实模式切换到保护模式，为什么要开启A20地址线（系统升级产生的兼容性问题）
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实模式切换到保护模式，为什么要开启A20地址线（系统升级产生的兼容性问题）
小編覺得挺不錯(cuò)的,現(xiàn)在分享給大家,幫大家做個(gè)參考.
【-1】寫在前面：
以下部分內(nèi)容總結(jié)于 http://blog.csdn.net/ruyanhai/article/details/7181842
complementary: 兼容性是指運(yùn)行在前期CPU，如8086/8088上的的程序，也可以運(yùn)行在其以后的處理器，如80286上；
【0】看看intel處理器的發(fā)展歷程
【1】8086/8088的尋址和問題
1.1）尋址：在8086/8088中，只有20根地址總線，所以可以訪問的地址是2^20=1M，但由于8086/8088是16位地址模式，能夠表示的地址范圍是0-64K，所以為了在8086/8088下能夠訪問1M內(nèi)存，Intel采取了分段的模式：16位段基地址:16位偏移。其絕對地址計(jì)算方法為：16位基地址左移4位+16位偏移=20位地址；（這個(gè)比較簡單）
1.2）問題： 但這種方式引起了新的問題，通過上述分段模式，能夠表示的最大內(nèi)存為：FFFFh:FFFFh=FFFF0h+FFFFh=10FFEFh=1M+64K-16Bytes（1M多余出來的部分被稱做高端內(nèi)存區(qū)HMA）。但8086/8088只有20位地址線，如果訪問100000h~10FFEFh之間的內(nèi)存，則必須有第21根地址線。所以當(dāng)程序員給出超過1M（100000H-10FFEFH）的地址時(shí)，系統(tǒng)并不認(rèn)為其訪問越界而產(chǎn)生異常，而是自動(dòng)從重新0開始計(jì)算，也就是說系統(tǒng)計(jì)算實(shí)際地址的時(shí)候是按照對1M求模的方式進(jìn)行的，這種技術(shù)被稱為wrap-around。
【2】80286的尋址和問題
2.0）尋址： 到了80286，系統(tǒng)的地址總線發(fā)展為24根，這樣能夠訪問的內(nèi)存可以達(dá)到2^24=16M。Intel在設(shè)計(jì)80286時(shí)提出的目標(biāo)是，在實(shí)模式下，系統(tǒng)所表現(xiàn)的行為應(yīng)該和8086/8088所表現(xiàn)的完全一樣，也就是說，在實(shí)模式下，80286以及后續(xù)系列，應(yīng)該和8086/8088完全兼容；
2.1）問題：如果程序員訪問100000H-10FFEFH之間的內(nèi)存，80286將實(shí)際訪問這塊內(nèi)存，而不是像過去一樣重新從0開始，因?yàn)?0286有這個(gè)尋址能力，但是這就不能滿足和8086/8088的系統(tǒng)兼容性，因?yàn)?086/8088不能訪問到100000H-10FFEFH之間的內(nèi)存的真實(shí)地址而是按照對1M求模的內(nèi)存尋址方式；
【3】再淺談80286 和 8086/8088 間的兼容性問題：（實(shí)模式下，80286的系統(tǒng)表現(xiàn)要同8086/8088的一致）
3.1）當(dāng)A20被禁止時(shí)：程序員給出100000H~10FFEFH間的地址，80286和8086/8088 的系統(tǒng)表現(xiàn)是一致的，即按照對1M求模的方式進(jìn)行尋址，滿足系統(tǒng)升級的兼容性問題；
3.2）當(dāng)A20被開啟時(shí)：程序員給出的100000H~10FFEFH間的地址，80286是訪問的真實(shí)地址，而8086/8088是始終是按照對1M求模的方式進(jìn)行的（這里注意，是始終）；
【4】解決方法：
為了解決上述問題，IBM使用鍵盤控制器上剩余的一些輸出線來管理第21根地址線（從0開始數(shù)是第20根），被稱為A20Gate：如果A20 Gate被打開，則當(dāng)程序員給出100000H-10FFEFH之間的地址的時(shí)候，系統(tǒng)將真正訪問這塊內(nèi)存區(qū)域；如果A20Gate被禁止，則當(dāng)程序員給出100000H-10FFEFH之間的地址的時(shí)候，系統(tǒng)仍然使用8086/8088的方式。
【5】有請實(shí)模式+保護(hù)模式閃亮登場（干貨）
5.1）實(shí)模式：實(shí)模式就是， 為了實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)升級的兼容性，如80286的系統(tǒng)表現(xiàn)（包括80286以后的CPU）要與8086/8088 的系統(tǒng)表現(xiàn)一致，就需要80286 CPU訪問100000H-10FFEFH之間的地址的時(shí)候， 按照對1M求模的方式進(jìn)行， 無論A20地址線開啟關(guān)閉與否， 這種內(nèi)存訪問情況 稱為實(shí)模式；
5.2）保護(hù)模式：保護(hù)模式就是， 以A20地址線開啟為前提，80286 CPU訪問100000H-10FFEFH之間的地址的時(shí)候， 是訪問真實(shí)的內(nèi)存地址，不是求模訪問，如訪問100001H，就是真真切切地 訪問 0x 100001H，而不是求模的 0x000001H 地址， 這種內(nèi)存訪問情況稱為保護(hù)模式；
5.3）誕生日： 實(shí)模式是從8088/8086 就開始存在了， 而保護(hù)模式從 80286 才開始存在；
【6】為什么需要保護(hù)模式？（因?yàn)閷?shí)模式與生俱來，是伴隨著8088/8086 從天而降的，它僅僅是訪問內(nèi)存的一種方式而已； 還有對于8086/8088而言，它只有實(shí)模式這一種內(nèi)存尋址方式，而對于80286包括其以后的CPU，有實(shí)模式和保護(hù)模式兩種尋址方式，因?yàn)橐骖櫹到y(tǒng)兼容性）
顯然隨著CPU的升級，8088/8086的內(nèi)存尋址方式已經(jīng)無法滿足需要，也可以說，為了能夠訪問10FFEFH以上的內(nèi)存，則必須進(jìn)入保護(hù)模式；
【7】A20被禁止+被開啟的不同結(jié)果
7.1）如果A20Gate被禁止：對于80286來說，其地址為24bit，其地址表示為EFFFFF；對于80386極其隨后的32-bit芯片來說，其地址表示為FFEFFFFF。這種表示的意思是如果A20Gate被禁止，則其第20-bit在CPU做地址訪問的時(shí)候是無效的，永遠(yuǎn)只能被作為0；
7.2）如果A20 Gate被打開：則其第20-bit是有效的，其值既可以是0，又可以是1；
7.3）所以：在保護(hù)模式下，如果A20 Gate被打開，則可以訪問的內(nèi)存則是連續(xù)的；如果A20Gate被禁止，則可以訪問的內(nèi)存只能是偶數(shù)段，
因?yàn)槭?0位（從0始）總為零，所23~20位只能是0000、0010、0100、0110、1000、1010、1100、1110對應(yīng)十六進(jìn)制為0、2、4、6、8、A、C、E。對應(yīng)的十六進(jìn)制地址段是000000-0FFFFF,200000-2FFFFF,400000-4FFFFF…
總結(jié)
以上是生活随笔為你收集整理的实模式切换到保护模式，为什么要开启A20地址线（系统升级产生的兼容性问题）的全部內(nèi)容，希望文章能夠幫你解決所遇到的問題。
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