Режимы работы микропроцессора

Можно выделить следующие режимы работы микропроцессора.

Реальный режим. При включении питания или после сигнала Reset (Сброс) Все процессоры семейства x86 устанавливаются в реальный режим работы (Real Mode), который соответствует базовому процессору i8086 с добавлением возможности использования 32-разрядных регистров, начиная с процессора i386. При этом механизм адресации, пространство адресов памяти, управление прерываниями осуществляются аналогично реальному режиму процессора i8086.

Особенности реального режима:

1 - в реальном режиме могут использоваться любые команды;

2 - размер операнда по умолчанию такой же, как и у процессора i8086 (16 бит);

3 - для использования 32-разрядных регистров и режимов адресации, в машинном коде применяется префикс перекрытия размера операнда 66h;

4 - размер сегмента в реальном режиме НЕ должен превышать 64К байт, т.е. 32-битовые

адреса должны быть меньше, чем 0000FFFFh;

5 - в реальном режиме есть две зарезервированные области памяти: зона системной инициализации (адреса от FFFFFFF0h до FFFFFFFFh) и таблица векторов прерываний (адреса от 00000h до 003FFh). Многие особые ситуации в реальном режиме НЕ используются. В случае возникновения грубой ошибки может произойти останов процессора.

Основной функцией реального режима является подготовка современных процессоров к работе в защищенном режиме.

Защищенный режим. Используется начиная с i286. Главное достоинство – возможность реализации мультизадачности. Мультизадачность – режим одновременного решения на одном процессоре нескольких задач, при котором аварийное завершение одной из задач НЕ приводит к остановке других задач и всей операционной системы в целом. Все современные операционные системы реализуют многозадачность в защищенном режиме работы процессора.

Программы, разработанные для работы в реальном режиме, не могут функционировать в защищенном режиме, что связано с особенностями формирования физического адреса в защищенном режиме.

Особенности защищённого режима:

1 - в защищенном режиме (Protected Mode) адресное пространство расширяется до 4Г байт, а область виртуальных адресов – до 64 Тбайт.

2 - используется страничная модель памяти.

Режим виртуального 8086.

Режим V86 позволяет создавать на базе компьютеров с процессором, начиная с i386, и многозадачной операционной системы многопользовательские вычислительные системы. При этом у каждого пользователя создается иллюзия монопольного владения ВСЕМИ ресурсами компьютера.

Особенности режима виртуального 8086:

- переход в этот режим возможен, только из защищенного режима.

- возможность одновременной работы нескольких программ, разработанных для i8086.

Отличия реального режима работы процессора i386, эмулирующий процессор i8086, и режим виртуального 8086 (V86), работающий в защищенном режиме i386:

- Эффективный адрес вычисляется так же, как и в реальном режиме.

- Пространство задачи в 1М байт может быть размещено в любом месте 4 Гбайт пространства линейных адресов процессора i386. Адреса, превышающие 1 Мбайт, приводят к возникновению особой ситуации.

Режим системного управления. Это режим работы микропроцессора, который обеспечивает операционную систему механизмом для выполнения машинно-зависимых функций, таких как перевод компьютера в режим пониженного энергопотребления или выполнения действий по защите системы. Впервые данный режим появился в микропроцессоре Pentium. Для перехода в данный режим микропроцессор должен получить специальный сигнал – SMI – от усовершенствованного программируемого контроллера прерываний APIC (Advanced Programmable Interrupt Controller), при этом сохраняется состояние вычислительной среды микропроцессора. Функционирование микропроцессора в этом режиме подобно его работе в режиме реальных адресов. Возврат из этого режима производится специальной командой микропроцессора.