80286及以上处理器的A20地址线：历史、作用与保护模式影响

A20地址线是早期IBM PC架构中一个重要的技术细节，主要用于解决8086/8088等16位微处理器在处理超过64KB内存限制的问题。在这些早期的CPU中，由于地址线数量不足，导致无法直接访问整个1MB内存。为了扩展内存访问范围，Intel设计了一种称为分段的模式，通过16位段基地址与16位偏移量组合，理论上可以达到1MB的内存访问。 然而，80286及后续处理器在实模式下存在一个设计缺陷，即当试图访问100000H到10FFEFH这一区域（超过1MB但未满16MB）时，如果没有正确管理A20地址线，系统会错误地将地址重新从0开始计算。为了解决这个问题，IBM引入了A20 Gate，一个通过键盘控制器控制的开关，用来控制第21根地址线的激活。当A20 Gate打开时，这段地址可以被正确访问；关闭时，系统会采用8086/8088的处理方式，限制内存访问至64KB。 进入保护模式后，A20 Gate的作用变得更加关键。在保护模式下，CPU地址线的使用方式发生了变化。如果A20 Gate被禁用，24位地址中第20位被视为无效，导致地址只能表示奇数段（2N+1）MB的内存。相反，当A20 Gate打开时，第20位变为有效，允许连续的内存访问，这对于支持更大内存容量和更复杂的内存管理至关重要。 A20地址线的存在解决了早期计算机内存扩展的局限性，并在不同的工作模式下影响着CPU的地址解析和内存访问能力。理解和管理好A20 Gate对于确保系统的稳定性和性能优化具有重要意义。