在X86系列中，8086和8088是16位處理器，而從80386開始為32位處理器，80286則是該系列從8088到80386，也就是從16位到32位過渡的一個中間步驟。當(dāng)我們說一個CPU是16位或32位時，指的是處理器中ALU算術(shù)邏輯單元的寬度。
8086中采用16位CPU和1M字節(jié)的內(nèi)存地址空間即20位的地址總線寬度。Intel使用分段的方法來處理ALU寬度與地址總線寬度的空隙：
Intel在8086CPU中設(shè)置了四個段寄存器：CS、DS、SS和ES。每個段寄存器都是16位的，對應(yīng)于地址總線中的高16位。每條訪內(nèi)指令中的內(nèi)部地址都是16位的，但是在送上地址總線之前都在CPU內(nèi)部自動的與某個段寄存器中的內(nèi)容相加，形成一個20位的實際地址。這樣就實現(xiàn)了從16位內(nèi)部地址到20位實際地址的轉(zhuǎn)換，或者映射。段寄存器的內(nèi)容對應(yīng)于20位地址總線中的高16位，所以在相加時實際上是拿內(nèi)部地址的高12位與段寄存器中的16位相加，而內(nèi)部地址中的低4位保留不變。這個方法與“段式內(nèi)存管理”相似，但缺少地址空間的保護機制。對于每一個由段寄存器的內(nèi)容確定的基地址，一個進程總是能夠訪問從此開始的64k的連續(xù)空間，而無法加以限制。同時，用來改變段寄存器內(nèi)容的指令也不是特權(quán)指令，這樣就可以通過改變段寄存器的內(nèi)容，一個進程可以隨心所欲的訪問內(nèi)存中的任何一個單元，而不受限制。這種模式缺乏對內(nèi)存空間的保護，為區(qū)別于后來的“保護模式”，就成為“實地址模式”。
8036是32位CPU。為了與之前兼容，Intel選擇了在段寄存器的基礎(chǔ)上構(gòu)筑保護模式的構(gòu)思，并且保留段寄存器為16位（這樣才可以利用原有的四個寄存器），但是又添加了兩個段寄存器FS和GS。為了實現(xiàn)保護模式，僅僅用段寄存器來確定一個基地址是不夠的，至少還得要有一個地址段的長度，并且還需要一些其他的信息，如訪問權(quán)限之類。所以需要一個數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)而并非一個單純的基地址。Intel設(shè)計的基本思路是：在保護模式下改變段寄存器的功能，使其從一個單純的基地址變成指向這樣一個數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)的指針。這樣，當(dāng)一條訪問內(nèi)存指令一個內(nèi)存地址時，CPU就可以這樣歸納出實際上應(yīng)該放上數(shù)據(jù)總線的地址：
1、根據(jù)指令的性質(zhì)來確定應(yīng)該使用哪一個段寄存器
2、根據(jù)段寄存器的內(nèi)容，找到相應(yīng)的地址段描述符結(jié)構(gòu)
3、從結(jié)構(gòu)中得到基地址
4、將指令中發(fā)出的地址作為位移，與段描述符結(jié)構(gòu)中規(guī)定的段長度相比，看是否越界
5、根據(jù)指令的性質(zhì)和段描述符中的訪問權(quán)限來確定是否越權(quán)
6、將指令中發(fā)出的地址作為偏移，與基地址相加而得出實際的物理地址。
80386 CPU中增設(shè)了兩個寄存器：全局性的段描述表寄存器GDTR和局部性的段描述符表寄存器LDTR，分別可以用來指向存儲在內(nèi)存中的一個段描述結(jié)構(gòu)數(shù)組，或者稱為段描述表。由于這兩個寄存器時新增設(shè)的，不存在于原有的指令是否兼容的問題，訪問這兩個寄存器的專用指令便設(shè)計成“特權(quán)指令”。
段寄存器的高13位用作訪問段描述表中具體描述符結(jié)構(gòu)的下標(biāo)。GDTR或LDTR中的段描述符表指針和段寄存器中給出的下標(biāo)結(jié)合在一起，才決定了 具體的段描述符表項在內(nèi)存中的什么地方，也可以理解成，將段寄存器中的低3位屏蔽后與GDTR或LDTR中的基地址相加得到描述符表項的起始地址。因此無法通過修改描述符表項的內(nèi)容來玩弄詭計，從而起到保護的作用。
在80386的段式內(nèi)存管理的基礎(chǔ)上，如果把每個段寄存器都指向同一個描述項，而在該描述項中將基地址設(shè)為0，并將段長度設(shè)為大，這樣便形成一個從0開始覆蓋真?zhèn)€32位地址空間的一個整段。由于基地址為0，此時的物理地址與邏輯地址相同，CPU放到地址總線上的地址就是在指令中給出的地址。這樣的地址有別于“段寄存器/位移量”構(gòu)成的“層次式”地址，所以Intel稱其為“Flat“地址。
重慶分公司
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