80x86保护模式编程深度教程与实践

资源摘要信息:"80x86保护模式编程教程" 知识点一：80x86架构概述 80x86架构是指由Intel公司开发的一系列16位、32位以及64位微处理器的集合。其中，8086是这个系列的开山之作，而80386则标志着x86架构进入32位时代。保护模式（Protected Mode）是x86处理器中用于提高内存保护能力、支持虚拟内存和多任务处理的一种工作模式，它在80286中首次引入，并在80386及后续处理器中得到发展和完善。 知识点二：保护模式与实模式的区别 实模式是8086处理器的默认工作模式，提供了一个简单的内存寻址机制，但缺乏内存保护和虚拟内存管理功能。在实模式下，任何程序都可以读写任何内存地址，这可能导致系统不稳定。与实模式不同，保护模式通过引入分段和分页机制，提供内存保护、多任务和硬件级的安全特性，这允许操作系统运行多个程序并防止相互干扰。 知识点三：段和页的管理 在保护模式中，内存管理使用分段和分页两种机制。分段允许将内存划分为逻辑上的段，每个段具有不同的属性和权限。分页则是将内存划分为固定大小的页，并可以实现虚拟内存，允许物理内存和硬盘空间的交换。保护模式下的段寄存器保存段选择子，指向全局描述符表（GDT）或局部描述符表（LDT），而页表则负责将线性地址映射到物理地址。 知识点四：全局描述符表（GDT） GDT是保护模式中用于段管理的关键数据结构。它存储了段的基地址、段的界限以及段的访问权限等信息。GDT中的每一个条目称为描述符，描述符包括段的起始地址、段的大小、访问权限和类型信息等。当切换到保护模式时，处理器会加载并使用GDT中定义的段信息来访问内存。 知识点五：特权级和任务状态段（TSS） 保护模式下支持四级特权级（Ring 0至Ring 3），其中Ring 0具有最高权限，Ring 3最低。系统软件和内核代码通常运行在Ring 0，而应用程序则运行在Ring 3。任务状态段（TSS）是保护模式下的另一个重要结构，它用于保存任务的上下文信息，包括通用寄存器、段寄存器和处理器状态字等。TSS用于实现任务切换，允许处理器管理多个并发执行的任务。 知识点六：中断和异常处理 在保护模式中，中断和异常处理机制与实模式大不相同。每个中断或异常向量都有一个唯一的中断描述符表（IDT），用于存储中断处理程序的地址和相关信息。当中断或异常发生时，处理器根据IDT中的信息，切换到适当的中断服务例程。保护模式下的中断处理程序能够保护操作系统不受用户程序的干扰。 知识点七：汇编语言与保护模式编程 保护模式编程常常需要使用汇编语言，因为汇编语言能够提供对硬件操作的底层控制。在保护模式下，汇编语言程序员必须正确地设置段寄存器、使用GDT和LDT以及管理权限级别。编写保护模式下的汇编程序需要对CPU的保护模式机制有深入理解，包括内存管理、中断处理、系统调用和其他低级操作。 知识点八：虚拟8086模式 虚拟8086模式（Virtual 8086 Mode）是保护模式下的一个子模式，允许在32位保护模式下模拟一个实模式环境。这个模式使得运行实模式下的DOS程序和16位应用程序成为可能，同时仍然受到保护模式的保护和管理。虚拟8086模式是多任务操作系统与旧应用程序兼容性的重要组成部分。 知识点九：80386保护模式下的内存管理 80386处理器引入了分页机制，这在保护模式下提供了更高级的内存管理能力。分页允许操作系统创建一个虚拟内存空间，将不活跃的内存页交换到磁盘上，从而实现高效的内存资源管理。32位地址空间和页面大小可设置为4KB或更大的值，提供了灵活的内存管理选项。 知识点十：保护模式编程资源 《80x86保护模式编程教程》可能提供了丰富的编程示例和详细的说明，帮助开发者了解并掌握如何在80x86架构下编程。教程可能包括如何配置和使用GDT、LDT、IDT，如何管理特权级别，以及如何处理中断和异常。对于希望深入理解x86架构的程序员来说，这样的教程是宝贵的资源，因为它提供了一手的操作经验。 通过对上述知识点的了解，学习者可以对80x86保护模式编程有一个全面的认识，为编写能在现代操作系统中运行的高效、安全的应用程序打下坚实的基础。