Κατασκευή: Βουρόπουλος Ηλίας, Γιολδάσης Νεκτάριος, Σαράφης Ιωάννης

 

Εισαγωγή Προστατευμένη κατάσταση λειτουργίας
Πραγματική κατάσταση λειτουργίας Εικονική πραγματική κατάσταση λειτουργίας

Εισαγωγή

Η καταστάση λειτουργίας αναφέρεται στους διαφόρους τρόπους που ο επεξεργαστής δημιουργεί ένα λειτουργικό περιβάλλον για τον εαυτό του. Πιο συγκεκριμένα η κατάσταση λειτουργίας ελέγχει τον τρόπο που ο επεξεργαστής βλέπει και ελέγχει τη μνήμη του συστήματος και τις λειτουργίες που χρησιμοποιεί. Υπάρχουν τρεις διαφορετικές καταστάσεις λειτουργίας, που προήλθαν από την εξέλιξη των επεξεργαστών από την αρχή τους με το 8088 chip της Intel.

Στην κορυφή της σελίδας


Πραγματική κατάσταση λειτουργίας (Real Mode)

Ο πρώτος υπολογιστής της ΙΒΜ μπορούσε να διευθυνσιοδοτήσει μόνο 1 MB από τη μνήμη του συστήματος και η αρχική έκδοση του DOS ήταν σχεδιασμένη με αυτό τον περιορισμό. Το DOS είναι από τη φύση του ένα μονής λειτουργίας λειτουργικό σύστημα, πράγμα που σημαίνει ότι μπορεί να τρέχει μόνο ένα πρόγραμμα κάθε φορά. Οι αποφάσεις που πάρθηκαν στην αρχή της ιστορίας των υπολογιστών έχουν διατηρηθεί μέχρι και σήμερα και κάθε νέος επεξεργαστής, εφοδιάζεται με την ικανότητα να λειτουργεί με αυτή τη μέθοδο, έτσι ώστε να είναι συμβατός με το αρχικό 8088 chip της Intel. Αυτή η κατάσταση λειτουργίας ονομάζεται real mode.

Όταν ένας σύγχρονος επεξεργαστής λειτουργεί σε real mode, ενεργεί σαν ένας πολύ γρήγορος 8088. Αυτό σημαίνει ότι έχει το πλεονέκτημα της ταχύτητας, αλλά από την άλλη η πρόσβαση στη μνήμη γίνεται με τους ίδιους περιορισμούς του πρώτου 8088: ο περιορισμός του 1 MB της διευθυνδιοδότησης της μνήμης και η αργή πρόσβαση στη μνήμη, που δεν εκμεταλλεύεται τα πλεονεκτήματα της πλήρους 32-bit επεξεργασίας των σύγχρονων επεξεργαστών. Όλοι οι επεξεργαστές έχουν διαθέσιμο το real mode και στην πραγματικότητα ο υπολογιστής ξεκινάει κανονικά σε real mode.

 

Επεξεργαστής που λειτουργεί σε real mode

 

Το real mode χρησιμοποιείται από το DOS και τις άλλες τυπικές εφαρμογές του DOS. Στην ουσία, σήμερα υπάρχουν μερικά απλά προγράμματα του DOS που χρησιμοποιούν μόνο τα 640K που το DOS προσφέρει. Ακόμα και μέσω DOS υπάρχουν διαθέσιμα ειδικά προγράμματα, που "επεκτείνουν" τις δυνατότητες διευθυνσιοδότησής του και του επιτρέπουν να έχει πρόσβαση σε περισσότερη μνήμη ( περισσότερη από 1 MB) και ταχύτερη 32-bit πρόσβαση.

Στην κορυφή της σελίδας


Προστατευμένη κατάσταση λειτουργίας (Protected Mode)

Ξεκινώντας με το 80286 chip στον IBM AT, μια νέα κατάσταση λειτουργίας παρουσιάστηκε που ονομαζόταν protected mode. Πρόκειται για μια πολύ πιο ισχυρή κατάσταση λειτουργίας από το real mode και χρησιμοποιείται σε όλα τα σύγχρονα λειτουργικά συστήματα πολυεργασίας (multitasking). Τα πλεονεκτήματα του protected mode (συγκρινόμενου με το real mode) είναι:

  • Πλήρης πρόσβαση σε όλη τη μνήμη του συστήματος. Δεν υπάρχει ο περιορισμός του 1 ΜΒ στο protected mode.
  • Ικανότητα για πολυεργασία, που σημαίνει ότι έχει το λειτουργικό σύστημα την ικανότητα να εκτελεί πολλά προγράμματα συγχρόνως.
  • Υποστήριξη εικονικής μνήμης, που επιτρέπει στο σύστημα να χρησιμοποιεί το σκληρό δίσκο, για επιπλέον μνήμη στο σύστημα όταν χρειάζεται.
  • Ταχύτερη (32-bit) πρόσβαση στη μνήμη και ταχύτεροι 32-bits οδηγοί τις μεταφορές εισόδου / εξόδου.

Το όνομα αυτής της κατάστασης, προέρχεται από τη βασική χρήση της, η οποία είναι μέσω λειτουργικών συστημάτων πολυεργασίας. Κάθε πρόγραμμα που τρέχει έχει τις δικές του προσδιορισμένες περιοχές της μνήμης, οι οποίες προστατεύονται από συγκρούσεις με άλλα προγράμματα. Όταν ένα πρόγραμμα προσπαθεί να χρησιμοποιήσει μια διεύθυνση της μνήμης που δεν του είναι επιτρεπτή, δημιουργείται ένα "λάθος προστασίας".

Αν και παρουσιάστηκε με τον 286, το protected mode είχε δημιουργηθεί από τις αρχές της δεκαετίας του '80, ωστόσο ήταν αντίθετο με το DOS. Η χρήση του protected mode δεν έγινε δημοφιλής παρά μόνο με την εξάπλωση του λειτουργικού συστήματος της Microsoft, Windows. Το protected mode είναι σήμερα η μέθοδος που χρησιμοποιείται από τους περισσότερους υπολογιστές. Τα περισσότερα λειτουργικά συστήματα χρησιμοποιούν protected mode, συμπεριλαμβανομένων των Windows 3.x, Window 95, Windows NT και OS/2. Ακόμα και το DOS που κανονικά τρέχει σε real mode, μπορεί να τρέξει και σε protected mode χρησιμοποιώντας DPMI (DOS protected mode interface), που χρησιμοποιείται κυρίως από τα παιχνίδια του DOS, για να σπάσουν τον περιορισμό των 640K της συμβατικής μνήμης.

Στην κορυφή της σελίδας


Εικονική πραγματική κατάσταση λειτουργίας (Virtual Real Mode)

Η τρίτη κατάσταση λειτουργίας του επεξεργαστή είναι στην ουσία μια συμπληρωματική ικανόνητα, μια βελτίωση του protected mode. Το protected mode χρησιμοποιείται κανονικά για να τρέξουν γραφικά λειτουργικά συστήματα πολυεργασίας, όπως οι διάφορες εκδόσεις των Windows. Υπάρχει συχνά η επιθυμία να είναι δυνατό να τρέξουμε προγράμματα του DOS κάτω από τα Windows, αλλά τα προγράμματα του DOS πρέπει να τρέξουν σε real mode, όχι σε protected mode.

Το virtual real mode δημιουργήθηκε για να λύσει αυτό το πρόβλημα. Στην ουσία, εξομοιώνει το real mode μέσα στο protected mode, επιτρέποντας έτσι στα προγράμματα του DOS να τρέχουν. Ένα protected mode λειτουργικό σύστημα, όπως είναι τα Windows, μπορεί στην ουσία να δημιουργήσει πολλαπλά εικονικά real mode μηχανήματα, κάθε ένα από τα οποία εμφανίζεται στο λογισμικό που τρέχει σε αυτό σαν να είναι το μόνο λογισμικό που τρέχει στον υπολογιστή.

Το virtual real mode είναι αυτό που χρησιμοποιείται όταν τρέχουμε ένα DOS παιχνίδι στα Windows 95. Όταν ξεκινάει μια εφαρμογή του DOS, τα Windows 95 δημιουργούν μια εικονική DOS μηχανή για να τρέξει εκεί η εφαρμογή. Το virtual real mode παρουσιάστηκε αρχικά στην οικογένεια των επεξεργαστών 386.

Στην κορυφή της σελίδας


Εργαστήριο Παράλληλης και Κατανεμημένης Επεξεργασίας Κατασκευή: Βουρόπουλος Ηλίας, Γιολδάσης Νεκτάριος, Σαράφης Ιωάννης