Ποια είναι η διαφορά μεταξύ της CPU που λειτουργεί σε πραγματική λειτουργία και προστατευμένη λειτουργία;

Η βασική διαφορά μεταξύ της πραγματικής λειτουργίας και της προστατευόμενης λειτουργίας σε μια CPU (συγκεκριμένα, X86 Architecture CPU) έγκειται στον τρόπο με τον οποίο η CPU διαχειρίζεται τη μνήμη και τους πόρους:

πραγματική λειτουργία:

* Διεύθυνση μνήμης: Χρησιμοποιεί χώρο διευθύνσεων 20-bit, περιορίζοντας τη διευθυνσιοδότηση μνήμης σε 1 MB (1.048.576 bytes). Όλη η μνήμη είναι απευθείας διευθύνεται από οποιοδήποτε πρόγραμμα. Δεν υπάρχει προστασία μνήμης.

* Τμηματοποίηση μνήμης: Χρησιμοποιείται τμηματοποίηση, αλλά είναι απλή και σε μεγάλο βαθμό διαφανής στον προγραμματιστή. Τα τμήματα έχουν συνήθως 64kb σε μέγεθος και ο επεξεργαστής υπολογίζει τη φυσική διεύθυνση συνδυάζοντας έναν επιλογέα τμήματος και μια μετατόπιση. Ωστόσο, οι επιλογείς τμήματος προσφέρουν κατά κύριο λόγο έναν τρόπο να οργανώσουν λογικά τη μνήμη αντί να παρέχουν προστασία.

* Προστασία μνήμης: Χωρίς προστασία μνήμης. Ένα πρόγραμμα μπορεί εύκολα να αντικαταστήσει τη μνήμη ενός άλλου ή τη μνήμη του λειτουργικού συστήματος, οδηγώντας σε συντριβές του συστήματος και αστάθεια.

* multitasking: Δεν υποστηρίζεται άμεσα. Μόνο ένα πρόγραμμα μπορεί να τρέξει κάθε φορά.

* Προνομιούχες οδηγίες: Όλες οι οδηγίες είναι διαθέσιμες σε όλα τα προγράμματα. Δεν υπάρχει διάκριση μεταξύ προνομιούχων εργασιών (όπως η πρόσβαση σε θύρες εισόδου/εξόδου) και μη προνομιούχες.

* Διακοπές: Ο βασικός χειρισμός διακοπής είναι παρούσα, αλλά δεν διαθέτει τα εξελιγμένα χαρακτηριστικά της προστατευόμενης λειτουργίας.

* Λειτουργικά συστήματα: Πολύ βασικά λειτουργικά συστήματα, όπως το MS-DOS που λειτουργούν κυρίως σε πραγματικό τρόπο.

προστατευμένη λειτουργία:

* Διεύθυνση μνήμης: Χρησιμοποιεί ένα χώρο διευθύνσεων 32-bit (ή 64-bit σε λειτουργία 64-bit), επιτρέποντας την πρόσβαση σε πολύ περισσότερη μνήμη (4 GB σε 32-bit, θεωρητικά περισσότερο σε 64-bit). Η μνήμη χωρίζεται σε τμήματα, αλλά αυτά τα τμήματα χρησιμοποιούνται για την επιβολή της προστασίας της μνήμης.

* Τμηματοποίηση μνήμης: Η κατάτμηση είναι πιο εξελιγμένη. Τα τμήματα μπορούν να έχουν διαφορετικά δικαιώματα πρόσβασης (μόνο για ανάγνωση, ανάγνωση, μόνο εκτέλεση) και η CPU επιβάλλει αυτούς τους περιορισμούς. Αυτό εμποδίζει ένα πρόγραμμα από τυχαία ή κακόβουλα πρόσβαση ή τροποποίηση της μνήμης ενός άλλου προγράμματος. Η τηλεειδοποίηση (μηχανισμός εικονικής μνήμης) χρησιμοποιείται τυπικά σε συνδυασμό με την τμηματοποίηση για βελτιωμένη διαχείριση μνήμης και προστασία.

* Προστασία μνήμης: Η ισχυρή προστασία μνήμης είναι ένα βασικό χαρακτηριστικό. Κάθε πρόγραμμα τρέχει στον δικό του προστατευμένο χώρο μνήμης, εμποδίζοντας τις συγκρούσεις και τις συντριβές.

* multitasking: Πλήρως υποστηριζόμενη. Η CPU μπορεί να αλλάξει γρήγορα τα πολλαπλά προγράμματα, δίνοντας την ψευδαίσθηση της ταυτόχρονης εκτέλεσης.

* Προνομιούχες οδηγίες: Οι οδηγίες χωρίζονται σε προνομιούχους και μη προνομιούχους. Μόνο το λειτουργικό σύστημα (που εκτελείται σε λειτουργία πυρήνα) μπορεί να εκτελέσει προνομιακές οδηγίες, παρέχοντας ένα στρώμα ασφάλειας και σταθερότητας.

* Διακοπές: Παρέχεται εκλεπτυσμένος χειρισμός διακοπής, συμπεριλαμβανομένων πύλων διακοπής και συστήματος κλήσεις για ελεγχόμενη πρόσβαση σε προνομιακές εργασίες.

* Λειτουργικά συστήματα: Τα σύγχρονα λειτουργικά συστήματα όπως τα Windows, MacOs και Linux λειτουργούν αποκλειστικά σε προστατευμένο τρόπο (ή ισοδύναμο 64-bit).

Εν ολίγοις: Η πραγματική λειτουργία είναι μια λειτουργία κληρονομιάς, απλή αλλά ανασφαλής και περιορισμένη. Η προστατευόμενη λειτουργία είναι το σύγχρονο πρότυπο, παρέχοντας προστασία μνήμης, πολλαπλές εργασίες και ένα πολύ πιο σταθερό και ασφαλές περιβάλλον για προγράμματα λειτουργίας. Η μετάβαση από την πραγματική λειτουργία σε προστατευμένη λειτουργία είναι ένα θεμελιώδες βήμα για την εκκίνηση ενός σύγχρονου υπολογιστή.