Процессор 80286 и более поздние процессоры поддерживают два
режима операций: защищенный режим и реальный режим. Реальный ре-
жим совместим с работой процессора 8086 и позволяет прикладной
программе адресоваться к памяти объемом до одного мегабайта. За-
щищенный режим расширяет диапазон адресации до 16 мегабайт. Ос-
новное отличие между реальным и защищенным режимом заключается в
способе преобразования процессором логических адресов в физичес-
кие. Логические адреса - это адреса, используемые в прикладной
программе. Как в реальном, также и в защищенном режиме логический
адрес - это 32-разрядное значение, состоящее из 16-битового се-
лектора (адреса сегмента) и 16-битового смещения. Физические ад-
реса - это адреса, которые процессор использует для обмена данны-
ми с компонентами системной памяти. В реальном режиме физический
адрес представляет собой 20-битовое значение, а в защищенном ре-
жиме - 24-битовое.
Когда процессор обращается к памяти (для выборки инструкции
или записи переменной), он генерирует из логического адреса физи-
ческий адрес. В реальном режиме генерация физического адреса сос-
тоит из сдвига селектора (адреса сегмента) на 4 бита влево (это
означает умножение на 16) и прибавления смещения. Полученный в
результате 20-разрядный адрес используется затем для доступа к
памяти.
16Мб┌────────────────┐
│ │
┌────────┐ │ │
│Смещение├─┐ │ │
└────────┘ │ │ │
│ ├────────────────┤┐
└──┼─────>▒▒▒▒▒▒▒▒▒▒│├ сегмент 64К
┌─>├────────────────┤┘
│ │ │
│ │ Пространство │
┌────────┐ ┌──────┐ │ │ адресов │
│Селектор├─┤ x 16 ├─────┘ │ │
└────────┘ └──────┘ │ │
0└────────────────┘
Рис. 17.1 Генерация физического адреса в реальном режиме.
Чтобы получить физический адрес в защищенном режиме, селек-
торная часть логического адреса используется в качестве индекса
таблицы дескрипторов. Запись в таблице дескрипторов содержит
24-битовый базовый адрес, к которому затем для образования физи-
ческого адреса прибавляется смещение логического адреса.
16Мб┌────────────────┐
│ │
┌────────┐ │ │
│Смещение├─┐ │ │
└────────┘ │ │ │
│ ├────────────────┤┐
Таблица дескрипторов └──┼─────>▒▒▒▒▒▒▒▒▒▒│├ сегмент 64К
┌──────┐ ┌─>├────────────────┤┘
├──────┤ │ │ │
├──────┤ │ │ Пространство │
├──────┤ │ │ адресов │
┌─>├──────┤───┘ │ │
│ ├──────┤ │ │
│ ├──────┤ 0└────────────────┘
│ ├──────┤
│ ├──────┤
│ ├──────┤
│ ├──────┤
│ ├──────┤
│ ├──────┤
│ ├──────┤
│ ├──────┤
┌────────┐ │ ├──────┤
│Селектор├─┘ └──────┘
└────────┘
Рис. 17.2 Генерация физического адреса в защищенном режиме.
Каждая запись в таблице дескрипторов называется дескриптором
и определяет сегмент в памяти. Запись таблицы дескрипторов зани-
мает 8 байт, а записанная в дескрипторе информация включает в се-
бя базовый адрес, предельное значение и флаги полномочий доступа
к сегменту.
Записи предельного значения сегмента и полномочий доступа в
дескрипторе определяют размер и тип сегмента. Сегменты могут
иметь размер от 1 до 65536 байт и могут быть сегментами кода или
сегментами данных. Сегменты кода могут содержать выполняемые ма-
шинные инструкции и доступные только по чтению данные. Сегменты
данных могут содержать данные, доступные по чтению и записи. За-
писывать данные в сегменты кода или выполнять инструкции в сег-
ментах данных невозможно. Любая попытка сделать это или попытка
доступа к данным вне границ сегмента вызывает общий сбой по на-
рушению защиты (сокращенно сбой GP). Поэтому режим и называется
защищенным.
По данному адресу в реальном режиме прикладная программа мо-
жет определить физический адрес. В защищенном режиме это обычно
не так, поскольку селекторная часть логического адреса является
индексом в таблице дескрипторов, и сам селектор не имеет прямого
отношения к вычислению физического адреса. Это дает то преиму-
щество, что управление виртуальной памятью можно реализовать, не
влияя на прикладную программу. Например, путем простого обновле-
ния поля базового адреса дескриптора сегмента, операционная сис-
тема может перемещать сегмент в физической памяти без влияния на
использующую сегмент прикладную программу. Прикладная программа
ссылается только на селектор сегмента, и на селектор не влияют
изменения в дескрипторе.
Прикладная программа редко имеет дело с дескрипторами. При
необходимости дескрипторы создаются и уничтожаются операционной
системой и администратором памяти, а прикладная программа знает о
соответствующих селекторах. Селекторы аналогичны описателям фай-
лов - с точки зрения прикладной программы это то, что обслужива-
ется операционной системой, но в операционной системе они работа-
ют как индексы содержащих дополнительную информацию таблиц.