Защищённый режим

Защищённый режим (режим защищённой виртуальной адресации) в режим работы процессора. Разработан фирмой Digital Equipment (DEC) для 32-разрядных компьютеров VAX-11, а также фирмой Intel для своих процессоров. Несмотря на то, что защищённый режим частично был реализован уже в процессоре 80286, там существенно отличался способ работы с памятью, так как процессоры еще были 16-битными и не была реализована страничная организация памяти. Применяется в процессорах и других производителей. Данный режим позволил создать многозадачные операционные системы в UNIX 1969 г., Microsoft Windows 1985 г. и другие.

[править] Особенности процессора 80286

В процессоре 80286, помимо реального режима, был реализован также защищённый режим. В защищённом режиме процессор может адресовать до 16 Мбайт виртуальной памяти за счёт изменения механизма адресации. Переключение из реального режима в защищённый происходит программно и относительно просто, однако для обратного перехода необходим аппаратный сброс процессора. Для отслеживания текущего режима работы процессора используется регистр слова состояния машины (MSW). Программы реального режима без модификаций в защищённом режиме исполняться не могут, также как и программы BIOS машины.

Суть защищённого режима в следующем: программист и разрабатываемые им программы используют логическое адресное пространство, размер которого может составлять 16 мегабайт. Логический адрес преобразуется в физический адрес автоматически с помощью схемы управления памятью (MMU). Благодаря защищённому режиму, в памяти может храниться только та часть программы, которая необходима в данный момент, а остальная часть может храниться во внешней памяти (например, на жёстком диске). В случае обращения к той части программы, которой нет в памяти в данный момент, операционная система может приостановить программу, загрузить требуемую секцию кода из внешней памяти и возобновить выполнение программы. Следовательно, становятся допустимыми программы, размер которых больше объема имеющейся памяти, и пользователю кажется, что он работает с большей памятью, чем на самом деле.

Физический адрес формируется следующим образом. В сегментных регистрах хранится селектор, содержащий индекс дескриптора в таблице дескрипторов (13 бит), 1 бит, определяющий к какой таблице дескрипторов будет производиться обращение (к локальной или к глобальной) и 2 бита запрашиваемого уровня привилегий. Далее происходит обращение к соответствующей таблице дескрипторов и соответствующему дескриптору, который содержит начальный 24-битный адрес сегмента, размер сегмента и права доступа, после чего вычисляется необходимый физический адрес путём сложения адреса сегмента со смещением из 16-разрядного регистра.

[править] Особенности процессоров 80386 в 80486

С появлением 32-разрядных процессоров 80386 фирмы Intel процессоры могут работать в трех режимах: реальном, защищённом и виртуального процессора 8086.

В защищённом режиме используются полные возможности 32-разрядного процессора в обеспечивается непосредственный доступ к 4 Гбайт физического адресного пространства и многозадачный режим с параллельным выполнением нескольких программ (процессов). Собственно говоря, многозадачный режим организует многозадачная операционная система, однако микропроцессор предоставляет необходимый для этого режима мощный и надежный механизм защиты задач друг от друга с помощью четырехуровневой системы привилегий. Так же в этом режиме доступна страничная организация памяти, повышающая уровень защиты задач друг от друга и эффективность их выполнения.

В процессоре i386 компания Intel учла необходимость лучшей поддержки реального режима, потому что программное обеспечение времени его появления не было готово полностью работать в защищённом режиме. Поэтому, например, в i386, возможно переключение из защищённого режима обратно в реальный (при разработке 80286 считалось, что это не потребуется, поэтому на компьютерах с процессором 80286 возврат в реальный режим осуществляется схемно в через сброс процессора).

При включении микропроцессора в нём автоматически устанавливается режим реального адреса. Переход в защищённый режим осуществляется программно путем выполнения соответствующей последовательности команд. Программы, предназначенные для защищённого режима, должны быть написаны особым образом. Это означает, что реальный и защищённый режим несовместимы.

[править] Страничная организация памяти

Основная мысль сводится к формированию таблиц описания памяти, которые определяют состояние её отдельных сегментов/страниц и т. п. При нехватке памяти операционная система может выгрузить часть данных из оперативной памяти на диск, а в таблицу описаний внести указание на отсутствие этих данных в памяти. При попытке обращения к отсутствующим данным процессор сформирует исключение (разновидность прерывания) и отдаст управление операционной системе, которая вернёт данные в память, а затем вернёт управление программе. Таким образом для программ процесс подкачки данных с дисков происходит незаметно.

[править] Литература

Рудаков П. И., Финогенов К. Г. Программируем на языке Ассемблера IBM PC. в М.: Энтроп, 1996.

Это заготовка статьи о компьютерах. Вы можете помочь проекту, исправив и дополнив её.
Это примечание по возможности следует заменить более точным.

Операционные системы (история)
Ядро	Гибридное Микро Модульное Монолитное Нано Экзо Драйвер Пространство пользователя Область пользователя
Управление процессами	Режимы (супервизора реальный защищённый) Прерывание Кольца защиты Переключение контекста Многозадачность (вытесняющая кооперативная мультипрограммирование) Процесс Управление процессом Планировщик задач Многопоточность
впамятью	Защита памяти Сегментная адресация памяти Страничная память Менеджер виртуальной памяти Ошибка сегментации Общая ошибка защиты
Прочее	Загрузчик ОС API VFS Компьютерная сеть GUI Слой аппаратных абстракций (HAL)

Защищённый режим

Содержание

[править] Особенности процессора 80286

[править] Особенности процессоров 80386 в 80486

[править] Страничная организация памяти

[править] Литература

Личные инструменты

Пространства имён

Варианты

Просмотры

Действия

Поиск

Навигация

Участие

Печать/экспорт

Инструменты

На других языках