从实模式到保护模式

计算机启动之后，BIOS会初始化计算机，然后计算机开始自动读取磁盘，磁盘读取一个扇区(512字节)，当读到某个磁盘0磁道1扇区扇区的最后的结束地址是0xaa55，BIOS就会认为它是一个引导扇区，然后就会把这512字节的内容装载到内存地址0000:7c00处，然后跳转到0000:7c00处将控制权交给这段引导代码，这样BIOS的任务就结束了，操作系统也成功被引导起来了。作为一个引导扇区，它至少有这样3个条件：1.大小只能为512字节(少了可以填充成0，多了则不行)。2.结束地址为0xaa55。3.加载到0000:7c00处。

在IA32下计算机启动之后，CPU有两种工作模式：实模式、保护模式。在实模式下，物理地址=段值x16+偏移，并且段值和偏移都是16位的，从这个公式可以看出段值是具有实际意义的，它作为了地址的一部分。因为实模式下的数据总线只有16位，也就是一次最多能取2^16=64KB,这就是为什么实模式下每个段最大只有64KB，并且它的地址总线为20位，因此能寻址的能力是2^20=1MB，既然有1MB的寻值能力，但是一次只能读取64KB的数据，所以才引入了分段机制。

但是在保护模式下，段值虽然还是16位，但是意义发生了改变，它变成了一个索引，指向一个数据结构的表项，表项中存着段的起始地址、界限和属性等信息，这个数据结构的名字叫GDT(Global Descriptor Table),表项被称为描述符。GDT提供了段式存储机制，由段寄存器和描述符共同实现，而每个描述符都对应了一个段。段寄存器需要对应到相应的段，只需要通过选择子就可实现，选择子其实就是一系列描述符的索引，在段寄存器中存储对应的索引就行了,它的存储结构如图所示。
在保护模式下，寻址的能力得到了极大的提升，图中RPL占2位，表示段选择子的特权级，TI表示是全局描述符GDT还是局部描述符LDT，索引值有13位，也就是有2^13=8192个段描述符，TI又分GDT和LDT，也就是一共有8192*2=16384个段描述符，可以指定16384个段，每个段的偏移地址值为32位，一个段能达到2^32=4GB，所有段加上就能达到16384*4GB=64TB这么大的寻址能力。

总之，保护模式下的寻址和实模式下有点类似，只是保护模式下的段值指向了GDT中的描述符，通过描述符定位到相应的段，再通过偏移，转换成线性地址，如果没有分页机制，那么该线性地址就是真正的物理地址。

从实模式要转到保护模式，需要以下几个步骤：

第一步就要初始化准备好GDT；接下来，需要把GDT的物理地址加载到寄存器gdtr中；然后关闭中断，这是因为保护模式和实模式的中断处理机制不相同；接着将寄存器cr0的PE位置1，0表示实模式，1表示保护模式；最后跳转到保护模式。

具体代码参见《ORANGE‘S：一个操作系统的实现》