Режимы работы процессора

CPU I386 полностью совместим по объектному коду с семейством Iх86 и является его дальнейшим развитием. CPU может быть использован в следующих режимах работы:

Real Mode (RМ) – режим реальной адресации, соответствующий работе системы с CPU 8086, используется только в MS DOS. Область адресов, доступных системе (1 Мбайт), не защищена. Реализованы двадцать адресных линий, режим однопользовательский. Однако при этом работают 32-битовые регистры CPU. По умолчанию используются все имеющиеся команды, длина операндов 16 бит. Для работы с 32-разрядными операндами и использования дополнительных режимов адресации применяют специальный префикс переадресации. 32-разрядный адрес не превышает границы сегмента 64 Кбайт (0000H-FFFFH), в противном случае констатируется особая ситуация - 13Н. Для обеспечения доступа к адресному пространству шириной до 1 Мбайт в работе участвуют линии А [19/02], BEO#-BE3#. Исполнительный адрес всегда соответствует физическому, страничный механизм отключен. Все сегменты могут находиться в состоянии записи, считывания или выполнения.

Protected Mode (РМ) – режим виртуальной адресации (защищенный режим).

Виртуальная адресация – это способ организации доступа к информации, при котором большая ее часть располагаются не в физическом ОЗУ, а в устройствах внешней памяти (УВП), откуда она периодически подкачивается в ОЗУ (swapping), что создает иллюзию расширения его размеров.

При включении ПЭВМ первоначально принимает RM. Для перевода в РМ используют системные команды LMSW, SMSW. При установке бита PF=1 в MSW CPU переходит в РМ, в котором реализуется доступ к 4 Гбайт ОЗУ в 32-битовом адресном физическом пространстве исполнительных адресов. Доступ к 64 Тбайт памяти реализуется в виртуальном (логическом) адресном пространстве.

Предусмотрена защита по многоуровневому принципу операционной системы и прикладных задач. Реализуется мультипрограммность.

Для обратного перевода из РМ в RM команды LMSW, SMSW не используются. Система должна быть перезагружена либо аппаратно («холодный» старт), либо программно-аппаратно – через порты 60Н, 64Н контроллера 8042 командой вывода out и далее через внутренний сигнал RC и узел Shut down ко входу Reset I386 («теплый» старт осуществляется нажатием клавиш).

Для осуществления программного перехода из РМ в RM может быть использована команда MOV CR0 (LCR0).

Protected Mode 86 (VM 8б) – режим виртуальной адресации 86 - устанавливает исполнительную среду I86 внутри защищенной многозадачной среды PM CPU I386. При этом поддерживается исполнение всех программ, написанных для предыдущих поколений. Первоначально в рамках VM 86 оборудование формирует 20-разрядный линейный адрес по системе, аналогичной RM. Однако, благодаря включению механизма страничной адресации и системе двухуровневой защиты, линейный адрес шириной в 1 Мбайт может быть разбит на 256 страниц по 4 Кбайт каждая, и размещен в физическом адресном пространстве до 4 Гбайт. В этом объеме физической памяти можно в окнах по 1 Мбайт расположить множество копий MS DOS или других операционных систем и их программ, представляющих отдельные виртуальные машины, работающие в мультизадачном режиме. Вход и выход в режим VM86 возможен посредством перезагрузки регистра флагов (бит 17), либо при переключении с задачи на задачу с привлечением сегмента состояния задачи (TSS), либо в процедуре прерывания (команда IRET), либо при использовании команды POPF.

Page Protected Mode – режим страничной адресации.

Это альтернативный режим управления памятью, позволяющий разделить крупные массивы информации на более компактные блоки размером по 4 Кбайт. Аппаратно для реализации режима в CPU I386 дополнительно включается страничный механизм, транслирующий линейный адрес в физический. Переход из RM в Page М программный: командами LMSW, SMSW, MOV CR0, MOV CR3. Обратный переход осуществляется либо перезагрузкой, либо программным путем (манипуляция битом 31 регистра CR0).