Реальный и защищенный режим работы мп.

Среда DOS позволяет полностью использовать возможности микропроцессоров Intel 8088 – базового процессора компьютера IBMAT. В ПК IBM pc/AT используется микропроцессор Intel 80286, в IBM ps/2 – микропроцессор Intel 80386. В микропроцессоре, начиная с i 80286 и i 80386, предусмотрен режим, называемый реальным режимом, который был совместим с режимом работы микропроцессоров i 8086 и i 8088.

Реальный режим поддерживал выполнение всего одной программы. Для этого достаточно было простых механизмов распределение оперативной памяти и не было потребности в организации защиты программ от взаимного влияния.

Все, что нужно было знать программе это адреса, по которым располагаются ее сегменты кода, данных и стека.

Кроме того, в реальном режиме работы микропроцессора сегмент был длинной не более 64 Кбайт, а адрес области памяти сегмента располагался в одном из сегментных регистров. Функциональное назначение сегмента памяти определялось тем, в каком из сегментальных регистров находился его адрес. Аппаратные средства контроля доступа и сегменту отсутствовали. Такой контроль можно было организовать только со стороны операционной системы, т.е. на уровне программных средств.

Реальный режим работы компьютера не позволял реализовать ни одного из новых программных средств микропроцессора i 80286, которые представлены пользователю в режиме полного использования микропроцессора i 80286, называемого защищенным режимом. Все современные многозадачные операционные системы работают только в этом режиме, использующем все возможности, представляемые микропроцессором, и реализующем параллельную работу нескольких прикладных программ.

МП 80286 обеспечивал защиту операционной системы и ее данных от работающих в системе программ, а также защиту программ и их данных друг от друга. Операционная система OS/2 позволила МП 80286 работать с виртуальной памятью и предоставлять пользователю физическую память объемом более 1 Мбайт (за счет создаваемых на жестком диске файлов «подкачки»).

Программы, выполняемые в среде DOS не используют весь объем памяти, имеющийся в новых персональных компьютерных системах и не могут обращаться к сегментам памяти, расположенным выше 640 кбайт. Программы запускаемые в защищенным режиме среды OS/2 и в разработанной на ее основе ОС Windows, могут использовать память, превышающую 1 Мбайт, и имеют возможность прямого доступа и данным в этой области памяти.

При работе в среде защищенного режима OS/2, такие как и в современных ОС Windows, каждой из одновременно работающим программ предоставляется необходимое виртуальное адресное пространство. Подобным образом в защищенном режиме микропроцессора I 80286 OS/ 2 обеспечивает защиту одной программы от другой и операционной системы от работающих в ней программ.

С целью создания условий для многозадачного выполнения прикладного программного обеспечения персонального компьютера должно, во-первых, поддерживать сложные аппаратные средства реального времени, а во-вторых, обеспечивать возможность доступа к сложным коммуникационным и сетевым протоколам для обмена данными.Системная среда должна поддерживать обработку прерываний аппаратных средств реального времени и многозадачный режим. Такие возможности в OS/2 и Windows реализуются специализированным программным интерфейсом (API). API является средством работы с модульными структурами программ и динамической компоновки вызываемых модулей.

API позволяет разработчику создавать сложные, выполняемые совместно модульные программы или программные системы, не требуя знания того, как будет в дальнейшем организованно взаимодействие основной программы и вызываемых из нее модулей.

Любой современный микропроцессор в реальном режиме незначительно отличается от известного i 8086. Это лишь его более быстрый аналог с увеличенным (до 32 бит) размером всех регистров, кроме сегментных. Для доступа к остальным архитектурным и функциональным возможностям микропроцессора, необходимо перейти в защищенный режим, использующий новые принципы работы микропроцессора с памятью. Она по-прежнему является сегментированной, но изменились функции и номенклатура программно-аппаратных компонентов, участвующих в сегментации.

Для регулирования взаимодействия нескольких выполняемых задач нужно иметь больше информации о самих задачах. Так как фирма Intel не стала нарушать принцип сегментации, а каждая задача в системе занимает один или несколько сегментов в памяти, то информация о задачах должна быть как об объекте, реально существующих в данный момент в системе. Если каждому из этих объектов присвоить определенные атрибуты, то часть контроля за доступом к ним можно переложить на сам микропроцессор.

Любой сегмент памяти в защищенном режиме имеет следующие атрибуты:

- расположение сегмента в памяти;

- размер сегмента;

- уровень привилегий – определяет права данного сегмента относительно других сегментов;

- тип доступа.

Состав атрибутов показывает, что в защищенном режиме микропроцессор поддерживает два типа защиты - по привилегиям и доступу к памяти.

В отличие от реального режима, в защищенном режиме программа уже не может запросто обратиться по любому физическому адресу памяти. Для этого она должна иметь определенные полномочия и удовлетворять ряду требований.

Ключевым объектом защищенного режима является специальная структура – дескриптор сегмента, который представляет собой 8-байтовый дескриптор (краткое описание) непрерывной области памяти, который содержит перечисленные выше атрибуты. Любая область памяти, которая логически может являться сегментом данных, стека или кода, должна быть описана таким дескриптором. Дескрипторы собираются вместе в одну из трех дескрипторных таблиц. Назначение дескриптора определяет в какую таблицу он должен быть помещен. Адрес, размещения дескрипторной таблицы может быть любым, он хранится в специально предназначенном для этого адреса системном регистре. Системные регистры как часть архитектуры микропроцессора, обеспечивающие защищенный режим, выполнены доступными для того, чтобы системный программист мог запрограммировать самые низкоуровневые операции.

Системные регистры ряда Pentium можно разделить на три группы:

- четыре регистра управления;

- четыре регистра системных адресов;

- восемь регистров отладки.