实模式与保护模式详解二（地址映射） _地址

幼敏悟过人，读书辄成诵。这篇文章主要讲述实模式与保护模式详解二：地址映射相关的知识，希望能为你提供帮助。
论8086如何寻址1MB物理空间

8086内部的寄存器都是16位的，但它有20位地址总线，可以寻址1MB的物理空间
将1MB的储存器按64KB分段，为什么按64KB分是因为16位最大的寻址范围就是下216B=64KB。
设置4个段寄存器CS，DS，SS，ES（一开始只有四个段寄存器），保存当前可使用段的段首址，如果各段的段首址都是16的倍数，那么这些段首址的后四位都为0，则段首址的高16位正好装入一个段寄存器中
访问储存单元时，CPU根据操作的性质和要求，选择合适的段寄存器，将里面的内容左移4位，恢复了段首址原来的值，在于本段中某一待访问储存单元的偏移地址相加，则得到该单位的20位物理地址

实模式下的地址映射在实模式下，32CPU与8086一样，只能寻址1MB物理储存空间并采用分段使用的方式，每段大小不超多64KB，段首地址和段内偏移地址都是用16位表示。这样1MB的储存空间最少可分为16段，每段最多64KB。
在某一时刻，CPU可以访问6个段：代码段，数据段，堆栈段，和三个附加数据段，对应的段寄存器分别为CS，DS，SS，ES，FS，GS
在实模式下，逻辑地址与物理地址是一一对应的，用户程序与系统程序是在同一状态下的

注意：

程序中的每个段大小不定，但不可以超过64KB，具体位置由操作系统决定
分段不是唯一的，一片储存单元可以属于一个段也可以属于多个段
汇编程序中，用户要将数据段首址置入DS或ES，FS和GS中，而CS，SS由系统自动置入

保护模式下的地址映射特权级
保护模式下建立了四个特权级，0级最高，3级最低，程序中的每个段都有一个特权级，任何时候，CPU都在同一个特权级下运行，成为当前特权级。低特权级的程序无法访问高特权级的数据。
0级：操作系统内核
1级：操作系统服务程序
2级：系统扩展程序
3级：应用程序
描述符
在保护模式下，每个段的信息远远多于实模式下的地址方式，每个段中的信息除了段基址外，还有段的大小，段的类型，特权级，是否被执行过，是否能被读/写等多种信息。系统通过8字节的描述符来保存这些信息。

属性的描述
P：Present，是否在内存中【1在】
G：段的粒度（段长计量单位）
G=0, 字节 (段最长1M)
G=1 ,页面4KB（段最长4G）
DPL: Descriptor Privilege Level 描述符特权级别
S: 描述符的类型
【数据段/代码段S=1】
【系统描述符/门描述符S＝0】
TYPE : 描述段的存取类型或类型（与S有关）
【读，写，扩展，访问标志等及其组合】

描述符表
描述符表是描述符的集合，存放在指定的一段内存中，有三种描述符表：局部描述符表，全局描述符表和中断描述符表
局部描述符表：
每一个执行程序都有一个局部描述符表LDT，包含该程序中各段的描述符，一个LDT就是一个系统段，最大可为64KB，存放8192个描述符，由于每个程序有自己的局部描述符表，用各自的代码和数据，所以由此实现程序之间的隔离
全局描述符表：
只有一个，最大可谓64KB，存放8192个描述符，包含有系统各任务共享段的描述符，如操作系统所使用的代码段，数据段，堆栈段的描述符，还有所有系统段的描述符，如各个任务LDT段的描述符

【实模式与保护模式详解二（地址映射）】为了支持多任务来回切换，系统中的每一个任务都建有一个任务状态段TSS，TSS也属于系统段，该段的描述符也窜访在全局描述符表中。TSS用于保存任务挂起时现场的全部寄存器，堆栈，地址映射，链接状态，I/O允许图首址等完整印象

中断描述符表：
中断描述符表IDT最大可为2KB，含有指向多大256个中断服务程序的位置的描述符
段选择符和描述符寄存器
保护模式下，段寄存器中不在保存段的开始地址，而是指出从描述符表中选择相应段描述符的方式，段寄存器中此时的内容称作段选择符（选择子）
选择子（Selector）：
选择子用于选择GDT/LDT中的某个描述符。
构成：

索引域（INDEX）：13位
TI域（Table Indicator）：1位
特权级别域（Request Privilege Level）：2位

索引域（INDEX）
给出段描述符在GDT或LDT中的位置。
TI域（Table Indicator）
TI＝1，从LDT中选择相应描述符， TI＝0，从GDT中选择描述符。
特权级别域（Request Privilege Level）请求者最低特权级的限制。只有请求者特权级高于或等于DPL，对应段才能被存取，实现段的保护。
保护模式下物理地址的形成

根据段寄存器中描述符的引索值、TI、以及RPL值，从描述符表中选择出描述符，检查合格后，将描述符送入对应的描述符高速缓存寄存器，以后对该段的访问均通过此寄存器进行
当需要对该段的储存单元进行访问时，从描述符高速缓存寄存器中取出段基址，与存放在EIP，ESP或某一指示器中的偏移地址相加，形成32位线性地址
如果不选择分页，线性地址即为物理地址，如果选择分页，通过分页计制，将线性地址映射为物理地址