处理器发展的两种处理模式：实模式和保护模式

Intel从80286开始引入保护模式，并与之前已存在的实模式并存。作为CPU运行的两种工作方式，具体有何区别，本文对其做简要说明。

实模式

80286之前，处理器的内部数据总线、外部数据总线及位宽都是16位，但地址总线（物理引脚）为20位。因此它的可访问物理地址空间为 1MB（2^20字节）。

但是，由于其数据总线及位宽都是16位，最大只能代表有64KB的空间，小于地址总线能代表的1MB空间。为了解决这个问题，设计人员通过用16位的段寄存器内容左移4位，并和16位的段内偏移相加组成的20位代表1MB空间：物理地址 = (段寄存器内容 << 4) + 段内偏移。

通过这种方式能表示的内存地址最大范围即为：0xfff << 4 + 0xffff = 0x10 ffef。已大于1MB，为使地址正常访问，对已得地址对1MB取模，此方法称为 wrap-around。

现代处理器地址总线数已远超20，但是为了向下兼容，系统刚加电时依旧使用实模式。

保护模式

实模式带来了一些问题，主要是物理地址可见带来的无法保证地址空间的安全性问题：不区分系统程序及用户程序，用户可随意更改处于物理内存的敏感数据，极易导致系统崩溃。因此引入保护模式。

以现在32位处理器为例：内部数据总线、外部数据总线、位宽及地址总线都为32位。

处于保护模式时，寻址方式发生些许改变：由逻辑地址转换为物理地址（开启分页时，中间需通过线性地址进行转换，本文不开启分页）。

逻辑地址由 16位段选择符和32位偏移量组成。段选择符格式如下图：

 

字段名	描述
索引	指定了放在GDT或LDT中的相应段描述符的入口
TI	TI（Table Indicator）标志，指明段描述符是在GDT中（TI=0）或在LDT中（TI=1）
RPL	请求者特权级，当相应的段选择符装入到cs寄存器中时指示出CPU当前的特权级，它还可以用于在访问数据段时有选择地削弱处理器的特权级

索引指向存放在GDT（Global Descriptor Table，全局描述符表）或LDT（Local Descriptor Table，局部描述符表）中的段描述符，而段描述符中会存放段基地址，将得到的段基地址与逻辑地址中的段偏移量相加即得物理内存地址。

总结

实模式中内存被划分成段，每个段的大小为64KB，而这样的段地址可以用16位来表示。内存段的处理是通过和段寄存器相关联的内部机制来处理的，这些段寄存器（CS、DS、 SS和ES）的内容形成了物理地址的一部分。具体来说，最终的物理地址是由16位的段寄存器和16位的段内偏移地址组成的。

在保护模式下，段是通过一系列被称之为“描述符表”的表所定义的。段寄存器存储的段选择符，指向GDT或LDT中的位置。