參考了百度百科中關(guān)于實(shí)模式的討論：http://baike.baidu.com/view/404433.htm
及http://hi.baidu.com/toening/blog/item/d8d927d403bdfdc350da4b6d.html
和http://hi.baidu.com/trueailei/blog/item/b8faa413a22c57d7f7039e4d.html
實(shí)模式、保護(hù)模式、虛擬模式都是X86中的概念。
從尋址方式來(lái)說(shuō)，CPU中的IP（EIP）中存放虛地址，把虛地址轉(zhuǎn)換到物理地址，各個(gè)模式有各自的轉(zhuǎn)換方式。
實(shí)模式下，虛地址到實(shí)地址轉(zhuǎn)換：DS段寄存器左移4位與偏移地址相加，得到物理地址，尋址1M。
保護(hù)模式下，虛地址到實(shí)地址轉(zhuǎn)換經(jīng)過(guò)MMU（內(nèi)存管理單元），也就是分段與分頁(yè)機(jī)制，尋址4G。
保護(hù)有兩層含義：
1、任務(wù)間保護(hù)：多任務(wù)操作系統(tǒng)中，一個(gè)任務(wù)不能破壞另一個(gè)任務(wù)的代碼，這是通過(guò)內(nèi)存分頁(yè)以及不同任務(wù)的內(nèi)存頁(yè)映射到不同物理內(nèi)存上來(lái)實(shí)現(xiàn)的。
2、 任務(wù)內(nèi)保護(hù)：系統(tǒng)代碼與應(yīng)用程序代碼雖處于同一地址空間，但系統(tǒng)代碼具有高優(yōu)先級(jí)，應(yīng)用程序代碼處于低優(yōu)先級(jí)，規(guī)定只能高優(yōu)先級(jí)代碼訪問(wèn)低優(yōu)先級(jí)代碼，這 樣杜絕用戶(hù)代碼破壞系統(tǒng)代碼。這是通過(guò)段式管理來(lái)實(shí)現(xiàn)，4G虛擬內(nèi)存中，代碼數(shù)據(jù)和堆棧各占有一個(gè)段，段是一個(gè)獨(dú)立有意義的內(nèi)存單元，有基地址和邊界以及 本段的優(yōu)先級(jí)，windows系統(tǒng)有兩個(gè)優(yōu)先級(jí)，Ring0（高優(yōu)先級(jí)）或Ring3（低優(yōu)先級(jí)），系統(tǒng)代碼段和數(shù)據(jù)段屬于Ring0，不能被用戶(hù)代碼 （Ring3）訪問(wèn)。
實(shí)模式：
16bit的8086處理器標(biāo)志著IntelX86王朝的開(kāi)始，并且引入了一個(gè)重要概念——段。8086處理器地址總線擴(kuò)展到 20位，但算術(shù)邏輯運(yùn)算單元（ALU）寬度即數(shù)據(jù)總線卻只有16位，也就是直接運(yùn)算的指針長(zhǎng)度是16位的。為支持1M尋址空間，引入分段的方法。為支持分 段8086CPU設(shè)置四個(gè)16bit段寄存器：CS、DS、SS、ES，對(duì)應(yīng)于地址總線中的高16位。尋址時(shí)，段寄存器*0x10+偏移地址=物理地址。 這樣實(shí)現(xiàn)16位內(nèi)存地址到20位物理地址的轉(zhuǎn)換，叫“映射”。
（之前在想：為什么每個(gè)段最大不超過(guò)64K，其實(shí)很簡(jiǎn)單，因?yàn)?6位CPU數(shù)據(jù)線是16位的，所以最多只能用一個(gè)16bit數(shù)來(lái)標(biāo)識(shí)一個(gè)偏移量，也就說(shuō)一個(gè)段最大長(zhǎng)度是64K）
保護(hù)模式：
80286處理器地址總線位數(shù)增加到24位，可以訪問(wèn)16M地址空間。并引入一個(gè)新概念——保護(hù)模式。這種模式下，內(nèi)存段的訪 問(wèn)受到了限制。訪問(wèn)內(nèi)存時(shí)不能直接從段寄存器獲得段起始地址了，而要經(jīng)過(guò)額外轉(zhuǎn)換和檢查（從其不能隨意存取數(shù)據(jù)段）。為與過(guò)去兼容，80286內(nèi)存尋址有 兩種方式：保護(hù)模式和實(shí)模式。系統(tǒng)啟動(dòng)時(shí)處理器處于實(shí)模式，只能訪問(wèn)1M內(nèi)存空間，經(jīng)過(guò)處理可以進(jìn)入保護(hù)模式，可訪問(wèn)16M內(nèi)存空間，但要從保護(hù)模式回到 實(shí)模式必須重啟機(jī)器。它有個(gè)致命缺陷就是80286雖然擴(kuò)大了尋址空間，但是每個(gè)段大小還是64K（因?yàn)閿?shù)據(jù)線還是16位的），程序規(guī)模仍然受到限制，因 此很快就被80386代替了。
80386是一個(gè)32位的CPU。它的地址總線和ALU數(shù)據(jù)總線都是32位的。尋址能力達(dá)到4G。理論上說(shuō)當(dāng)數(shù)據(jù)總線和地址總線寬度一致 時(shí)，CPU結(jié)構(gòu)應(yīng)該簡(jiǎn)潔明了，但80386不能做到這點(diǎn)，作為80X86產(chǎn)品系列的一員，80386必須維持那些16位段寄存器的存在，必須支持實(shí)模式， 同時(shí)還要支持保護(hù)模式。Intel選擇在段寄存器基礎(chǔ)上構(gòu)筑保護(hù)模式，保留16位段寄存器。在保護(hù)模式下，段范圍達(dá)到4G。從80386以后Intel的 CPU經(jīng)歷了80486、Pentium、Pentium2、Pentium3等型號(hào)，但都屬于同一種系統(tǒng)結(jié)構(gòu)的改進(jìn)與加強(qiáng)，所以把80386以后的處理 器統(tǒng)稱(chēng)為IA32（32 Bit Intel Architecture）。
深入討論下保護(hù)模式：
保護(hù)模式與實(shí)模式中程序運(yùn)行的實(shí)質(zhì)是一樣的，都是“CPU執(zhí)行指令，操作相關(guān)數(shù)據(jù)”。最大的變化是“地址轉(zhuǎn)換方式”的變化。
這里可以看下兩種模式下地址轉(zhuǎn)換方式的區(qū)別： 在ES存入0x1000，DI存入0xFFFF
實(shí)模式：ES:DI = 0x1000 * 0x10 + 0xFFFF = 0x1FFFF,這就是“段基址左移4位加偏移地址”。
保護(hù)模式：（注意：0x1000 = 10 0000 0000 0 00 B）ES:DI = GDT全局描述符表中第0x200項(xiàng)描述符給出的段基址 + 0xFFFF。為什么是第0x200項(xiàng)？請(qǐng)看下邊段選擇子（即段值）的結(jié)構(gòu)。
這里ES在兩種模式下都不是真正段地址（實(shí)模式下稱(chēng)"段寄存器"，保護(hù)模式下稱(chēng)"選擇子"），都是一種映射，不過(guò)映射規(guī)則不同而已。
保護(hù)模式的基本組成：（圍繞“地址轉(zhuǎn)換方式”的變化增設(shè)了相應(yīng)機(jī)構(gòu)）
1、數(shù)據(jù)段
?? 實(shí)模式下的各種代碼段、數(shù)據(jù)段、堆棧段、中斷服務(wù)程序仍然存在，這里統(tǒng)稱(chēng)為“數(shù)據(jù)段”。
2、描述符
?? 保護(hù)模式引入描述符類(lèi)描述各種數(shù)據(jù)段，描述符為8個(gè)字節(jié)（0-7），第5個(gè)字節(jié)說(shuō)明描述符類(lèi)型，類(lèi)型不同，描述符的結(jié)構(gòu)也不同。
?? 若干描述符集中組成描述符表，描述符表本身也是一種數(shù)據(jù)段，也使用描述符進(jìn)行描述。描述符表是一張地址轉(zhuǎn)換函數(shù)表。
3、選擇子
?? 保護(hù)模式下，邏輯地址由段選擇子和段內(nèi)偏移兩部分組成。與實(shí)模式相比，保護(hù)模式下的段選擇子代替了段值。
?? 段 選擇子有2個(gè)BYTE。高13位是描述符索引，第2位TI（Table Indicator）是描述符表指示位，TI=0指示從GTD（全局描述符表）中讀取描述符，TI=1指示從LTD（局部描述符表）中讀取描述符。低2位 是RPL（Request Privilege Level），即進(jìn)程對(duì)段訪問(wèn)的請(qǐng)求權(quán)限，具體可以查閱有關(guān)資料。
這里80X86系列引入新的寄存器GDTR和LDTR。
GDTR表示GDT在內(nèi)存中的段地址和段界限，GDTR是一個(gè)48位寄 存器，其中32位表示段地址，16位表示段界限（段最大64K，之前提過(guò)描述符表也使用描述符進(jìn)行描述，因此描述符表最大長(zhǎng)度也是64K，里面最多可存放 64K/8Byte=8K個(gè)描述符[每個(gè)描述符8Byte]。這也是段選擇子中描述符索引占13bit的原因[13b=8192]）。
?? 因?yàn)镚DT不能由GDT本身之內(nèi)的描述符進(jìn)行描述定義，所以采用GDTR為GDT這一特殊系統(tǒng)段提供一個(gè)偽描述符。
LDTR表示LDT在內(nèi)存中的位置。因?yàn)長(zhǎng)DT本身也是一種數(shù)據(jù)段，它必須有一個(gè)描述符存放于GDT中。因此LDTR使用與DS、ES、CS等相同機(jī)制，只存放一個(gè)“選擇子”，通過(guò)查GDT獲得LDT內(nèi)存地址。
?? LDTR 類(lèi)似于段寄存器，由程序員可見(jiàn)的16bit寄存器和程序員不可見(jiàn)的高速緩沖寄存器組成。在初始化或切換任務(wù)過(guò)程中，把描述符對(duì)應(yīng)任務(wù)LDT的描述符的選擇 子裝入LDTR，處理器根據(jù)LDTR可見(jiàn)部分的選擇子從GDT中取出對(duì)應(yīng)描述符，并把LDT的基地址、界限和屬性等信息保存在LDTR的不可見(jiàn)高速緩沖寄 存器中。隨后對(duì)LDT的訪問(wèn)可根據(jù)保存在高速緩沖寄存器中的有關(guān)信息進(jìn)行合法性檢查。
?? LDTR包含當(dāng)前任務(wù)的LDT選擇子。所以裝入到LDTR的選擇子必須確定一個(gè)位于GDT中類(lèi)型為L(zhǎng)DT的系統(tǒng)段描述符，即選擇子中的TI=0，且描述符類(lèi)型字段所表示的類(lèi)型必須為L(zhǎng)DT。
一個(gè)多任務(wù)操作系統(tǒng)必須有一個(gè)GDT，而每一個(gè)正在運(yùn)行的任務(wù)（進(jìn)程）都有一個(gè)LDT?？梢哉f(shuō)保護(hù)模式的引進(jìn)才使得80286以后處理器實(shí)現(xiàn)了對(duì) 多任務(wù)的硬件支持。多任務(wù)系統(tǒng)運(yùn)行中在進(jìn)程間切換時(shí)需要“環(huán)境”保護(hù)（比如各寄存器值等）。這些“環(huán)境”數(shù)據(jù)構(gòu)成了一類(lèi)新的數(shù)據(jù)段TSS（任務(wù)狀態(tài)段）。 給TSS段設(shè)置描述符（TSS描述符），并把該類(lèi)描述符放在GDT中（自然不能放在LDT中，80x86也不允許），再加個(gè)TR寄存器用于查表。TR（任 務(wù)寄存器）是一個(gè)起“選擇子”作用的16bit寄存器。任務(wù)切換的工作就是將原任務(wù)“環(huán)境”存入TSS，更新TR，系統(tǒng)將自動(dòng)查GDT表獲得并裝載新任務(wù) 的“環(huán)境”，然后找到該任務(wù)執(zhí)行。
段描述符高速緩沖寄存器：
?? 為避免每次存儲(chǔ)器訪問(wèn)時(shí)，都要訪問(wèn)描述符表獲得對(duì)應(yīng)段描述符，從80286開(kāi)始每個(gè)段寄存器都配有一個(gè)高速緩沖寄存器，稱(chēng)為“描述符高速緩沖寄存器”或“描述符投影寄存器”（shadow register），對(duì)于程序員不可見(jiàn)。
?? 每 當(dāng)一個(gè)選擇子裝入某個(gè)段寄存器，處理器自動(dòng)從描述符表中取出相應(yīng)描述符，把描述符中的信息保存到對(duì)應(yīng)高速緩沖寄存器中。此后對(duì)該段訪問(wèn)時(shí)，處理器都使用對(duì) 應(yīng)高速緩沖寄存器中的描述符信息。段描述符高速緩沖寄存器內(nèi)保存的描述符信息將一直保存到重新把選擇子裝入段寄存器時(shí)再更新。程序員盡管不可見(jiàn)段描述符高 速緩沖寄存器，但必須注意到它的存在和它的上述更新時(shí)機(jī)。例如，在改變了描述符表中的某個(gè)當(dāng)前段的描述符后，也要更新對(duì)應(yīng)的段描述符高速緩沖寄存器的內(nèi) 容，即使段選擇子未作改變，這可通過(guò)重新裝載段寄存器實(shí)現(xiàn)。
分頁(yè)：
?? 不同程序由不同用戶(hù)編寫(xiě)，而所有這些程序完全可能使用相同地址空間，而程序切換過(guò)程一般不包括內(nèi)存數(shù)據(jù)的刷新，因?yàn)檫@么做太浪費(fèi)。因此引入分頁(yè)機(jī)制才能有效完成對(duì)多任務(wù)的支持。
?? 分 頁(yè)引入的主要目標(biāo)就是解決不同進(jìn)程之間發(fā)生地址沖突問(wèn)題。分頁(yè)實(shí)質(zhì)就是實(shí)現(xiàn)程序內(nèi)地址到物理地址的映射。用類(lèi)似GDT的做法：先建立頁(yè)表這種數(shù)據(jù) 段，80x86中使用二級(jí)頁(yè)表方案，增設(shè)一個(gè)CR3寄存器用于存放一級(jí)頁(yè)表（頁(yè)目錄）在內(nèi)存中的地址，CR3共32位，低12位總為零，高20位指示頁(yè)目 錄的內(nèi)存地址，因此頁(yè)目錄總是按頁(yè)對(duì)齊的。CR3作為進(jìn)程“環(huán)境”的一部分在進(jìn)程切換時(shí)被存入TSS數(shù)據(jù)段中。還有一個(gè)相應(yīng)的缺頁(yè)中斷機(jī)制及其相關(guān)寄存器 CR2（頁(yè)故障線性地址寄存器）。
中斷：
?? 80x86（保護(hù)模式）與8086（實(shí)模式）的中斷機(jī)制不一樣。80x86系列為中斷服務(wù)提供中斷/陷阱描述符，這些 描述符構(gòu)成中斷描述符表IDT，并引入一個(gè)48bit寄存器IDTR存放IDT的內(nèi)存地址。理論上IDT表同樣可以有8K項(xiàng)，可是因?yàn)?0x86只支持 256個(gè)中斷，因此IDT實(shí)際上最大只能有256項(xiàng)（2K大小，因?yàn)樗忻枋龇际?BYTE）。
總結(jié)可得出，保護(hù)模式下增加了：
?? 1、寄存器：GDTR、LDTR、IDTR、TR、CR3、CR2
?? 2、數(shù)據(jù)段：描述符表（GDT、LDT、IDT）、任務(wù)數(shù)據(jù)段（TSS）、頁(yè)表（頁(yè)目錄、二級(jí)頁(yè)表）
?? 3、機(jī)制：權(quán)限檢測(cè)（利用選擇子/描述符/頁(yè)表項(xiàng)的屬性位）、線性地址到物理地址的映射
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實(shí)模式：（即實(shí)地址訪問(wèn)模式）它是Intel公司80286及以后的x86(80386,80486和80586等)兼容處理器（CPU）的一種操作模式。實(shí)模式被特殊定義為20位地址內(nèi)存可訪問(wèn)空間上，這就意味著它的容量是2的20次冪（1M）的可訪問(wèn)內(nèi)存空間（物理內(nèi)存和BIOS-ROM），軟件可通過(guò)這些地址直接訪問(wèn)BIOS程序和外圍硬件。實(shí)模式下處理器沒(méi)有硬件級(jí)的內(nèi)存保護(hù)概念和多道任務(wù)的工作模式。但是為了向下兼容，所以80286及以后的x86系列兼容處理器仍然是開(kāi)機(jī)啟動(dòng)時(shí)工作在實(shí)模式下。80186和早期的處理器僅有一種操作模式，就是后來(lái)我們所定義的實(shí)模式。實(shí)模式雖然能訪問(wèn)到1M的地址空間，但是由于BIOS的映射作用（即BIOS占用了部分空間地址資源），所以真正能使用的物理內(nèi)存空間（內(nèi)存條），也就是在640k到924k之間。1M地址空間組成是由16位的段地址和16位的段內(nèi)偏移地址組成的。用公式表示為：物理地址=左移4位的段地址+偏移地址。
286處理器體系結(jié)構(gòu)引入了地址保護(hù)模式的概念，處理器能夠?qū)?nèi)存及一些其他外圍設(shè)備做硬件級(jí)的保護(hù)設(shè)置（保護(hù)設(shè)置實(shí)質(zhì)上就是屏蔽一些地址的訪問(wèn)）。使用這些新的特性，然而必不可少一些額外的在80186及以前處理器沒(méi)有的操作規(guī)程。自從最初的x86微處理器規(guī)格以后，它對(duì)程序開(kāi)發(fā)完全向下兼容，80286芯片被制作成啟動(dòng)時(shí)繼承了以前版本芯片的特性，工作在實(shí)模式下，在這種模式下實(shí)際上是關(guān)閉了新的保護(hù)功能特性，因此能使以往的軟件繼續(xù)工作在新的芯片下。直到今天，甚至最新的x86處理器都是在計(jì)算機(jī)加電啟動(dòng)時(shí)都是工作在實(shí)模式下，它能運(yùn)行為以前處理器芯片寫(xiě)的程序.
DOS操作系統(tǒng)（例如MS-DOS,DR-DOS）工作在實(shí)模式下，微軟Windows早期的版本（它本質(zhì)上是運(yùn)行在DOS上的圖形用戶(hù)界面應(yīng)用程序，實(shí)際上本身并不是一個(gè)操作系統(tǒng)）也是運(yùn)行在實(shí)模式下，直到Windows3.0，它運(yùn)行期間既有實(shí)模式又有保護(hù)模式，所以說(shuō)它是一種混合模式工作。它的保護(hù)模式運(yùn)行有兩種不同意義(因?yàn)?/span>80286并沒(méi)有完全地實(shí)現(xiàn)80386及以后的保護(hù)模式功能)：
1〉“標(biāo)準(zhǔn)保護(hù)模式”：這就是程序運(yùn)行在保護(hù)模式下；
2〉“虛擬保護(hù)模式（實(shí)質(zhì)上還是實(shí)模式，是實(shí)模式上模擬的保護(hù)模式）”：它也使用32位地址尋址方式。Windows3.1徹底刪除了對(duì)實(shí)模式的支持。在80286處理器芯片以后，Windows3.1成為主流操作系統(tǒng)（Windows/80286不是主流產(chǎn)品）。目前差不多所有的X86系列處理器操作系統(tǒng)（Linux，Windows95 and later，OS/2等）都是在啟動(dòng)時(shí)進(jìn)行處理器設(shè)置而進(jìn)入保護(hù)模式的。
實(shí)模式工作機(jī)理：
1> 對(duì)于8086/8088來(lái)說(shuō)計(jì)算實(shí)際地址是用絕對(duì)地址對(duì)1M求模。8086的地址線的物理結(jié)構(gòu)：20根，也就是它可以物理尋址的內(nèi)存范圍為2^20個(gè)字節(jié)，即1 M空間，但由于8086/8088所使用的寄存器都是16位，能夠表示的地址范圍只有0-64K，這和1M地址空間來(lái)比較也太小了，所以為了在8086/8088下能夠訪問(wèn)1M內(nèi)存，Intel采取了分段尋址的模式：16位段基地址:16位偏移EA。其絕對(duì)地址計(jì)算方法為：16位基地址左移4位+16位偏移=20位地址。比如：DS=1000H EA=FFFFH 那么絕對(duì)地址就為：10000H + 0FFFFH = 1FFFFH 地址單元。通過(guò)這種方法來(lái)實(shí)現(xiàn)使用16位寄存器訪問(wèn)1M的地址空間，這種技術(shù)是處理器內(nèi)部實(shí)現(xiàn)的，通過(guò)上述分段技術(shù)模式，能夠表示的最大內(nèi)存為：FFFFh: FFFFh=FFFF0h+FFFFh=10FFEFh=1M+64K-16Bytes（1M多余出來(lái)的部分被稱(chēng)做高端內(nèi)存區(qū)HMA）。但8086/8088只有20位地址線，只能夠訪問(wèn)1M地址范圍的數(shù)據(jù)，所以如果訪問(wèn)100000h~10FFEFh之間的內(nèi)存（大于1M空間），則必須有第21根地址線來(lái)參與尋址（8086/8088沒(méi)有）。因此，當(dāng)程序員給出超過(guò)1M（100000H-10FFEFH）的地址時(shí)，因?yàn)檫壿嬌险?，系統(tǒng)并不認(rèn)為其訪問(wèn)越界而產(chǎn)生異常，而是自動(dòng)從0開(kāi)始計(jì)算，也就是說(shuō)系統(tǒng)計(jì)算實(shí)際地址的時(shí)候是按照對(duì)1M求模的方式進(jìn)行的，這種技術(shù)被稱(chēng)為wrap-around。
2> 對(duì)于80286或以上的CPU通過(guò)A20 GATE來(lái)控制A20地址線。 技術(shù)發(fā)展到了80286，雖然系統(tǒng)的地址總線由原來(lái)的20根發(fā)展為24根，這樣能夠訪問(wèn)的內(nèi)存可以達(dá)到2^24=16M,但是Intel在設(shè)計(jì)80286時(shí)提出的目標(biāo)是向下兼容,所以在實(shí)模式下，系統(tǒng)所表現(xiàn)的行為應(yīng)該和8086/8088所表現(xiàn)的完全一樣，也就是說(shuō)，在實(shí)模式下，80386以及后續(xù)系列應(yīng)該和8086/8088完全兼容仍然使用A20地址線。所以說(shuō)80286芯片存在一個(gè)BUG：它開(kāi)設(shè)A20地址線。如果程序員訪問(wèn)100000H-10FFEFH之間的內(nèi)存，系統(tǒng)將實(shí)際訪問(wèn)這塊內(nèi)存（沒(méi)有wrap-around技術(shù)），而不是象8086/8088一樣從0開(kāi)始。我們來(lái)看一副圖：
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????? 為了解決上述兼容性問(wèn)題，IBM使用鍵盤(pán)控制器上剩余的一些輸出線來(lái)管理第21根地址線（從0開(kāi)始數(shù)是第20根）的有效性，被稱(chēng)為A20 Gate：
????? 1> 如果A20 Gate被打開(kāi)，則當(dāng)程序員給出100000H-10FFEFH之間的地址的時(shí)候，系統(tǒng)將真正訪問(wèn)這塊內(nèi)存區(qū)域；
????? 2 如果A20 Gate被禁止，則當(dāng)程序員給出100000H-10FFEFH之間的地址的時(shí)候，系統(tǒng)仍然使用8086/8088的方式即取模方式（8086仿真）。絕大多數(shù)IBM PC兼容機(jī)默認(rèn)的A20 Gate是被禁止的?，F(xiàn)在許多新型PC上存在直接通過(guò)BIOS功能調(diào)用來(lái)控制A20 Gate的功能。
????? 上面所述的內(nèi)存訪問(wèn)模式都是實(shí)模式，在80286以及更高系列的PC中，即使A20 Gate被打開(kāi)，在實(shí)模式下所能夠訪問(wèn)的內(nèi)存最大也只能為10FFEFH，盡管它們的地址總線所能夠訪問(wèn)的能力都大大超過(guò)這個(gè)限制。為了能夠訪問(wèn)10FFEFH以上的內(nèi)存，則必須進(jìn)入保護(hù)模式。
保護(hù)模式：經(jīng)?？s寫(xiě)為p-mode,在Intel iAPX 286程序員參考手冊(cè)中（iAPX 286是Intel 80286的另一種叫法）它又被稱(chēng)作為虛擬地址保護(hù)模式。經(jīng)管在Intel 80286手冊(cè)中已經(jīng)提出了虛地址保護(hù)模式，但實(shí)際上它只是一個(gè)指引，真正的32位地址出現(xiàn)在Intel 80386上。保護(hù)模式本身是80286及以后兼容處理器序列之后產(chǎn)成的一種操作模式，它具有許多特性設(shè)計(jì)為提高系統(tǒng)的多道任務(wù)和系統(tǒng)的穩(wěn)定性。例如內(nèi)存的保護(hù)，分頁(yè)機(jī)制和硬件虛擬存儲(chǔ)的支持。現(xiàn)代多數(shù)的x86處理器操作系統(tǒng)都運(yùn)行在保護(hù)模式下，包括Linux, Free BSD, 和Windows 3.0（它也運(yùn)行在實(shí)模式下，為了和Windows 2.x應(yīng)用程序兼容）及以后的版本。
80286及以后的處理器另一種工作模式是實(shí)模式（僅當(dāng)系統(tǒng)啟動(dòng)的一瞬間），本著向下兼容的原則屏蔽保護(hù)模式特性，從而容許老的軟件能夠運(yùn)行在新的芯片上。作為一個(gè)設(shè)計(jì)規(guī)范，所有的x86系列處理器，除嵌入式Intel80387之外，都是系統(tǒng)啟動(dòng)工作在實(shí)模式下，確保遺留下的操作系統(tǒng)向下兼容。它們都必須被啟動(dòng)程序（操作系統(tǒng)程序最初運(yùn)行代碼）重新設(shè)置而相應(yīng)進(jìn)入保護(hù)模式的，在這之前任何的保護(hù)模式特性都是無(wú)效的。在現(xiàn)代計(jì)算機(jī)中，這種匹配進(jìn)入保護(hù)模式是操作系統(tǒng)啟動(dòng)時(shí)最前沿的動(dòng)作之一。
在被調(diào)停的多道任務(wù)程序中，它可以從新工作在實(shí)模式下是相當(dāng)可能的。保護(hù)模式的特性是阻止被其他任務(wù)或系統(tǒng)內(nèi)核破壞已經(jīng)不健全的程序的運(yùn)行，保護(hù)模式也有對(duì)硬件的支持，例如中斷運(yùn)行程序，移動(dòng)運(yùn)行進(jìn)程文檔到另一個(gè)進(jìn)程和置空多任務(wù)的保護(hù)功能。
386及以后系列處理器不僅具有保護(hù)模式又具有32位寄存器，結(jié)果導(dǎo)致了處理功能的混亂，因?yàn)?/span>80286雖然支持保護(hù)模式，但是它的寄存器都是16位的，它是通過(guò)自身程序設(shè)定而模擬出的32位，并非32位寄存器處理。歸咎于這種混亂現(xiàn)象，它促使Windows/386及以后的版本徹底拋棄80286的虛擬保護(hù)模式，以后保護(hù)模式的操作系統(tǒng)都是運(yùn)行在80386以上，不再運(yùn)行在80286（盡管80286模式支持保護(hù)模式），所以說(shuō)80286是一個(gè)過(guò)渡芯片，它是一個(gè)過(guò)渡產(chǎn)品。
盡管286和386處理器能夠?qū)崿F(xiàn)保護(hù)模式和兼容以前的版本，但是內(nèi)存的1M以上空間還是不易存取，由于內(nèi)存地址的回繞，IBM PC XT （現(xiàn)以廢棄）設(shè)計(jì)一種模擬系統(tǒng)，它能過(guò)欺騙手段訪問(wèn)到1M以上的地址空間，就是開(kāi)通了A20地址線。在保護(hù)模式里，前32個(gè)中斷為處理器異常預(yù)留，例如，中斷0D（十進(jìn)制13）常規(guī)保護(hù)故障和中斷00是除數(shù)為零異常。
如果要訪問(wèn)更多的內(nèi)存，則必須進(jìn)入保護(hù)模式，那么，在保護(hù)模式下，A20 Gate對(duì)于內(nèi)存訪問(wèn)有什么影響呢？
????? 為了搞清楚這一點(diǎn)，我們先來(lái)看一看A20的工作原理。A20，從它的名字就可以看出來(lái)，其實(shí)它就是對(duì)于A20（從0開(kāi)始數(shù)）的特殊處理(也就是對(duì)第21根地址線的處理)。如果A20 Gate被禁止，對(duì)于80286來(lái)說(shuō)，其地址為24根地址線，其地址表示為EFFFFF；對(duì)于80386極其隨后的32根地址線芯片來(lái)說(shuō)，其地址表示為FFEFFFFF。這種表示的意思是：
??? 1>如果A20 Gate被禁止。則其第A20在CPU做地址訪問(wèn)的時(shí)候是無(wú)效的，永遠(yuǎn)只能被作為0。所以，在保護(hù)模式下，如果A20 Gate被禁止，則可以訪問(wèn)的內(nèi)存只能是奇數(shù)1M段，即1M,3M,5M…，也就是00000-FFFFF, 200000-2FFFFF,300000-3FFFFF…
????? 2如果A20 Gate被打開(kāi)。則其第20-bit是有效的，其值既可以是0，又可以是1。那么就可以使A20線傳遞實(shí)際的地址信號(hào)。如果A20 Gate被打開(kāi)，則可以訪問(wèn)的內(nèi)存則是連續(xù)的。
實(shí)模式和保護(hù)模式的區(qū)別：從表面上看，保護(hù)模式和實(shí)模式并沒(méi)有太大的區(qū)別，二者都使用了內(nèi)存段、中斷和設(shè)備驅(qū)動(dòng)來(lái)處理硬件，但二者有很多不同之處。我們知道，在實(shí)模式中內(nèi)存被劃分成段，每個(gè)段的大小為64KB，而這樣的段地址可以用16位來(lái)表示。內(nèi)存段的處理是通過(guò)和段寄存器相關(guān)聯(lián)的內(nèi)部機(jī)制來(lái)處理的，這些段寄存器（CS、DS、 SS和ES）的內(nèi)容形成了物理地址的一部分。具體來(lái)說(shuō)，最終的物理地址是由16位的段地址和16位的段內(nèi)偏移地址組成的。用公式表示為：物理地址=左移4位的段地址+偏移地址。
在保護(hù)模式下，段是通過(guò)一系列被稱(chēng)之為“描述符表”的表所定義的。段寄存器存儲(chǔ)的是指向這些表的指針。用于定義內(nèi)存段的表有兩種：全局描述符表(GDT) 和局部描述符表(LDT)。GDT是一個(gè)段描述符數(shù)組，其中包含所有應(yīng)用程序都可以使用的基本描述符。在實(shí)模式中，段長(zhǎng)是固定的(為64KB)，而在保護(hù)模式中，段長(zhǎng)是可變的，其最大可達(dá)4GB。LDT也是段描述符的一個(gè)數(shù)組。與GDT不同，LDT是一個(gè)段，其中存放的是局部的、不需要全局共享的段描述符。每一個(gè)操作系統(tǒng)都必須定義一個(gè)GDT，而每一個(gè)正在運(yùn)行的任務(wù)都會(huì)有一個(gè)相應(yīng)的LDT。每一個(gè)描述符的長(zhǎng)度是8個(gè)字節(jié)，格式如圖3所示。當(dāng)段寄存器被加載的時(shí)候，段基地址就會(huì)從相應(yīng)的表入口獲得。描述符的內(nèi)容會(huì)被存儲(chǔ)在一個(gè)程序員不可見(jiàn)的影像寄存器(shadow register)之中，以便下一次同一個(gè)段可以使用該信息而不用每次都到表中提取。物理地址由16位或者32位的偏移加上影像寄存器中的基址組成。實(shí)模式和保護(hù)模式的不同可以從下圖很清楚地看出來(lái)。
??????????????? 實(shí)模式下尋址方式
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????????????????? ?? 保護(hù)模式下尋址方式