计算机的保护模式PPT文件格式下载.ppt
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式下。
保护模式保护模式CPUCPU提供了段式和页式内存管理功能,支提供了段式和页式内存管理功能,支持多任务和特权级。
持多任务和特权级。
物理寻址空间高达物理寻址空间高达4GB4GB(80386/8048680386/80486)或或64GB64GB(PentiumPentium及以上及以上CPUCPU)。
)。
虚拟虚拟80868086模式模式虚拟虚拟80868086模式又称模式又称“V86V86模式模式”。
3232位位80X8680X86处理器给每个以处理器给每个以“虚拟虚拟80868086模式模式”运行的任务运行的任务“创造创造”了一个与了一个与真实的真实的80868086处理器十分相似的运行环处理器十分相似的运行环境,以便运行境,以便运行DOSDOS程序。
程序。
既有保护功能又能执行既有保护功能又能执行80868086代码的工代码的工作模式。
作模式。
2.1.1CPU2.1.1CPU的的33种运行模式种运行模式实模式实模式保护模式保护模式V86V86模式模式ResetReset复位复位ResetReset复位、复位、修改修改CR0CR0LMSWLMSW指令、指令、修改修改CR0CR0中断或异常中断或异常IRETDIRETD指令、指令、任务转换任务转换ResetReset复位复位CPUCPU的的33种运行模式及其切换种运行模式及其切换特权级特权级在保护模式下,在保护模式下,CPUCPU有有44个特权级,分个特权级,分别为特权级别为特权级00、11、22、33。
Ring2Ring0Ring1应用程序应用程序操作系统操作系统Ring3操作系统运行在高的特权级(Ring0)上,而应用程序运行在低的特权级(Ring3)上,应用程序不能直接修改(破坏)操作系统的程序和数据.2.1.22.1.2保护模式下的特殊寄存器保护模式下的特殊寄存器通用通用3232位寄存器位寄存器EAXEBXECXEDXESIEDIEBPESP3116150GDTR:
globaldescriptortableLDTR:
localdescriptortableIDTR:
interruptdescriptortableTR:
taskregisterEIP:
32bitsinlengthEFLAGSCR0,CR1,CR2,CR3DR0-DR7(Debugregisters)TR6-TR7(Testregisters)EIPCSDSSSESFSGSAXBXCXDXSPBPSIDIEFLAGSGDTRIDTRLDTRCR0CR1CR2CR3DR0DR1DR2DR3DR4DR5DR6DR7TR6TR7LimitLimitBaseBase0151647MSW2.1.22.1.2保护模式下的特殊寄存器保护模式下的特殊寄存器标志寄存器标志寄存器标志寄存器标志寄存器EFLAGSEFLAGS也扩展为也扩展为3232位位2.1.22.1.2保护模式下的特殊寄存器保护模式下的特殊寄存器EFLAGSEFLAGS中的位中的位1111到位到位00和和80868086完全相同。
完全相同。
这里主要扩展了这里主要扩展了44个标志位:
个标志位:
uVM:
VM:
v86v86模式位模式位,=1,=1工作在工作在v86v86模式,模式,=0=0工作在实模式或保护模式工作在实模式或保护模式uRFRF:
恢复位,与程序调试有关的一个控制位。
:
uNT:
NT:
嵌套任务位,嵌套任务位,=1=1当前任务嵌套在其他任务中当前任务嵌套在其他任务中uIOPLIOPL:
占占22位,规定了哪些特权级的程序可以执行位,规定了哪些特权级的程序可以执行I/OI/O指令指令2.1.22.1.2保护模式下的特殊寄存器保护模式下的特殊寄存器指令指针寄存器指令指针寄存器EIPEIP和堆栈指针寄存器和堆栈指针寄存器ESPESPEIPEIP和和ESPESP都是都是3232位寄存器,它们的位寄存器,它们的低低1616位分别是位分别是IPIP和和SPSP。
IPIPSPSP3116150EIPESP2.1.22.1.2保护模式下的特殊寄存器保护模式下的特殊寄存器保护模式增加了四个寄存器:
保护模式增加了四个寄存器:
全局描述符表寄存器全局描述符表寄存器中断描述符表寄存器中断描述符表寄存器局部描述符表寄存器局部描述符表寄存器任务寄存器任务寄存器2.1.22.1.2保护模式下的特殊寄存器保护模式下的特殊寄存器保护模式下存贮器的虚拟地址须先由保护模式下存贮器的虚拟地址须先由分段部件转换为线性地址,再由分页分段部件转换为线性地址,再由分页部件转换为物理地址。
部件转换为物理地址。
线性地址由段基址和段内偏移量相加线性地址由段基址和段内偏移量相加得到得到。
段内偏移量位(段最大。
段内偏移量位(段最大4GB4GB),段基地址仍然由位的段寄),段基地址仍然由位的段寄存器选择。
存器选择。
2.1.22.1.2保护模式下的特殊寄存器保护模式下的特殊寄存器段寄存器的内容,是个被称为段寄存器的内容,是个被称为段段描述符描述符的索引值,所检索到的表项叫的索引值,所检索到的表项叫做段描述符,每个段描述符含做段描述符,每个段描述符含个字个字节节,其中包括了位的段基址。
,其中包括了位的段基址。
2.1.22.1.2保护模式下的特殊寄存器保护模式下的特殊寄存器全局描述符表寄存器全局描述符表寄存器GDTRGDTRGDTRGDTR是是4848位的寄存器。
位的寄存器。
其最低其最低1616位是限长,给出全局描述符位是限长,给出全局描述符表(表(GDTGDT)的字节大小(其值比)的字节大小(其值比GDTGDT的长度少的长度少11);
);
其高其高3232位是基址,指出位是基址,指出GDTGDT在物理存在物理存储器中存放的基地址。
储器中存放的基地址。
GDTGDT全局存储器是一种共享系统资源,全局存储器是一种共享系统资源,该存储器可以被所有任务访问。
全局描该存储器可以被所有任务访问。
全局描述符表述符表GDTGDT是用来定义全局存储器空间是用来定义全局存储器空间的一种机制,它用段描述符说明一个全的一种机制,它用段描述符说明一个全局存储器中的段,每个局存储器中的段,每个GDTGDT最多含有最多含有81928192个描述符(个描述符(819281928864KB64KB)。
全局描述符表只能有一个。
GDTGDTGDTGDT是位于存贮器中,用全局描述符表是位于存贮器中,用全局描述符表寄存器寄存器GDTRGDTR指出它的位置和大小,可指出它的位置和大小,可软件编程改变。
软件编程改变。
2.1.22.1.2保护模式下的特殊寄存器保护模式下的特殊寄存器BASELIMIT0471615819108190全局描述符表GDT全局描述符表寄存器(GDTR)MAX:
64kbytes8Kentries12.1.22.1.2保护模式下的特殊寄存器保护模式下的特殊寄存器中断描述符表寄存器中断描述符表寄存器IDTRIDTRIDTRIDTR是是4848位的寄存器。
其最低位的寄存器。
其最低1616位是位是限长,给出限长,给出中断描述符表中断描述符表IDTIDT的字节大小的字节大小(其值比(其值比IDTIDT的长度少的长度少11);
其高);
其高3232位是基位是基址,指出址,指出IDTIDT在物理存储器中存放的基地址。
在物理存储器中存放的基地址。
基址基址限限长4716150IDTRIDTIDT中断描述符表中断描述符表。
IDTIDT中保存的是中保存的是中断门描述符中断门描述符。
每个门。
每个门描述符包含描述符包含88字节,字节,IDTIDT最多包含最多包含256256个个门描述符,因为门描述符,因为CPUCPU最多支持最多支持256256个中个中断。
中断门指出的是中断服务程序的断。
中断门指出的是中断服务程序的入口。
入口。
2.1.22.1.2保护模式下的特殊寄存器保护模式下的特殊寄存器保护模式下的中断描述符表的功能,类保护模式下的中断描述符表的功能,类似于实模式下的中断向量表,区别为似于实模式下的中断向量表,区别为IDTIDT的的位置可变,由相应的描述符说明,而实模式位置可变,由相应的描述符说明,而实模式下的中断向量表的地址是固定的,必须在物下的中断向量表的地址是固定的,必须在物理地址理地址00000H00000H处。
处。
GDTRGDTR和和IDTRIDTR的值必须在进入保护模式之的值必须在进入保护模式之前装入。
前装入。
2.1.22.1.2保护模式下的特殊寄存器保护模式下的特殊寄存器局部描述符表寄存器局部描述符表寄存器LDTRLDTR保护模式下多任务的环境中每个任务都有一保护模式下多任务的环境中每个任务都有一个局部描述符表个局部描述符表LDTLDT。
LDTLDT只含有与系统中只含有与系统中某一个任务相关的各个段的描述符某一个任务相关的各个段的描述符。
和所。
和所有任务有关的有任务有关的公用段的描述符放在全局描公用段的描述符放在全局描述符表中。
述符表中。
这样,就可以使每一任这样,就可以使每一任务的代码段、数据段、堆栈段与系统其他务的代码段、数据段、堆栈段与系统其他部分隔离开,达到保护的目的。
部分隔离开,达到保护的目的。
LDTLDT由于每项任务都有自己的(且由于每项任务都有自己的(且每项任务每项任务只能有一个只能有一个),因此),因此保护模式的软件系统保护模式的软件系统可能有多个可能有多个。
但。
但GDTGDT只有一个。
只有一个。
多多LDTLDT的示例的示例LDTRLDTRLDTRLDTR是一个是一个1616位位的选择符,包含的选择符,包含LDTLDT描描述符在述符在GDTGDT中的中的索引,索引,不直接指出不直接指出LDTLDT的位置和大小。
的位置和大小。
LDTRLDTR寄存器确定寄存器确定LDTLDT的位置和限长的过程的位置和限长的过程GDTLDTRGDTRLDT和和步由步由GDTRGDTR确定了确定了GDTGDT表在存储器中的位置和限表在存储器中的位置和限长。
长。
LDTRLDTR中是一个选择符,它包含了中是一个选择符,它包含了LDTLDT描述符在描述符在GDTGDT中的中的索引。
索引。
步是依据步是依据LDTRLDTR在在GDTGDT中取出中取出LDTLDT描述符的过程。
在描述符的过程。
在LDTLDT描述符中,包含由描述符中,包含由LDTLDT的位置和限长,即的位置和限长,即
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