31Робота мiкропроцесора pentium у захищеному режимi

Основным режимом работы процессора Pentium является защищенный режим (protected mode). Для совместимости с программным обеспечением, разработанным для предшествующих моделей процессоров Intel (главным образом, модели 8086), в процессорах Pentium предусмотрен так называемый реальный режим (real mode). В реальном режиме процессор Pentium выполняет 16-разрядные инструкции и адресует 1 Мбайт памяти.

В отличие от реального режима, сегментные регистры содержат в защищенном режиме не адреса, а селекторы. Рассмотрим структуру селектора:

• 0-1-й биты, запрошенный программой уровень привилегий;

• 2-й бит, определяет, использовать глобальную таблицу дескрипторов GDT (0) или локальную таблицу дескрипторов LDT (1);

• 3-16-й биты, индекс дескриптора в таблице.

Дескриптор для защищенного режима - это 64-битная структура, которая может описывать сегмент кода, сегмент данных, сегмент состояния задачи, шлюз вызова, ловушки, прерывания или задачи. Дескриптор в глобальной дескрипторной таблице может описывать локальную дескрипторную таблицу.

Переключение задач

Состояние каждой задачи (значение всех регистров, связанных с данной задачей) хранится в сегменте состояния задачи (TSS), на который указывает адрес в регистре задачи. При переключении задач достаточно загрузить новый селектор в регистр задачи, и состояние старой задачи автоматически сохранится в TSS, в процессор же загрузится состояние новой задачи.

Четырехуровневая система привилегий

Уровни привилегий нумеруются от 0 до 3. Номер 3 является самым низким уровнем привилегий. Нулевой привилегией обладает ядро операционной системы. Уровни привилегий относятся к дескрипторам, селекторам и задачам. В регистре флагов имеется поле привилегий ввода-вывода, которое регулирует управление доступом к инструкциям ввода-вывода. Уровень привилегий задачи определяется двумя младшими битами сегмента CS. При страничной адресации имеется всего два уровня доступа - 3 и 0.

Страничное управление памятью

Механизм со страничным управлением памятью включается установкой бита PG в регистре CR0. Регистр CR2 хранит линейный адрес отказа и адрес памяти, по которому был обнаружен последний отказ страницы. Регистр CR3 хранит физический адрес каталога страниц. Младшие 12 бит этого регистра всегда равны нулю (выравнивание по границе страниц). Каталог страниц состоит из 32-битных элементов и имеет длину 4 Кб.

20 старших бит адреса таблицы следующего уровня

Резерв 3 бита

G

P S

D

A

P C D

P W T

U / S

R / W

P

Каждая таблица страниц также имеет размер 4 Кб и элементы аналогичного формата. Но эти элементы содержат базовый адрес самих страниц и атрибуты страниц. Физический адрес собирается из базового адреса и младших 12 бит линейного адреса. Значение атрибутов страниц:

• G - глобальная страница, страница не удаляется из буфера.

• PS - размер страницы. Если 1, то размер страницы 4 Mb

• D - грязная страница. Устанавливается в 1 при записи на страницу.

• А - бит доступа. Устанавливается в 1 при любом обращении к странице.

• PCD - бит запрещения кэширования.

• PWT - бит разрешения сквозной записи.

• U/S - страница или таблица доступна для программ с уровнем доступа 3.

• R/W - страница/таблица доступна для записи.

• P - страница/таблица присутствуют.