Защищенный режим работы ЦП 80386

Возможности ЦП 80386 раскрываются полностью, если он работает в защищенном режиме. Защищенный режим позволяет использовать дополнительные команды, специально предназначенные для многозадачных ОС. Главные отличия защищенного режима от реального состоят в следующем:

1. адресное пространство расширяется до 4Г байт, а область виртуальных адресов - до 64Т байт, т.е. практически не ограничена;

2. используются другие механизмы адресации, при этом существенно, что выполняемой в каком-то отрезке времени задаче выделяется определенная область оперативной памяти (ОП), за пределы которой задача не может обращаться, - при попытке такого обращения возникает так называемое нарушение общей защиты, вследствие чего выполнение задачи прекращается и включается принадлежащая ОС программа обработки прерывания по этой причине;

3. используется другая область ОП для размещения векторов прерываний, при этом ввиду того, что номера векторов для одинаковых по смыслу событий могут различаться в этих режимах и к тому же сами наборы прерываний отличаются между собой, при переходе из одного режима в другой требуется произвести соответствующую настройку аппаратных средств с помощью команд программы, производящей переключение из режима в режим.

Защищенный режим может использоваться в следующих случаях:

1. для использования ЭВМ в многопользовательском режиме, например, если ЭВМ является сервером вычислительной сети и на нем установлена многопользовательская ОС для обслуживания запросов рабочих станций этой сети;

2. для использования ЭВМ в однопользовательском многозадачном режиме;

3. для использования ЭВМ в однопользовательском однозадачном режиме, но при этом для решения задачи необходимо выделение ей объема ОП, превышающего величину 1М байт;

4. для использования ЭВМ в однопользовательском однозадачном режиме, но при этом используемая ОС предоставляет пользователю для общения с ЭВМ интерфейс, существенно превосходящий по своим возможностям интерфейс, предоставляемый MS DOS (такие возможности обеспечивают ОС типа Windows).

Виртуальный режим работы ЦП 80386 (режим V86). Эмуляция MS DOS в режиме V86.Основной целью использования режима V86 является одновременное выполнение программ, написанных под MS DOS, под управлением многопользовательской ОС. При этом у каждого пользователя создается иллюзия монопольного владения всеми ресурсами ЭВМ.

Реальный режим работы ЦП 80386, эмулирующий ЦП 8086, и режим виртуального ЦП 8086, работающий в защищенном режиме ЦП 80386, несколько различаются. Когда ЦП работает в режиме V86, его селекторы, несмотря на то, что включен защищенный режим, интерпретируются также, как и в реальном режиме. Эффективный адрес при этом получается сложением смещения со сдвинутым на 4 разряда влево содержимым сегментного регистра. На ОС возлагаются обязанности по определению программ, использующих механизм адресации ЦП 8086, и программ, использующих адресацию собственно ЦП 80386. Отличие адресации виртуального ЦП 8086 от реального заключаются в использовании механизма страничной адресации, благодаря которому адресное пространство задачи в 1М байт может быть размещено в любом месте пространства линейных адресов ЦП 80386 объемом 4Г байт. Адреса, превышающие величину 1М в режиме виртуального ЦП 8086, будут вызывать возникновение прерывания 13 защищенного режима (нарушение общей защиты).

Все программы виртуального режима выполняются на уровне привилегированности 3, т.е. на низшем уровне, в отличие от реального режима, который всегда имеет уровень привилегированности 0, т.е. высший уровень. Поэтому попытка выполнить в виртуальном режиме привилегированную команду также приведет к возникновению прерывания 13.

Аппаратные средства страничной адресации поддерживают параллельную работу нескольких задач, использующий виртуальный режим, и обеспечивают защиту и независимость работы их ОС. Эти средства могут использоваться в многозадачных ОС для обеспечения одновременного выполнения нескольких задач.

Важнейшей чертой программ реального режима является широкое использование средств MS DOS и BIOS. Поэтому виртуальный режим может иметь право на вектора программного прерывания) и передача управления через этот вектор требуемой программе ОС, которая, очевидно, должна выполняться опять в режиме V86. Всю эту процедуру иногда называют "отражением" прерывания на MS DOS (или другую ОС реального режима), или "эмуляцией" DOS в режиме виртуального ЦП 8086. Подобная эмуляция должна осуществляться и при возникновении аппаратных прерываний, обеспечивая обычно их обработку с помощью BIOS.

Таким образом многозадачная ОС, выполняемая на ЦП 80386, может полностью моделировать вызовы однозадачной ОС, например, MS DOS. Кроме того, эта многозадачная ОС должна также выполнять подобным образом производить обработку команд обращения задач, выполняемых в режиме V86, к портам ввода-вывода - команд in и out.