Раздел 5. Защищенный режим работы микропроцессора

Тема 5.1. Режимы работы микропроцессора

Режимы работы микропроцессора. Персональный компьютер, в зависимости от микропроцессора, может работать в однозадачном режиме, многозадачном режиме, в режиме виртуальных машин. В однозадачном режиме, находиться в оперативной памяти и выполняться может только одна пользовательская программа; в многозадачном режиме в памяти хранятся и попеременно выполняются несколько пользовательских программ, при этом возможны два варианта многозадачности-однопользовательский многозадачный и многопользовательский многозадачный режим; система виртуальных машин означает имитацию одновременной работы нескольких процессоров. Основной признак виртуальности микропроцессора- это не только многозадачность, но и возможность одновременной работы на компьютере нескольких операционных систем. Такой режим работы предусмотрен технологией IVT (Intel Virtualisation Technology), поддерживаемой современными процессорами Intel. Сходная по назначению технология, называемая AMD-V (AMD Virtualisation), используется и в микропроцессорах компании AMD.

Процессоры могут работать в различных режимах. Под термином «режим» подразумевается способы, которым процессор создает (и обеспечивает) для себя рабочую среду. Режим работы процессора задает способ адресации к оперативной памяти и способ управления отдельными задачами. Процессоры персональных компьютеров могут работать в трех режимах: реальном, защищенном и виртуальном режимах.

Реальный режим

Это режим работы первых 16-битовых микропроцессоров. Наличие его обусловлено тем, что необходимо обеспечить в новых моделях микропроцессоров функционирование программ, разработанных для старых моделей.

Защищенный режим (protected mode)

Означает, что параллельные вычисления могут быть защищены программно-аппаратным путем.

Позволяет полностью использовать все возможности, предоставляемые микропроцессором. Все современные многозадачные ОС работают в этом режиме.

Создан для работы нескольких независимых программ. Для обеспечения совместной работы нескольких задач необходимо защитить их от взаимного влияния, взаимодействие задач должно регулироваться.

Программы, разработанные для реального режима, не могут функционировать в защищенном режиме. (Физический адрес формируется по другим принципам.)

Режим виртуального 8086

Переход в этот режим возможен, если микропроцессор уже находится в защищенном режиме. Возможна одновременная работа нескольких программ разработанных для i8086. Возможно работа программ реального режима. Физический адрес формируется по правилам реального режима.

Виртуальный режим, несмотря на похожесть названия является не «третьим режимом работы процессора» (то есть реальный, защищенный и виртуальный), а лишь режимом работы задачи в многозадачном окружении защищенного режима.

Виртуальный режим предназначается для одновременного выполнения программ реального режима под многозадачной операционной системой защищенного режима.

Выполнение в виртуальном режиме практически идентично реальному, за несколькими исключениями, обусловленными тем, что виртуальная задача выполняется в защищенном режиме:

• виртуальная задача не может выполнять привилегированные команды, потому что имеет низший уровень привилегий

• все прерывания и исключения обрабатываются операционной системой защищённого режима (которая, впрочем, может инициировать обработчик прерывания виртуальной задачи)

• вместе с тем, в задаче виртуального режима можно использовать:

• страничное преобразование

• эмуляцию внешних устройств через эмуляцию портов ввода-вывода

• отладку

• при выполнении нескольких задач виртуального режима, каждая из них может выполняться совершенно отдельно друг от друга, чего нельзя достигнуть в реальном режиме