Режими на работа.

1. Реален режим

Real mode (на английски, буквално реален режим) е режим на работа на компютърните процесори в архитектурата x86. Всеки x86 процесор влиза в реален режим веднага след включване на захранването му. При реалния режим, максималната адресирана памет е 1 MB (220 байта) и няма апаратна защита на достъпа до паметта.

Програмният модел се “свива ” до този на I8086. Ограничават се и апаратните възможности. Може да се използва 32 разрядния размер на РОП(регистри с общо предназначение), но подразбиращия се размер е 16 бита.

В реален режим x86 процесорът може да обработва следните типове данни:

·  Цели числа без знак. Могат да бъдат 8-битови (байт) или 16-битови (дума). Байтът има диапазон на възможните стойности от 0 до 255 (28 - 1), а думата - от 0 до 65536 (216 - 1).

·  Цели числа със знак. Могат да бъдат 8-битови или 16-битови, в допълнително кодиране (най-старшият бит е знаков). 8-битовите имат диапазон на възможните стойности от -128 до 127, а 16-битовите - от -32768 до 32767.

·  Двоично-десетични (BCD) числа. Имат две разновидности - пакетирани и непакетирани. При непакетираните BCD числа във всеки байт от числото се съдържа една десетична цифра. При пакетираните BCD числа във всеки байт са пакетирани 2 десетични цифри (едната в младшите 4 бита, а другата - в старшите 4 бита).

·  Стринг от байтове. Последователност от байтове с максимален размер до 65535 (216 - 1) байта.

- Проблеми

В момента на създаването си, x86 архитектурата (която тогава е еквивалентна на сегашния (real mode) е много авангардна. За пръв път се използва сегментна организация на паметта (макар и доста ограничена) в микропроцесор. Регистрите са много повече от тези на тогавашните микропроцесори, методите за адресиране и инструкциите са гъвкави и разнообразни.

С течение на времето обаче, 16-битовият real mode става все "по-тесен" на съществуващите операционни системи и приложни програми по следните причини:

·  Ограничението от 1 MB адресно пространство е твърде малко в сравнение с нарастващите нужди на приложните програми.

·  Липсата на апаратна защита на паметта води до ниска стабилност и сигурност на операционните системи, които изключително лесно могат да бъдат блокирани и повредени от зле работещи или злонамерени програми (компютърни вируси).

·   16-битовият размер на машинната дума е твърде малък и често се налага обработката на големите числа с няколко инструкции, което значително забавя изпълнението на програмния код.

Всички тези проблеми бяха решени с разширяването на машинната дума до 32 бита и въвеждането на т.нар. защитен режим (protected mode).

2. Режим със защита

 Protected mode (на английски, буквално защитен режим) е режим на работа на компютърните процесори в архитектурата x86. При защитения режим, максималната адресирана памет е 4 GB (232 байта), има странициране и сегментиране на паметта, както и апаратна защита на достъпа до паметта и входно-изходното пространство. Почти всички съвременни операционни системи за x86 процесори работят изключително в защитен режим (и неговия наследник – long mode, въведен с разширенията x86-64(x86-64 е наименованието на 64-битовата x86 процесорна архитектура. Като синоним на това наименование, се използват и съкращенията AMD64 (използвано от AMD), EM64T и IA-32e (използвани от Intel) и x64 (използвано от Microsoft).)).

В наши дни (2006) все още над 95% от софтуера за x86 процесори работи в 32-битовия защитен режим, но вече започнаха да се появяват операционни системи и приложни програми, които работят в новия 64-битов защитен режим, въведен от AMD под името long mode.

Защитеният режим е базиран на реалния режим и наследява повечето му архитектурни особености. Разликите с реалния режим са:

·     Разширяване на всички регистри от 16 на 32 бита.

·    4 GB (232 байта) адресно пространство;

·    64 KB (216 байта) входно-изходно адресно пространство;

·    Сегментиране на паметта с гъвкав размер на сегмента;

·    Странициране на паметта.

·    Работа с виртуална памет;

·   Многопотребителска работа;

·   Четири нива на превилегированост;

·   Защита на данни и програми;

·   2 нови типа данни;

·   5 нови метода за адресиране;

·  Множество нови инструкции.

3. Режим V86

В режим V86 процесорът може да премине ако в регистъра на  флаговете EFLAGS се установи бит (VM-бит). Номерът на  бита VM в регистъра EFLAGS е 17.

Когато процесорът i80386 се намира във виртуален режим, неговото поведение наподобява  i8086. В частност за адресиране на паметта се използва схемата “сегмент - отместване”, размерът на сегмента е 64 кило байта, а размера на  адресуемата в този режим памет - 1 мегабайт.

Виртуалния режим е  предназначен за работа на програми, ориентирани за процесор i8086 (или i8088) в режим със защита.

4. Защита

Състои се в 4 нива на превилегированост от 0  3 със строго регламентирани правила за преминаване от едно към друго ниво и в разделяне на отделните потребителски задачи

Използва се гъвкава и надеждна схема на защита на операционната система и на програмите една от друга Най-високата привилегия съответства на ниво 0.Такава привилегия притежава ядрото на операционната система. Най-ниска привилегия имат потребителските програми – ниво 3.

   ниво 0 - ядро на операционната система, системните драйвъри;

·    ниво 1 – обслужващи програми;

·    ниво 2 – системи за управление на бази от данни, разширения на операционната система ;

·   ниво 3 – потребителски програми.

Рис. Нива на защита.

Правила за достъп до данни: - От текущото ниво може да има достъп до данни:  в сегмент със същото ниво на привилегия или по-ниско ниво на привилегированост.

Правила за  достъп до програми: - програмата може да извика друга програма само ако втората има същото или е с по-високо ниво на привилегированост.

5.  Прекъсвания

Прекъсванията и изключителните събития се обработват в I80386 по един и същи начин. Прекъсванията могат да бъдат маскируеми и немаскируеми. Поддържат се до 256  четири(4) байтови вектори за обслужване на прекъсвания и изключителни събития .