-
ОБразования российской федерации
Московский Государственный институт электроники и математики
(Технический университет)
Кафедра вычислительных систем и сетей
Методические указания к лабораторной работе №4 на тему
Защищённый режим работы 32-разрядного процессора Intel
по дисциплине «Организация ЭВМ, комплексов и систем»
Москва 2008
Составитель канд. техн. наук, доц. Е.М. Иванова
УДК 681.325
Методические указания являются составной частью методического обеспечения по дисциплине «Организация ЭВМ», изучаемой студентами групп С-31,41 С-32,42 С-33,43 СИ-31,41 и др. в рамках специальности 22.01 – «Вычислительные машины, комплексы, системы и сети» на втором курсе в третьем и четвёртом семестре.
Основным содержанием является изучение принципов организации работы 32-разрядных процессоров в защищенном режиме, исследование механизмов сегментации памяти, страничной переадресации, способов вычисления различных типов адресов при некоторых режимах адресации операндов.
Защищённый режим работы 32-разрядного процессора Intel: Методические указания к лабораторной работе по дисциплине «Организация ЭВМ и систем» / Московский Государственный институт электроники и математики (Технический университет); Сост.: Е.М. Иванова, М., 2008 - 16с.
Цель работы
Целью работы является закрепление теоретических знаний по сегментной и страничной организации памяти для различных режимов работы 32-разрядных процессоров, приобретение практических навыков по составлению и моделированию алгоритмов выполнения команды в процессоре и их записи с использованием языка микроопераций.
В ходе лабораторной работы каждый студент должен составить обобщённый алгоритм выполнения заданной команды в процессоре, с указанием пересылки данных между регистрами и устройствами процессора, установкой нужных признаков, проверкой всех необходимых условий и выработкой требуемых сигналов об ошибках.
Теоретическая часть
Режимы работы процессоров
История 32-разрядных процессоров Intelначалась с процессораIntel386. Он вобрал в себя все черты своих 16-разрядных предшественников 8086/8088 и 80286 для обеспечения совместимости с громадным объемом ПО, существовавшего на момент его появления. В процессорах 80386 преодолено жесткое ограничение на длину непрерывного сегмента памяти - 64 Кбайт. Эти процессоры имеют поддержку виртуальной памяти объемом до 64 Тбайт, встроенный блок управления памятью, а также поддерживают механизмы сегментации и страничной переадресации (Paging). Процессоры обеспечивают систему защиты пространств памяти и ввода/вывода, а также переключение задач. Система команд расширена при сохранении всех команд 8086, 80286.
32-разрядный процессор может работать в одном из следующих режимов и переключаться между ними достаточно быстро как в ту, так и в другую сторону.
Режим реальной адресации (RealAddressMode),
В этом режиме возможна адресация до 1 Мбайт физической памяти. Память строится в виде сегментов, ответственность за корректное использование которых полностью ложится на программиста. Дело в том, что реальный режим процессора Intel – однозадачная среда, в данный момент времени в ней может выполняться только одна, конкретная задача. Многозадачность в реальном режиме можно эмулировать программно, но в реальном режиме ОС (например, MSDOS) не предоставляет никаких мер по защите памяти. Поэтому одна задача может «залезть» в область памяти другой.
Защищенный режим виртуальной адресации (Protected Virtual Address Mode),
В этом режиме многозадачность реализована аппаратно, это принципиальное отличие от реального режима. Процессор позволяет адресовать до 4 Гбайт физической оперативной памяти, через которые при использовании механизма страничной адресации могут отображаться до 64 Тбайт (см. ниже) виртуальной памяти каждой задачи. Все ресурсы одной задачи (приложения и задачи самой ОС, например, MSWindows) защищены от возможного воздействия другой.
Защищаемыми ресурсами являются: память, в которой хранятся коды программ, данные и различные системные таблицы, и совместно используемая аппаратура, обращение к которой происходит через операции ввода/вывода и прерывания. Система защиты реализована как аппаратно, так и программно (на уровне многозадачной ОС). Механизмы защиты: сегментация, переключение задач, четырёхуровневая иерархическая система привилегий, аппаратно реализованный механизм виртуальной памяти и страничной переадресации. Системы команд для реального и защищенного режима идентичны.
режим виртуального процессора 8086(Virtual8086Mode).
Этот режим поддерживается специальными аппаратными средствами и является особым состоянием задачи защищённого режима, в котором процессор функционирует как 8086 с возможностью использования 32-разрядных адресов и операндов. Объём доступной памяти – 1 Мбайт, которая может располагаться в любом месте физической памяти. Однако, в отличие от реального режима, попытки выполнения недопустимых команд, выхода за рамки отведённого пространства памяти и разрешённой области ввода/вывода контролируются системой защиты.
режим системного управления(System Management Mode).
В этом режиме могут работать процессоры, начиная с Pentiumи некоторые моделиi486. Он используется в служебных и отладочных целях, имеет своё собственное изолированное от прикладного пространство памяти. Выполнение прикладного ПО не возможно. Процессором управляет специальное ПО «эмуляции системных действий».
В данной курсовой работе рассматривается только защищенный режим работы процессора.