[工学]微机原理 操作模式

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1、第11章操作模式主讲：董毅11.1实模式综述(回顾)实模式下的存储器地址由16位的段寄存器与16位的偏移量寄存器配对组成，两者结合起来构成逻辑地址。【问题】段寄存器的最大值与偏移量寄存器的最大值都可为0FFFFH，此时的物理地址为(0FFFFH×16)＋0FFFFH=10FFEFH＝100001111111111101111B，使得第21条地址线A20为1，但8086只有20位地址，说明已经超出了8086的可寻址空间范围。【解决办法】在8086中就存在着所谓地址环绕的问题，超出20位地址的进位“1”将被忽略，因此10FFEFH实际的物理地址将被定位到存储器的0FFEFH处。80286的

2、地址线有24位，80386/80486/奔腾系列等微处理器的地址线至少有32位，因此地址100000H及其随后的大量空间都是实际存在的，不会环绕到00000H处，但它超出了1MB的空间限制，进入了扩展存储器的空间。为了严格兼容8086实模式，80286/80386/80486/奔腾系列都采取了一种附加闸门控制的办法，通过专门的电路设计对A20地址线进行控制，称为“A20gate”。当闸门电路保持A20线为0电平时，系统就能仿真8086的地址环绕。MSDOS的内存管理可使用1MB空间，分成两段：00000H~9FFFFH为基本内存或称常规内存，容量640KB，DOS与用户程序只能存放在这

3、个区段。0A0000H~0FFFFFH为保留内存区，共384KB，保留给基本输入输出系统(BIOS)与系统总线功能扩展接口卡上的存储器使用，例如显示卡上的视频BIOS、显示缓冲区以及系统启动网卡上的启动ROM等。1MB以外的区间是扩展内存区XMS（ExtendedMemorySpecification），属保护模式存储器寻址(ProtectedModeMemoryAddressing)的空间，MSDOS无法直接管理，仅可用作RAM一类的虚拟磁盘等，这是实模式的致命缺陷。MSDOS的内存管理对于80286以后的微型计算机，在扩展内存管理程序HIMEM.SYS的驱动控制下，当逻辑地址处在0

4、FFFF:0010H～0FFFF:FFFFH范围内，亦即物理地址在1MB之外的100000H～10FFEFH空间段时，MSDOS系统能真正访问到扩展内存的这个区间。于是原来1MB的空间限制就被突破而增加了64KB。这个区间就称高端内存区（HighMemoryArea，HMA）它可以存放DOS的常驻程序，从而使基本内存区中原驻这些程序的空间释放出来，用户程序区就增加了几十KB可贵的空间。为了达到这一目的，MSDOS系统配置文件CONFIG.SYS中必须有以下两条语句：HMA配置DEVICE=C:DOSHIMEM.SYS﹔装载扩展内存驱动程序DOS=HIGH﹔让DOS使用高端内存区图1

5、1.180286/386/486/Pentium系列内存配置示意图[例11.1]A20地址线由92H端口的bit1控制，该位为0时A20地址线关闭而产生地址环绕，系统操作于实模式﹔为1时打开A20地址线可访问到1MB以上的空间，系统操作于保护模式。编写打开与关闭A20地址线的宏指令。﹔打开A20地址线EnableA20MACROPUSHAXINAL,92HORAL,00000010BOUT92H,ALPOPAXENDM﹔关闭A20地址线DisableA20MACROPUSHAXINAL,92HANDAL,11111101BOUT92H,ALPOPAXENDM11.2保护模式下的存储器分

6、段管理通俗地讲，所谓“保护”就是在充分利用微处理器资源的基础上，保护各类程序既高效率又高可靠地运行。例如Windows操作系统就必须而且只能在保护模式下运行。微处理器的保护存储器的区域保护功能对存储器实施分段管理，尽量禁止对存储器进行非法访问，或者程序失控时产生异常中断以便采取必要的补救措施等。在多任务系统中，通过局部描述符表LDT为各任务定义不同的虚拟空间，使任务之间在区域上进行隔离，互不干扰，即使某一任务出错也不致于影响其他任务的执行等。特权级保护功能为各种类型的存储器段附加一个访问权级别，为程序赋予不同的级别，例如定义操作系统的特权级别最高，而用户应用程序级别最低，使操作系统不会

7、转移到可靠性差的用户程序模块中去，而用户程序则绝对不能随意修改操作系统的数据，这样就保障了操作系统的安全。11.2.1控制寄存器与存储器管理寄存器CR0～CR4共5个控制寄存器CR0实际上在80286CPU中就已经开发，但当时只使用了它的低位部份作为机器状态字MSW，在32位微处理器中它有许多重要的新的定义。CR1由80386/80486定义，但至今一直未使用，这是为今后开发更新的产品所保留的资源，这样的设计考虑就为产品的兼容性创造了条件。CR