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1、 80x86 80286 80286 80286具有独立的16条数据线和24条地址 线。80286掀开了个人微机的保护方式及多 任务时代。首次提出了实方式和保护方式 这两种对CPU不同的操作方式。由于引进 了段描述表的概念，80286可以访问1GB的 虚拟地址空间，可以将1GB的虚拟地址空 间中的任务映射到16MB内存空间中去，从 而使多任务并行处理成为可能。这对后来 的多任务操作系统的普及是至关重要的。 80286是第一款100%完全向下兼容的处理 器。 80286的工作方式 n实地址工作方式：实地址方式是为和8086兼 容而设计的方式。在这种方式下，80286的 存储器寻址方式、段的长度等
2、完全同8086。 n保护虚地址方式：保护方式既提供了存储器 管理机制，又提供了保护机构从而支持多任 务操作。80286只有在保护方式下，才能发 挥其全部功能，因此保护方式是80286最主 要的工作方式。 内部寄存器的设置 n80286内部寄存器可以分成四类： n通用寄存器 n状态控制寄存器 n段寄存器 n系统表寄存器 通用寄存器：它们的设置和8086一 样，共有8个16位的寄存器。 n IP n 标志寄存器 标志寄存器与8086相比，增加了两位： IOPL（I/O特权级）和NT（进入子任务） ，这两位只在保护模式中使用，在实模式 中没有意义。 n MSW MSW是80286新设置的16位寄存器
3、，只 使用低4位：D0位为PE 位，用于切换到保 护模式。PE=1为保护模式，PE=0为实模式 。 段寄存器： 与8086段寄存器相对应的部分，在 80286中称为段选择器(选择子)，当进行逻 辑地址到实地址的变换时，由它来选择描 述符表中的一个描述符。 在实模式中这个 段寄存器选择器域的作用完全和8086的段 寄存器一样，用来生成20位地址的段基地 址。 80286段寄存器及存储器寻址 在虚地址方式下，段地址是24位而不 是实地址方式下的16位。而段内偏移量与 实地址方式时相同，16位，最大64K。 80286中的段寄存器为了与8086兼容是16位 的。 80286中将某个段的段地址和相应的
4、特 性集合在一起，叫描述符。将各个段的描 述符放在一起形成一张表，称为描述符表 ，存放在存储器的某一区域。于是在保护 虚地址方式下的各个段寄存器中的内容不 再是段地址，而是一个参数，用这个参数 指向描述符表对应的位置，从描述符表中 取出相应的 描述符（包括24位段地址及相应的特性）由段地址 与16位偏移量相加形成要寻址单元的物理 地址。 物理存储 器 段 段描述符 表 段寄存器偏移量 物理 地址 加法 器 段描述符 段地址 段选择器 在80286中与8086段寄存器对应的部分叫 段选择器。 在上图中，最低两位RPL域不作虚拟 地址变换，用于特权级间的保护检查。余 下的14位（TI位和索引域）能
5、够用来选择 虚拟地址空间的一个段。TI位为0时，指向 全局地址空间；为1时指向局部地址空间。 全局地址空间由所有任务共享，这样 就避免了相同功能的系统服务程序在各个 任务中重复出现，使数据共享和中断处理 控制变得更容易。因此，在全局空间中可 以放置操作系统软件、库程序、可公共调 用的系统服务程序及数据等。 局部地址空间是每个任务独立的地址 空间，它放置各任务固有的代码和数据 。这样做能使各任务的虚拟地址空间分 离。从现行任务的局部空间切换到另一 任务的局部空间，这个操作是在任务切 换时由硬件自动完成。 描述符（包括24位段地址及相应的特性） 描述符由8个字节组成。它记载着段的起始 地址、大小和
6、属性。不同的段有不同的描述符 。 限 150 段基地址 150 段基地址 2316 APDPL S Intel保留 上图是代码段和数据段描述符的格式。 最低两个字节规定了该段的最大长度。接 着的3个字节（24位）规定了该段的基地址 ，然后是一个称为访问权的字节，它规定 了此段的特权级和属性，最后两个字节 80286中不用，保留为80386以及以后设计 的芯片用。 访问权各位的意义 位 名称 功能 P P=1该段在物理存储器中 P=0该段不在物理存储器中 6 ,5 DPL 该段的特权属性为03，在特权测试中使用 S S=1为代码段或数据段描述符 S=0 非段描述符 E E=0为数据段描述符 ED
7、 ED=0向上生长段，非堆栈段 ED=1向下生长段 W W=0数据段不能写入，W=1数据段可以写入 3 E E=1为代码段描述符 C C=0 当CPL= DPL时，代码段只能被执行 R R=0代码段不能读，R=1代码段可以读 0 A A=0该段未被访问过，A=1该段已被访问过 80286中的特权与保护 在多用户操作系统工作的用户程序，通 常要求互相隔离、保护，希望在各自独立的 环境中运行，数据不被未授权的用户访问， 程序不被别的任务破坏。80286的保护机制 能实现操作系统与任务之间，任务与任务之 间，任务内程序与数据之间的分离与保护。 80286设置了4级特权，分别编号为03 ，0级是最高特
8、权级，3级是最低特权级，并 且这4级特权保护不是用软件完成，而是由 处理器的硬件实现的。 80386 1985年10月，Intel 推出了32位微处理 器80386，它是一种与80286相兼容的全 32位处理器。它有32条数据总线和内部 数据通道，包括寄存器、ALU和内部总 线都是32位，能灵活处理8、16、32位3 种数据类型。 Intel的CPU具有3种运行模式：实模式 、保护模式和虚拟8086模式。CPU的3种运 行模式及其转换关系如图所示。 实模式 保护模式虚拟8086模式 Reset复位 Reset复位、修改CR0 LMSW指令、 修改CR0 中断或异常 IRETD指令、任务转换 R
9、eset复位 1.实模式 CPU复位（Reset）或加电（Power On） 的时候以实模式启动，处理器以实模式工 作。在实模式下，内存寻址方式和8086相 同，由16位段寄存器的内容乘以16当做基 地址，加上16位偏移地址形成20位的物理 地址。在实模式下，所有的段都是可以读 、写和可执行的。该方式下，采用类似于 8086的体系结构、寻址机构、存储器管理 、中断处理机构均和8086一样。 2.保护模式 此方式提供了多任务环境中的各种复杂功能 以及对复杂存储器组织的管理机制。只有在保护 方式下，80386才充分发挥其强大的功能和本性。 在保护方式下，可以通过软件切换到虚拟8086方 式。 在保
10、护模式下，CPU提供了内存分段分页管 理和特权级保护等功能，这些功能是 Windows/Linux等现代操作系统的基石。如果没 有CPU的支持，操作系统的许多功能根本无法实 现。例如，在实模式下，应用程序可以执行任何 的CPU指令，读写所有的内存，DOS操作系统就 不能控制应用程序的行为，应用程序可以做任何 事情，没有任何限制。而在保护模式下，通过设 置特权级和内存的分段分页，应用程序只能读写 属于它自己的内存空间，而不能破坏其他应用程 序和操作系统。 实模式下没有特权级的概念，相当于所有的指 令都工作在特权级0，即最高的特权级。它可以执 行所有特权指令，包括读写控制寄存器CR0等。 Wind
11、ows/Linux操作系统就是通过在实模式下初 始化控制寄存器、GDTR、LDTR、IDTR、TR等 寄存器以及页表，然后再通过置CR0的保护模式 位（PE位）为1而进入保护模式的。 实模式下不支持硬件上的多任务切换，所有的指 令都在同一个环境下执行。 保护模式下提供的主要功能有： 段的大小可以设置为4 GB，段内的偏移量为32 位。 特权级保护。 支持内存分页机制，支持虚拟内存。 支持多任务。 3 虚拟8086方式：可以执行8086的应用程序，段寄 存器的用法和实地址方式时一样。虚拟8086方式 就是运行在保护环境中的8086方式。实地址方式 模拟8086时，保护机制不起作用，不能实现多任 务操作。在虚拟8086方式，支持保护机制，可进 行任务切换，但同时又与8086兼容，内存寻址空 间为1MB，段地址计算和8086一样。 80486 在80386出现4年后，1989年Intel推出了第 二代32位微处理器80486。从结构上，486相 当于以386为核心，将浮点运算协处理器 80387及8KB的高速缓存集中到一个芯片中， 但从程序设计角度看，其体系结构几乎没变 。
