentium微处理器除上述三种工作方式外，增加了系统管理方式（SMM）。SMM方式为系统设计人员实现高级管 理提供方便。

　　实地址模式是最基本的工作方式。实地址模式与16位微处理器8086/8088的实地址模式保持兼容，原有的16位微处理器的程序可不加修改地在实地址模式下运行；32位微处理器的实地址模式具有更强的功能，增加了寄存器，扩充了指令，可进行32位操作。

　 　保护模式的特点是引入了虚拟存储器的概念，可支持多任务操作。在保护模式方式下，32位CPU可访问的物理存储空间为4GB（232B），程序可用的虚 拟存储空间为64TB（246B）。保护模式支持四种特权级，可以隔离和保护操作系统的核心代码不受用户软件的破坏，防止应用程序之间的干扰。

　　虚拟8086模式是一种既有保护功能又能执行16位微处理器软件的工作方式。虚拟8086模式的工作原理与保护模式相同，但程序指定的逻辑地址解释与8086微处理器相同。虚拟8086模式可以看做保护模式的一种子方式。

　　2.3.2　实模式存储器寻址

　　8086/8088只能工作于实模式，而80286及其以上的微处理器可工作于实模式、保护模式和虚拟8086模式。

　 　实模式操作方式只允许微处理器寻址第一个1MB存储器空间，即使是Pentium微处理器也是如此。存储器中第一个1MB存储单元称为实模式存储器或常 规内存，DOS操作系统要求微处理器工作于实模式。实模式操作时，允许为8086/8088（只包含1MB存储器）设计的应用软件不用修改，就可以在 80286及更高型号的微处理器中运行。软件的向上兼容性是Intel系列微处理器不断成功的重要原因之一。在任何情况下，这些微处理器每次加电或复位 后，都默认以实模式开始工作。

　　1.存储器的组织和分段

　　1）存储器的组织

　　存储器用于存储程序 和数据。存储器存储信息的基本单位是一个二进制位，称为bit；8位（bit）组成一个字节（byte），构成一个存储单元。8086/8088微机的字 长（word）16位，由两个字节组成；80386、80486和Pentium微机的字长32位，由四个字节组成。

　　实模式操作方式 只允许微处理器寻址第一个1MB存储器空间，需要20位地址线。每个存储单元都有一个地址，用20位二进制数（5位16进制数）表示，从 00000H～FFFFFH。每个存储单元存放一个字节的数据，例如：（00002H）34H。相邻两个存储单元可构成一个字长为16位的字，在对准字 时，用偶地址表示，例如：（00002H）1234H。同一个地址既可以看成是字节单元的地址，又可看成是字单元的地址，这要根据使用情况来确定。字长为 32位的字由相邻四个存储单元构成，其地址由最低位的偶地址表示，例如：（00002H）56781234H。

　　2）存储器的分段结构

　　任何软件在运行时，必须预先将程序和要处理的数据送入内存。由于程序和数据应具有逻辑独立性，各程序之间也应当互相独立，因此计算机系统把存储器分为相对独立的许多内存段，每个段存放不同的程序或数据。由此形成存储器的分段管理的思想。

　 　实模式操作方式下对1MB的存储单元进行分段管理，是将1MB的存储空间分为若干段，每个段的容量小于等于64KB。每个段都是独立寻址的逻辑单位，用 于存放程序或数据。各逻辑段在存储器中采用浮动方式，即可以邻接、间隔、完全重叠或部分重叠。一个存储单元的物理地址可以属于一个逻辑段，也可以同属几个 逻辑段。对8086/8088CPU来说，任何时候一个程序当前只能访问四个段：代码段、数据段、堆栈段和附加段，每个段的起始地址（基地址）由CS、 DS、SS、ES四个段寄存器存放。80386以后的微处理器增加了FS和GS两个附加段段寄存器，每个程序当前能访问六个段。

　　为物理地址

　　3）逻辑地址和物理地址

　 　采用分段管理后，存储器的地址有物理地址和逻辑地址之分。实模式下，逻辑地址由段基址和偏移地址组成，它们都是16位无符号数；段基址来源于段寄存器， 如CS、DS、SS和ES，偏移地址来自不同的寄存器（如SP、BP、SI、DI和IP等）、位移量和比例因子的组合。物理地址是真正的存储单元的地址， 用20位二进制地址码（或5位16进制数）表示。