实模式、保护模式和虚拟8086模式
Intel80386CPU
Intel80386CPUIntel 80386 CPU簡單了解運⾏模式⼀般CPU只有⼀种运⾏模式，能够⽀持多个程序在各⾃独⽴的内存空间中并发执⾏，且有⽤户特权级和内核特权级的区分，让⼀般应⽤不能破坏操作系统内核和执⾏特权指令。
80386处理器有四种运⾏模式：实模式、保护模式、SMM模式和虚拟8086模式。
这⾥对涉及ucore的实模式、保护模式做⼀个简要介绍。
实模式：这是个⼈计算机早期的8086处理器采⽤的⼀种简单运⾏模式，当时微软的MS-DOS操作系统主要就是运⾏在8086的实模式下。
80386加电启动后处于实模式运⾏状态，在这种状态下软件可访问的物理内存空间不能超过1MB，且⽆法发挥Intel 80386以上级别的32位CPU的4GB内存管理能⼒。
实模式将整个物理内存看成分段的区域，程序代码和数据位于不同区域，操作系统和⽤户程序并没有区别对待，⽽且每⼀个指针都是指向实际的物理地址。
这样⽤户程序的⼀个指针如果指向了操作系统区域或其他⽤户程序区域，并修改了内容，那么其后果就很可能是灾难性的。
保护模式：保护模式的⼀个主要⽬标是确保应⽤程序⽆法对操作系统进⾏破坏。
实际上，80386就是通过在实模式下初始化控制寄存器（如GDTR，LDTR，IDTR与TR等管理寄存器）以及页表，然后再通过设置CR0寄存器使其中的保护模式使能位置位，从⽽进⼊到80386的保护模式。
当80386⼯作在保护模式下的时候，其所有的32根地址线都可供寻址，物理寻址空间⾼达4GB。
在保护模式下，⽀持内存分页机制，提供了对虚拟内存的良好⽀持。
保护模式下80386⽀持多任务，还⽀持优先级机制，不同的程序可以运⾏在不同的特权级上。
特权级⼀共分0～3四个级别，操作系统运⾏在最⾼的特权级0上，应⽤程序则运⾏在⽐较低的级别上；配合良好的检查机制后，既可以在任务间实现数据的安全共享也可以很好地隔离各个任务。
內存架構地址是访问内存空间的索引。
⼀般⽽⾔，内存地址有两个：⼀个是CPU通过总线访问物理内存⽤到的物理地址，⼀个是我们编写的应⽤程序所⽤到的逻辑地址（也有⼈称为虚拟地址）。
从实模式到保护模式
全局描述符表：GDT
• 各个段描述符的集中地。 • 段描述符表现在是存放在内存中，那CPU是如何 知道它在哪里呢？所以，Intel公司设计了一个全 局描述符表寄存器，专门用来存放段描述符表的 首地址，以便找到内存中段描述符表。这时，段 描述符表地址被存到GDTR寄存器x：yyyyyyyy
实模式
• 不支持硬件上的多任务切换. • 不支持特权级，可以执行所有特权指 令。 • DOS操作系统运行于实模式下，而 Windows/Linux操作系统运行于保护模 式下。
• CPU完全按照8086的实际寻址方法访问从 00000h--FFFFFh（1MB大小）的地址范围 的内存。
保护模式
从实模式到保护模式
• 从80386开始，Intel的CPU具有3种运 行模式： 实模式 保护模式 虚拟8086模式
实模式
• 在实模式下，80X86等同于一个16位 的8086微处理器。 • 采用类似于8086的体系结构，其寻 址机制、中断处理机制均和8086相 同. • 只使用低20位地址线，只能寻址1M 字节的物理地址空间.
• 通常所说的保护模式是指80386处理器及 以后的处理器所实现的运行模式。 • CPU提供了段式和页式内存管理功能，支 持多任务和特权级。 • 物理寻址空间高达4GB（80386/80486）
xxxx：yyyyyyyy
选择子：selector
• 段选择子，也就是数组的索引，即要找的 那个段描述符相对于数组首地址。也就是 需要找的段在全局描述表中的偏移位置。
详解实模式,保护模式,虚拟8086模式
2014年11月29日 0:59
• 80x86处理器有三种工作模式：实模式，保护模式和虚拟8086模式
• 历史 ○ DOS时代，汇编凭借着特权可以随时访问系统内核，直接操作硬件，对系统安全造成威胁 ○ Windows时代的到来，不仅给我们带来了华丽的界面，更多的是给我们带来了“保护机 制”。将系统内核层层封装，用户仅能通过Windows提供的接口访问内核。即保护模式 ○ 为了兼容以前的MS-DOS程序，虚拟86模式应运而生。虚拟8086模式是以任务形式在保护模式 上执行的, 在80386上可以同时支持由多个真正的80386任务和虚拟8086模式构成的任务 ○ 其实，实模式和虚拟8086模式是为了向下兼容而设置的. 而保护模式是我们的主角, 是我们现
实际上, 80386就是通过在实模式下初始化控制寄存器, GDTR, LDTR, IDTR与TR等管理寄存 器以及页表, 然后再通过加载CR0使其中的保护模式使能位置位而进入保护模式的. 当然, 实模式下不支持硬件上的多任务切换
实模式下的中断处理方式和8086处理器相同, 也用中断向量表来定位中断服务程序地址 中断向量表的结构也和8086处理器一样: 每4个字节组成一个中断向量, 其中包括两个字节
○ 虚拟8086模式是以任务形式在保护模式上执行的, 在80386上可以同时支持由多个真正的 80386任务和虚拟8086模式构成的任务。虚拟8086模式以保护模式为基础, 它的工作方式实际 上是实模式和保护模式的混合
• 实模式
○ 以8086架构进行讲解，8086上一代8088 CPU中的寄存器都是8位的。而8086是16位的，是
显示的视频缓冲区和BIOS的地址空间
• 而在内存低端, 安排了中断向量表和BIOS数据区; 剩下从
Pentium在保护模式下的寻址机制
Pentium在保护模式下的寻址机制姓名：郭丽娜专业：电子信息科学与技术２００９学号：０２０２４２００９００５工作模式从80386开始，cpu有三种工作方式：实模式，保护模式和虚拟8086模式。
只有在刚刚启动的时候是real-mode，操作系统运行起来以后就运行在保护模式。
实模式只能访问地址在1M以下的内存称为常规内存，我们把地址在1M 以上的内存称为扩展内存。
在保护模式下，全部32条地址线有效，可寻址高达4G字节的物理地址空间; 扩充的存储器分段管理机制和可选的存储器分页管理机制，不仅为存储器共享和保护提供了硬件支持，而且为实现虚拟存储器提供了硬件支持; 支持多任务，能够快速地进行任务切换和保护任务环境; 4个特权级和完善的特权检查机制，既能实现资源共享又能保证代码和数据的安全和保密及任务的隔离; 支持虚拟8086方式，便于执行8086程序。
虚拟8086模式是运行在保护模式中的实模式，为了在32位保护模式下执行纯16位程序。
它不是一个真正的CPU模式，还属于保护模式。
保护模式同实模式的根本区别是进程内存受保护与否。
CPU启动环境为16位实模式，之后可以切换到保护模式。
但从保护模式无法切换回实模式寻址机制：Pentium的存储单元的地址跟16位的cpu类似，也是由段基址和段内偏移量构成的，为此，pentium内部设置了6个16位的段寄存器。
在实地址方式，每段的大小固定为64ＫＢ，寻址时，只要把段寄存器中的值左移４位，就得到对应段的基地址，再加上偏移量，就得到了存储单元的物理地址。
在保护方式下，存储器单元的地址也是由段基址和段内偏移量构成，不过，为了得到更大的存储空间，在保护方式下，ｐｅｎｔｉｕｍ采用了更巧妙的方法来得到段基址和段内偏移量。
Pentium的寻址机制，首先就是逻辑地址到线性地址的转换，这个转换是由分段部件完成的。
在指令中，所用的是有16位段寄存器指出的段选择子和32位偏移量构成的逻辑地址。
虚拟8086模式
十一.虚拟8086模式继推出80386之后，Intel又推出了80386、Pentium和Pentium PRO。
这些处理器都具有实模式和保护模式两种工作方式。
前面已介绍过，实模式与8086兼容，可以运行DOS及以其为平台的几乎所有软件；但在实模式下，处理器不能发挥自身的优越性能，不能支持多用户、多任务操作系统的运行。
为了充分发挥处理器的功能，同时使DOS及以其为平台的软件继续有效地运行，从80386开始增加了虚拟8086模式。
本文将介绍虚拟8086模式。
这里下载本文源代码。
<一>V86模式1.V86模式虚拟8086模式是保护模式下的一种工作方式，也称为V8086模式，或者简称为V86模式。
在虚拟8086模式下，处理器类似于8086。
寻址的地址空间是1M字节；段寄存器的内容作为段值解释；20位存储单元地址由段值乘以16加偏移构成。
在V86模式下，代码段总是可写的，这与实模式相同，同理，数据段也是可执行的，只不过可能会发生异常。
所以，在虚拟8086模式下，可以运行DOS及以其为平台的软件。
但V86模式毕竟是虚拟8086的一种方式，所以不完全等同于8086。
当标志寄存器中的VM位为1时，处理器就处于V86模式。
此时，其当前特权级由处理器自动设置为3。
2.V86任务8086程序可以直接在V86模式下运行，而V86模式受到称为V86监控程序的控制。
V86监控程序和在V86模式下的8086程序构成的任务称为虚拟8086任务，或者简称为V86任务。
V86任务形成一个由处理器硬件和属于系统软件的监控程序组成的“虚拟8086机”。
V86监控程序控制V86外部界面、中断和I/O。
硬件提供该任务最低端1M字节线性地址空间的虚拟存储空间，包含虚拟寄存器的TSS，并执行处理这些寄存器和地址空间的指令。
80386把V86任务作为与其它任务具有同等地位的一个任务。
它可以支持多个V86任务，每个V86任务是相对独立的。
80386学习（一）80386CPU介绍
80386学习（⼀）80386CPU介绍⼀.80386CPU介绍 Inter80386CPU是Inter公司于1985年推出的第⼀款32位80x86系列的微处理器。
80386的数据总线是32位的，其地址总线也是32位，因⽽最⼤可寻址4GB的存储空间。
80386作为x86系列CPU的⼀员，保持着对更早⽣产的x86CPU的向前兼容。
80386在当时主要为⽀持⾼性能的应⽤领域和多⽤户、多任务操作系统⽽设计，提供了硬件级的特权级保护、多任务切换、内存分页等功能。
80386有三种运⾏模式：实模式、保护模式和虚拟8086模式。
在实模式下，80386和8086的⾏为保持⼀致，只能访问20位(1M)的地址空间，内部实际32位的寄存器也只有低16位有效。
实模式主要是为了兼容运⾏在8086CPU上的程序，所以80386加电后，默认就运⾏在实模式下。
要想充分发挥80386的对于多任务的⽀持功能，需要使80386进⼊保护模式。
保护模式是80286以及后续的x86CPU都具有的⼀种⼯作模式。
保护模式下的80386内存寻址范围达到了硬件设计的上限：2^32byte，即4GB。
保护模式提供了诸如内存保护、内存分页机制以及硬件虚拟存储管理等功能，为多⽤户。
多任务的⾼效、可靠、安全的操作系统实现提供了良好的⽀持。
因此，主流的现代操作系统例如Linux、Windows(Windows95及以后)其内核均运⾏在x86的保护模式之上。
虚拟8086模式的⼯作模式介于实模式和保护模式之间，虚拟8086⽀持多任务、内存分页等功能。
但运⾏的每⼀个独⽴任务均处于实模式之下。
虚拟8086这⼀模式由于其中庸性，应⽤范围相对较⼩。
⼆.80386对于8086的主要改进 80386能够兼容的运⾏之前在8086、80286CPU上运⾏的程序，但80386⽐起16位的8086CPU⽆论是性能还是功能上都有质的提升。
性能⽅⾯的主要改进：更宽的数据总线和地址总线 扩展到32位的地址总线使得80386能够访问更⼤的地址空间，同时32位的数据总线⽐起8086的16位也增加了数据的传输速度。
CPU 主频 X86的实模式,保护模式,虚拟8086模式Microsoft Office Word 97 - 2003 文档
CPU的主频，即CPU内核工作的时钟频率（CPU Clock Speed）。
通常所说的某某CPU是多少兆赫的，而这个多少兆赫就是“CPU的主频”。
很多人认为CPU的主频就是其运行速度，其实不然。
CPU的主频表示在CPU内数字脉冲信号震荡的速度，与CPU实际的运算能力并没有直接关系。
主频和实际的运算速度存在一定的关系，但目前还没有一个确定的公式能够定量两者的数值关系，因为CPU的运算速度还要看CPU的流水线的各方面的性能指标（缓存、指令集，CPU的位数等等）。
由于主频并不直接代表运算速度，所以在一定情况下，很可能会出现主频较高的CPU实际运算速度较低的现象。
比如AMD公司的AthlonXP系列CPU大多都能以较低的主频，达到英特尔公司的Pentium 4系列CPU较高主频的CPU性能，所以AthlonXP系列CPU才以PR值的方式来命名。
因此主频仅是CPU性能表现的一个方面，而不代表CPU的整体性能。
CPU的主频不代表CPU的速度，但提高主频对于提高CPU运算速度却是至关重要的。
举个例子来说，假设某个CPU在一个时钟周期内执行一条运算指令，那么当CPU运行在100MHz 主频时，将比它运行在50MHz主频时速度快一倍。
因为100MHz的时钟周期比50MHz的时钟周期占用时间减少了一半，也就是工作在100MHz主频的CPU执行一条运算指令所需时间仅为10ns比工作在50MHz主频时的20ns缩短了一半，自然运算速度也就快了一倍。
只不过电脑的整体运行速度不仅取决于CPU运算速度，还与其它各分系统的运行情况有关，只有在提高主频的同时，各分系统运行速度和各分系统之间的数据传输速度都能得到提高后，电脑整体的运行速度才能真正得到提高。
提高CPU工作主频主要受到生产工艺的限制。
由于CPU是在半导体硅片上制造的，在硅片上的元件之间需要导线进行联接，由于在高频状态下要求导线越细越短越好，这样才能减小导线分布电容等杂散干扰以保证CPU运算正确。
什么是实模式、保护模式和虚拟8086方式
什么是实模式、保护模式和虚拟8086方式1:实模式：寻址采用和8086相同的16位段和偏移量，最大寻址空间1MB，最大分段64KB。
可以使用32位指令。
32位的x86 CPU用做高速的8086。
2:保护模式：寻址采用32位段和偏移量，最大寻址空间4GB，最大分段4GB (Pentium Pro 及以后为64GB)。
在保护模式下CPU可以进入虚拟8086方式，这是在保护模式下的实模式程序运行环境。
第一:实模式下程序的运行回顾.程序运行的实质是什么?其实很简单,就是指令的执行,显然CPU是指令得以执行的硬件保障,那么CPU如何知道指令在什么地方呢?对了,80x86系列是使用CS寄存器配合IP寄存器来通知CPU指令在内存中的位置.程序指令在执行过程中一般还需要有各种数据,80x86系列有DS、ES、FS、GS、SS等用于指示不同用途的数据段在内存中的位置。
程序可能需要调用系统的服务子程序，80x86系列使用中断机制来实现系统服务。
总的来说，这些就是实模式下一个程序运行所需的主要内容（其它如跳转、返回、端口操作等相对来说比较次要。
）第二：保护模式---从程序运行说起无论实模式还是保护模式，根本的问题还是程序如何在其中运行。
因此我们在学习保护模式时应该时刻围绕这个问题来思考。
和实模式下一样，保护模式下程序运行的实质仍是“CPU执行指令，操作相关数据”，因此实模式下的各种代码段、数据段、堆栈段、中断服务程序仍然存在，且功能、作用不变。
那么保护模式下最大的变化是什么呢？答案可能因人而异，我的答案是“地址转换方式”变化最大。
第三：地址转换方式比较先看一下实模式下的地址转换方式，假设我们在ES中存入0x1000，DI中存入0xFFFF,那么ES:DI=0x1000*0x10+0xFFFF=0x1FFFF,这就是众所周知的“左移4位加偏移”。
那么如果在保护模式下呢？假设上面的数据不变ES=0x1000,DI=0xFFFF，现在ES:DI等于什么呢？公式如下：（注：0x1000=1000000000000b= 10 0000 0000 0 00）ES:DI=全局描述符表中第0x200项描述符给出的段基址+0xFFFF现在比较一下，好象是不一样。
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实模式、保护模式和虚拟8086模式
一直以来，都搞不清楚这几个概念。
在网上搜了一下，把它晒上，不会再忘记！有其它的内容，请看到的朋友请补充。
实模式与保护模式
1. 实模式，又叫实地址模式，CPU完全按照8086的实际寻址方法访问从00000h--FFFFFh （1MB大小）的地址范围的内存，在这种模式下，CPU只能做单任务运行；寻址公式为：物理地址=左移4位的段地址+偏移地址，即：物理地址是由16位的段地址和16位的段内偏移地址组成的。
2.保护模式，又叫内存保护模式，寻址采用32位段和偏移量，最大寻址空间4GB，在这种模式下，系统运行于多任务，设计这种模式的原因和好处是：保护模式增加了寻址空间，增加了对多任务的支持，增加了段页式寻址机制的内存管理（分段机制使得段具有访问权限和特权级，各应用程序和操作系统的代码和核心是被保护的，这也是多任务支持的实现关键和保护这个名字的由来）。
寻址过程为：物理地址=由段地址查询全局描述符表中给出的段基址+偏移地址，即：物理地址由影像寄存器中的基址加上16位或者32位的偏移组成。
1:实模式
是CPU启动的时候的模式
这时候就相当于一个速度超快的8086
不能使用多线程
不能实现权限分级
还不能访问20位以上地址线,也就是说只能访问1M内存(!!!)
2:保护模式
操作系统接管CPU后.
会使CPU进入保护模式.
这时候可以发挥80x86的所有威力..
包括权限分级.内存分页.等等等等各种功能
从80386开始，cpu有三种工作方式：实模式，保护模式和虚拟8086模式。
只有在刚刚启动的时候是real-mode，等到linux操作系统运行起来以后
就运行在保护模式。
实模式只能访问地址在1M以下的内存称为常规内存，我们把地址在1M 以上的内存称为扩展内存。
在保护模式下，全部32条地址线有效，可寻址高达4G字节的物理地址空间; 扩充的存储器分段管理机制和可选的存
储器分页管理机制，不仅为存储器共享和保护提供了硬件支持，而且为实现虚拟存储器提供了硬件支持; 支持多任务，能够快速地进行任务切换和保护任务环境; 4个特权级和完善的特权检查机制，既能实现资源共享又能保证代码和数据的安全和保密及任务的隔离; 支持虚拟8086方式，便于执行8086程序。
虚拟8086模式是运行在保护模式中的实模式，为了在32位保护模式下执行纯16位程序。
它不是一个真正的CPU模式，还属于保护模式。
保护模式同实模式的根本区别是进程内存受保护与否。
可寻址空间的区别只是这一原因的果。
实模式将整个物理内存看成分段的区域,程序代码和数据位于不同区域，系统程序和用户程序没有区别对待，而且每一个指针都是指向"实在"的物理地址。
这样一来，用户程序的一个指针如果指向了系统程序区域或其他用户程序区域，并改变了值，那么对于这个被修改的系统程序或用户程序，其后果就很可能是灾难性的。
为了克服这种低劣的内存管理方式，处理器厂商开发出保护模式。
这样，物理内存地址不能直接被程序访问，程序内部的地址（虚拟地址）要由操作系统转化为物理地址去访问，程序对此一无所知。
至此，进程（这时我们可以称程序为进程了）有了严格的边界，任何其他进程根本没有办法访问不属于自己的物理内存区域，甚至在自己的虚拟地址范围内也不是可以任意访问的，因为有一些虚拟区域已经被放进一些公共系统运行库。
这些区域也不能随便修改，若修改就会有: SIGSEGV（linux 段错误）;非法内存访问对话框（windows 对话框）。
CPU启动环境为16位实模式，之后可以切换到保护模式。
但从保护模式无法切换回实模式
事实上，现在的64位奔腾4处理器，拥有三种基本模式和一种扩展模式。
b). 基本模式：
保护模式：纯32位保护执行环境。
实模式：纯16位无保护执行环境。
系统管理模式：当SMI引脚为有效进入系统管理模式，首先保存当前的CPU上下文。
它有独立的地址空间，用来执行电源管理或系统安全方面的指令。
b). 扩展模式：
IA-32e模式: 64位操作系统运行在该模式。
该模式有两种子模式: 1）兼容模式：该模式下，64位操作系统运行在32位兼容环境，能正常运行16，32位应用程序就像基本的保护模式一样，访问32位地址空间，但不能运行纯16位实模式程序（就是不能运行虚拟86模式程序了）。
2）64位模式：在该模式下，处理器完全执行64位指令，使用64位地址空间和64操作数，运行16，32位程序必须切换到兼容模式。
IA-32e子模式的切换完全基于代码段寄存器。
这样一来，运行在IA-32e 模式中（64位）的OS完全可以无缝的运行所有16，32，64为应用程序，通过设置32位后的CS。