首先來段題外話：之前我發現我貼出的程式碼都沒有行號，給講解帶來不便。所以從現在起，我要給程式碼加上行號。我寫部落格用的這個插入程式碼的外掛，確實不支援自動插入行號。我真的沒有找到什麼好方法，無奈之下，只能按照網友的說法，在VIM中給每行程式碼加上行號，然後再貼出來。

在VIM中每一行都新增上行號的方法是：

:%s/^/\=line(".")/

對，只要執行這個命令就可以了。至於為什麼這樣寫，可以參考我的另一篇博文

（五）設定PE位

44         cli                                ;保護模式下中斷機制尚未建立，應 
45                                            ;
 
禁止中斷 
46         mov eax,cr0
47         or eax,1
48         mov cr0,eax                        ;設定PE位

第44行，用於關中斷。因為保護模式下的中斷和真實模式不同，所以原來的中斷向量表不再適用，BIOS中斷也不能再用，因為它們都是真實模式下的程式碼。在重新配置保護模式下的中斷環境之前，我們必須關中斷。

CR0是處理器內部的一個控制暫存器，也是32位的（如下圖，圖片來自趙炯的《Linux核心完全剖析》）。

它的bit0是保護模式允許位（Protection Enable，PE）。當PE=1時，則處理器進入保護模式。

第46~48用於設定CR0的bit0為1.

（六）關於段暫存器

我們知道，32位模式下，段暫存器有CS,DS,ES,SS,FS,GS. 這些段暫存器每個都分為2個部分，一個是16位的可見部分，一個是隱藏部分，稱為描述符快取記憶體器，用來存放段的線性基地址、段界限和段屬性。如下圖：

1.真實模式下的記憶體訪問

在32位處理器上的真實模式下，假如執行下面的程式碼。

mov cx,0x2000
mov ds,cx
mov [0xc0],al

CPU在把0x2000傳送到DS的同時，還會把0x2000左移4位（0x20000）,傳送到DS描述符快取記憶體暫存器（段基地址部分僅低20位有效，高12位全部是0）。此後，只要不改變DS的內容，那麼每次訪問記憶體都直接使用DS描述符快取記憶體暫存器的內容作為段地址。

2.保護模式下的記憶體訪問

在保護模式下，真實模式的6個段暫存器叫做“段選擇器”。儘管在訪問記憶體的時候也要指定一個段，但是傳送到段選擇器的內容不是邏輯段地址，而是段選擇子（也叫段選擇符）。

如下圖（圖片來自趙炯的《Linux核心完全剖析》）所示，段選擇子由三部分組成。

• 請求特權級RPL（Requested Privilege Level）：提供了段保護資訊，我們以後會學習。現在只需設定為00即可。
• 表指示標誌TI（Table Index）：TI=0時，表示描述符在GDT中；TI=1時，表示描述符在LDT（我們以後會學習）中。
• 索引值（Index）：描述符在GDT或者LDT中的索引項號。

為了說明保護模式下的記憶體訪問，我們回到程式碼。

56         mov cx,00000000000_10_000B         ;載入資料段選擇子(0x10)
57         mov ds,cx
58
59         ;以下在螢幕上顯示"Protect mode OK." 
60         mov byte [0x00],'P'  
61         mov byte [0x02],'r'
62         mov byte [0x04],'o'
63         mov byte [0x06],'t'
64         mov byte [0x08],'e'
65         mov byte [0x0a],'c'
66         mov byte [0x0c],'t'

第56、57行，將段選擇子10000b傳到段選擇器DS中，從段選擇子可以看出，RPL=0；TI=0（表示GDT）；索引號為2；

當處理器執行任何改變段選擇器的指令時（比如mov、jmp far、call far、iret、retf等），就將指令中提供的索引號*8作為偏移地址，同GDTR暫存器中的線性基地址相加，然後訪問GDT。如果沒有什麼問題（比如超過了GDT的界限），就把找到的描述符載入到不可見的描述符快取記憶體暫存器。此後，每當有訪問記憶體的指令時，就不再訪問GDT中的描述符，而是直接使用段暫存器的描述符快取記憶體暫存器。

結合程式碼來說，第57行，處理器把2*8（=16）作為偏移地址，同GDTR的內容（內容為0x00007e00）相加，得到0x0000_7e16，根據這個地址找到描述符（就是我們之前建立的#2描述符）

27         ;建立#2描述符，保護模式下的資料段描述符（文字模式下的顯示緩衝區） 
28         mov dword [bx+0x10],0x8000ffff     
29         mov dword [bx+0x14],0x0040920b

然後，把這個描述符載入到快取記憶體暫存器（包括線性基地址0x000b8000，段界限，段屬性）。

第60行，執行這條指令時，處理器用DS描述符快取記憶體暫存器中的線性基地址（0x000b8000，文字模式的視訊記憶體起始地址）加上指令中的偏移量0x00，形成32位的實體地址0x000b8000，並將字元‘P’寫入該處。

不僅僅是訪問資料段，處理器訪問程式碼段取指令的時候，也是採用相同的方法。假設CS描述符快取記憶體暫存器已經裝載了正確的32位線性基地址，那麼處理器取指令的時候，會使用CS描述符快取記憶體暫存器中的32位線性基地址加上EIP中的偏移量，構成32位的實體地址，根據這個實體地址從記憶體中取得指令。

（七）清空流水線並序列化處理器

正如前文所述，即使在真實模式下，段暫存器的快取記憶體暫存器也被用於訪問記憶體。當處理器進入保護模式後，快取記憶體暫存器的內容依然殘留，但是這些內容在保護模式下是無效的。因此，比較安全的做法是儘快重新整理段選擇器，包括描述符快取記憶體暫存器。

另外，在進入保護模式之前，很多指令已經進入了流水線。因為處理器工作在真實模式下，所以它們都是按照16位運算元和地址長度進行譯碼的，即使是那些用bits32編譯的指令，為了防止執行結果不正確，所以必須清空流水線。還用，那些通過亂序執行得到的中間結果也是無效的，所以必須清理掉，讓處理器串化執行。

為了達到上述目的，我們可以採用遠轉移指令jmp或者遠過程呼叫指令call。遇到這類指令，處理器一般會清空流水線並且串化執行；另一方面，遠轉移會重新載入CS，並重新整理描述符快取記憶體暫存器的內容。所以，強烈建議在設定了PE位後，立刻用jmp或者call轉移到當前指令流的下一條指令上。

於是程式碼中有：

50         ;以下進入保護模式... ...
51         jmp dword 0x0008:flush             ;16位的描述符選擇子：32位偏移
52                                            ;清流水線並序列化處理器 
53         [bits 32] 
54
55    flush:
56         mov cx,00000000000_10_000B         ;載入資料段選擇子(0x10)
57         mov ds,cx

這條指令和位於它前面的指令一樣，是預設用[bits 16]編譯的。但是因為使用了關鍵字dword（注意：這裡的dword是修飾偏移地址flush的），所以編譯後的偏移地址是32位的。

如果51行這樣寫：

51         jmp  0x0008:flush             ;16位的描述符選擇子：16位偏移

這樣寫是不嚴謹的。因為這樣編譯出來的目標地址是16位的。如果flush代表的地址是0x12345678，那麼編譯後會被截斷成為0x5678，這顯然是錯的。所以這個跳轉一定要加dword.

注意：因為設定了PE位，所以現在已經處於保護模式下了。所以處理器會把第一個運算元（0x0008）理解為段選擇子，而不是是模式下的邏輯段基址。當51行的指令執行時，處理器會把選擇子0x0008（索引號為1，TI=0，RPL=00）載入到CS，並把#1描述符（定義了一個程式碼段，基地址是0x7c00，段界限是0x1ff，長度為0x200）載入到CS描述符快取記憶體暫存器中。所以程式會轉移到基地址為0x0000_7c00的程式碼段內的某個位置執行。這個位置取決於偏移地址。偏移地址就是標號flush的彙編地址（因為指定了dword，所以編譯後是32位的），處理器會用這個32位的數值來代替EIP的原有內容。於是，程式就轉移到flush處了。

第53行，使用了偽指令[bits 32]，從這以後，指令是按照32位編譯的。因為指令執行到這裡的時候，已經真真正正地進入了保護模式了。

（八）進入保護模式的主要步驟

我們總結一下進入保護模式的主要步驟：

1.安裝段描述符，構造GDT

2.用lgdt指令載入GDTR

3.開啟A20

4.設定CR0的PE位為1

5.跳轉，真正進入保護保護模式。

（九）在螢幕上顯示字元

55    flush:
56         mov cx,00000000000_10_000B         ;載入資料段選擇子(0x10)
57         mov ds,cx
58
59         ;以下在螢幕上顯示"Protect mode OK." 
60         mov byte [0x00],'P'  
61         mov byte [0x02],'r'
62         mov byte [0x04],'o'
63         mov byte [0x06],'t'
64         mov byte [0x08],'e'
65         mov byte [0x0a],'c'
66         mov byte [0x0c],'t'
67         mov byte [0x0e],' '
68         mov byte [0x10],'m'
69         mov byte [0x12],'o'
70         mov byte [0x14],'d'
71         mov byte [0x16],'e'
72         mov byte [0x18],' '
73         mov byte [0x1a],'O'
74         mov byte [0x1c],'K'

56、57行，前文已經說過，令DS指向文字模式的顯示緩衝區。

60~74行，就是在螢幕左上角顯示"Protect mode OK." 需要說明的是：不管是真實模式還是保護模式，外圍裝置是不受影響的。

最後注意一點：

保護模式下，不允許使用mov指令改變段暫存器CS的內容。比如

mov cs,ax

這樣寫是不對的。這樣做會導致處理器產生一個無效操作碼的異常中斷。