工作模式与存储器管理

Pentium处理器包括3种工作模式，即实地址模式、保护虚地址模式、虚拟8086模式。

1.实地址模式

处理器加电或复位时都处于这一工作模式。

①采用分段方式，每段最大地址空间为64 KB，物理地址由段地址乘以16加上偏移地址构成，其段地址位于段寄存器中，确定一个64 KB存储器段的起始地址，偏移地址可用来选择段内的任何一个存储单元。

②在00000H~003FFH内存区存放256级中断向量表。

③应用程序不分特权级（相当于特权级0）。

实地址模式下工作的高档微处理器仍然只相当于一个快速的8086/8088。

2.保护虚地址模式

保护模式是80286以上的高档微处理器最常用的工作模式。系统启动后总是先进入实地址模式，对系统进行初始化，然后才转入保护模式进行操作。

在保护模式下，存储器空间采用逻辑地址、线性地址和物理地址来进行描述。地址变换必须分两步进行：第一步将逻辑地址转换为线性地址，第二步再将线性地址转换为物理地址。

1）从逻辑地址到线性地址的转换

在保护模式下，逻辑地址由16位段寄存器中的代码与32位偏移地址组成。在保护模式下段基址不再像实地址模式那样直接由段寄存器提供，而是在段寄存器中装入段选择子（selector），然后通过该选择子间接地到一个描述符表中选择相应的段描述符(descriptor)，并从中获得32位的段基址。这样，就可以将32位段基址与32位的偏移地址相加得到所谓的线性地址。

（1）选择子

选择子是装入段寄存器CS~FS、局部描述符表寄存器LDTR或任务寄存器TR中，对全局描述符表或局部描述符表进行检索的一种数据结构。

（2）描述符

描述符也是一种数据结构，利用该数据结构可以提供有关段的属性、大小、位置以及控制和状态信息。

一个段描述符占用8个字节，其中包括32位的段基址、20位的段限界和8位访问权限以及特片位G、D和AVL。

（3）描述符表和描述符表寄存器

Pentium4微处理器中有3种类型的描述符表，即全局描述表GDT、局部描述符表LDT和中断描述符表IDT。

在8086/8088中段的大小只能在16B~64KB的范围内变化，而Pentiuum4可以根据需要在1~1MB或4KB~4GB的范围内变化。

2）从线性地址到物理地址的转换

若控制寄存器CR0中PG=0，也就是说禁止分页，则分段部件送来的线性地址就是物理地址。

进入分页操作后，线性地址由3个字段组成，它们分别是10位页目录索引值DIR、10位页索引值PAGE和12位偏移地址。

分页部件为了实现从线性地址到物理地址的转换，使用了两种表，即页目录表和页表，这两种表都在存储器中，因此进入地址转换时需要读两次存储器。

3.虚拟8086模式

虚拟8086模式，就是指一个系统可以模拟多个8086微处理同时工作。8086模式下应用程序在最低特权级3级上运行。

Pentium4微处理器除了上述3种工作模式外，还支持系统管理模式（SMM）。