【-1】寫在前面：

以下部分內容總結于 http://blog.csdn.net/ruyanhai/article/details/7181842

complementary: 兼容性是指運行在前期CPU，如8086/8088上的的程序，也可以運行在其以后的處理器，如80286上；

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【0】看看intel處理器的發展歷程

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【1】8086/8088的尋址和問題

1.1）尋址：在8086/8088中，只有20根地址總線，所以可以訪問的地址是2^20=1M，但由于8086/8088是16位地址模式，能夠表示的地址范圍是0-64K，所以為了在8086/8088下能夠訪問1M內存，Intel采取了分段的模式：16位段基地址:16位偏移。其絕對地址計算方法為：16位基地址左移4位+16位偏移=20位地址；（這個比較簡單）

1.2）問題： 但這種方式引起了新的問題，通過上述分段模式，能夠表示的最大內存為：FFFFh:FFFFh=FFFF0h+FFFFh=10FFEFh=1M+64K-16Bytes（1M多余出來的部分被稱做高端內存區HMA）。但8086/8088只有20位地址線，如果訪問100000h~10FFEFh之間的內存，則必須有第21根地址線。所以當程序員給出超過1M（100000H-10FFEFH）的地址時，系統并不認為其訪問越界而產生異常，而是自動從重新0開始計算，也就是說系統計算實際地址的時候是按照對1M求模的方式進行的，這種技術被稱為wrap-around。

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【2】80286的尋址和問題

2.0）尋址： 到了80286，系統的地址總線發展為24根，這樣能夠訪問的內存可以達到2^24=16M。Intel在設計80286時提出的目標是，在實模式下，系統所表現的行為應該和8086/8088所表現的完全一樣，也就是說，在實模式下，80286以及后續系列，應該和8086/8088完全兼容；

2.1）問題：如果程序員訪問100000H-10FFEFH之間的內存，80286將實際訪問這塊內存，而不是像過去一樣重新從0開始，因為80286有這個尋址能力，但是這就不能滿足和8086/8088的系統兼容性，因為8086/8088不能訪問到100000H-10FFEFH之間的內存的真實地址而是按照對1M求模的內存尋址方式；

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【3】再淺談80286 和 8086/8088 間的兼容性問題：（實模式下，80286的系統表現要同8086/8088的一致）

3.1）當A20被禁止時：程序員給出100000H~10FFEFH間的地址，80286和8086/8088 的系統表現是一致的，即按照對1M求模的方式進行尋址，滿足系統升級的兼容性問題；

3.2）當A20被開啟時：程序員給出的100000H~10FFEFH間的地址，80286是訪問的真實地址，而8086/8088是始終是按照對1M求模的方式進行的（這里注意，是始終）；

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【4】解決方法：

為了解決上述問題，IBM使用鍵盤控制器上剩余的一些輸出線來管理第21根地址線（從0開始數是第20根），被稱為A20Gate：如果A20 Gate被打開，則當程序員給出100000H-10FFEFH之間的地址的時候，系統將真正訪問這塊內存區域；如果A20Gate被禁止，則當程序員給出100000H-10FFEFH之間的地址的時候，系統仍然使用8086/8088的方式。

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【5】有請實模式+保護模式閃亮登場（干貨）

5.1）實模式：實模式就是， 為了實現系統升級的兼容性，如80286的系統表現（包括80286以后的CPU）要與8086/8088 的系統表現一致，就需要80286 CPU訪問100000H-10FFEFH之間的地址的時候， 按照對1M求模的方式進行， 無論A20地址線開啟關閉與否， 這種內存訪問情況 稱為實模式；

5.2）保護模式：保護模式就是， 以A20地址線開啟為前提，80286 CPU訪問100000H-10FFEFH之間的地址的時候， 是訪問真實的內存地址，不是求模訪問，如訪問100001H，就是真真切切地 訪問 0x 100001H，而不是求模的 0x000001H 地址， 這種內存訪問情況稱為保護模式；

5.3）誕生日： 實模式是從8088/8086 就開始存在了， 而保護模式從 80286 才開始存在；

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【6】為什么需要保護模式？（因為實模式與生俱來，是伴隨著8088/8086 從天而降的，它僅僅是訪問內存的一種方式而已； 還有對于8086/8088而言，它只有實模式這一種內存尋址方式，而對于80286包括其以后的CPU，有實模式和保護模式兩種尋址方式，因為要兼顧系統兼容性）

顯然隨著CPU的升級，8088/8086的內存尋址方式已經無法滿足需要，也可以說，為了能夠訪問10FFEFH以上的內存，則必須進入保護模式；

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【7】A20被禁止+被開啟的不同結果

7.1）如果A20Gate被禁止：對于80286來說，其地址為24bit，其地址表示為EFFFFF；對于80386極其隨后的32-bit芯片來說，其地址表示為FFEFFFFF。這種表示的意思是如果A20Gate被禁止，則其第20-bit在CPU做地址訪問的時候是無效的，永遠只能被作為0；

7.2）如果A20 Gate被打開：則其第20-bit是有效的，其值既可以是0，又可以是1；

7.3）所以：在保護模式下，如果A20 Gate被打開，則可以訪問的內存則是連續的；如果A20Gate被禁止，則可以訪問的內存只能是偶數段，

因為是20位（從0始）總為零，所23~20位只能是0000、0010、0100、0110、1000、1010、1100、1110對應十六進制為0、2、4、6、8、A、C、E。對應的十六進制地址段是000000-0FFFFF,200000-2FFFFF,400000-4FFFFF…

總結

以上是生活随笔為你收集整理的实模式切换到保护模式，为什么要开启A20地址线（系统升级产生的兼容性问题）的全部內容，希望文章能夠幫你解決所遇到的問題。

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