Режимы работы микропроцессора

Микропроцессор имеет сложную систему управления памятью, работа которой зависит от режима работы микропроцессора.

Особый интерес представляют три режима работы микропроцессора: реальный, защищенный и режим виртуального МП i8086.

В реальном режиме обеспечивается совместимость на уровне объектных кодов с микропроцессором i8086 и микропроцессором i286, работающих в реальном режиме. В этом режиме архитектура 32-разрядного микропроцессора почти полностью идентична архитектуре 16-разрядного МП. Для программиста же он вообще представляется как МП i8086, выполняющий написанные программы с большей скоростью и обладающий расширенной системой команд и регистрами. Благодаря этим качествам фирма Intel сохранила прежних клиентов, которые хотели модернизировать свои системы, не отказываясь от имевшегося задела в области программного обеспечения, и привлекла тех, кому изначально требовалась высокая скорость обработки информации.

Одно из основных ограничений реального режима было связано с предельной емкостью адресуемой памяти, равной 1 Мбайт. От него свободен защищенный режим, позволяющий воспользоваться всеми преимуществами архитектуры нового МП. Размер адресного пространства в этом случае увеличивается до 4 Гбайт, а общий объем поддерживаемого адресного пространства - до 64 терабайт (1 Тбайт = 2⁴⁰ байт). МП, работающие в защищенном режиме, обладают более высоким быстродействием и возможностями организации истинной многозадачности.

Наконец, режим виртуального МП открывает возможность одновременного исполнения программ, написанных для МП i8086, i286 и i386. Поскольку емкость памяти, адресуемой микропроцессором, не ограничена значением 1 Мбайт, этот режим позволяет формировать несколько виртуальных сред i8086.

В новых поколениях МП Intel появился еще один режим работы - режим системного управления. Впервые он был реализован в МП 80386SL и i486SL. Начиная с расширенных моделей Intel-486, этот режим стал обязательным элементом архитектуры IA-32. Он обеспечивает операционную систему механизмом для выполнения машинно-зависимых функций, таких как перевод компьютера в режим пониженного энергопотребления или выполнение действий по защите системы. Функционирование микропроцессора в этом режиме подобно его работе в режиме реальных адресов.

Лекция 4. Модели памяти.

В зависимости от режима работы, микропроцессор аппаратно поддерживает две модели использования оперативной памяти:

• сегментированную модель;

• страничную модель.

Сегментированная модель памяти.

Сегментация [Юров,2002] - это механизм адресации, обеспечивающий существование нескольких независимых адресных пространств как в пределах одной задачи, так и в системе в целом для защиты задач от взаимного влияния.

Суть сегментной адресации заключается в следующем.

Каждая программа в общем случае может состоять из любого количества сегментов. Сегменты могут располагаться в памяти по отношению друг к другу произвольным образом, ограничений на их расположение не вводится. Например, все сегменты могут начинаться с одного и того же адреса или непосредственно друг за другом. Операционная система размещает сегменты программы в оперативной памяти по определённым физическим адресам, после чего помещает значения этих адресов в определённые места (зависит от режима работы микропроцессора). Например, в реальном режиме они помещаются в соответствующие сегментные регистры, и называются  сегментными адресами.

Существуют три модели сегментированной организации памяти:

• сегментированная модель памяти реального режима;

• сегментированная модель памяти защищенного режима;

• сплошная модель памяти защищенного режима.