Реальний та захищений режими роботи

В процесі становлення та розвитку мікропроцесорів мінялась і змінюється їх розрядність (з 1976 – і8086).

Перші моделі процесорів відносяться до 16-ти розрядних. Максимальний об’єм оперативної пам’яті, що може ними адресуватись складає 1 Мб або 1024 Кб , що визначається використанням 20-ти розрядної адресації пам’яті. З цього 1Мб адресного простору для оперативної пам’яті відведено 640 Кб, усе інше зарезервовано для BIOS і інших апаратних засобів. І286 – 24 розрядна адресація, до 16 Мб RAM.

По мірі поширення комп’ютерної техніки зросла складність задач і програмного забезпечення, а також збільшилась вимога до апаратних засобів. Тому наступні моделі процесорів зазнали значних змін, зберігши при цьому сумісність з попередніми. Таким чином було реалізовано можливість роботи в двох режимах – реальному і захищеному.

Реальний режим – фактично повний аналог і8086 процесора, але має значно більшу швидкість. В цей режим CPU переключається після апаратного рестарту (Reset), або після вмикання комп’ютера. Реальний режим забезпечує повну сумісність процесорів з програмним забезпеченням, що підготовлене для і8086, тому практично не виникають проблеми з використанням старого програмного забезпечення.

Захищений режим – фактично повністю змінює метод адресації пам’яті розширюючи адресний простір до 4,8,16,32Мб...4Гб. Кім розширення адресного простору новий метод адресації RAM дозволяє ізолювати адресні простори окремих задач. При цьому прикладна програма, що працює в середовищі якоїсь операційної системи, що використовує захищений режим, немає можливості випадкового чи спеціального порушення цілісності самої операційної системи.

В захищеному режимі програма може записувати дані тільки в ті області пам’яті, які виділені їй операційною системою. Це суттєво підвищує надійність роботи мультизадачних і мультикористувацьких операційних систем. Реалізований механізм сторінкової віртуальної пам’яті, який дозволяє розмістити частину оперативної пам’яті на диску. Створюються файли підкачки, що дозволяє розширити (віртуально) оперативну пам’ять. Окрім сторінкової віртуальної пам’яті реалізовано так званий режим віртуального процесора. Цей режим реалізується в рамках захищеного режиму, що значно полегшує проектування операційних систем, що здатні виконувати одночасно в мультизадачному режимі кілька програм.

Таким чином основні переваги захищеного режиму можна сформувати в наступний перелік:

• можливість адресації пам’яті за межами першого Мбайту.

• реалізований механізм сторінкової віртуальної пам’яті, що дозволяє програмам працювати з пам’яттю, розмір якої набагато більший фізично встановленої пам’яті.

• апаратна підтримка мультизадачності, яка дозволяє створити на основі процесорів, що працюють в захищеному режимі високошвидкісні мультизадачні і мультикористувацькі системи.

• віртуальний режим роботи процесора, забезпечує ефективну роботу кількох програм складених для DOS реального режиму.

Адресація пам’яті в реальному режимі

Для роботи з пам’яттю використовують дві шини: шина адреси і шина даних. Фізична адреса передається з процесора в пам’ять по шині адреса. Ширина шини адреса визначає максимальний об’єм фізичної пам’яті, що безпосередньо адресується процесором. Схема взаємодії процесора і пам’яті через шини адреса і даних має наступний вигляд:

Фізична адреса

Ш ина адресу

C PU

R AM

Шина даних

дані

Комп’ютери, що оснащені 20-ти розрядною шиною адреса і 16-ти розрядною шиною даних має можливість адресуватись до 1 Мбайту пам’яті. При адресації використовується двохкомпонентна логічна адреса. Тобто логічна адреса складається з 16-ти розрядних компонент:

• компонент сегменту пам’яті

• компонент зміщення в середині сегменту

Таким чином логічну адресу прийнято записувати в формі < сегмент: зміщення >. Логічна адреса повинна знаходитись в наступних межах