在保护模式下为什么要启用A20线？

Question

在Linux 0.01的引导程序汇编源文件中，启用了A20线。

源自boot/boot.s：

| that was painless, now we enable A20

call     empty_8042
mov al,#0xD1

...

然后引导加载程序跳转到保护模式。

在实模式下，启用A20线可以为我们提供64 KiB - 16字节的地址空间扩展。
在保护模式下，地址总线会自动解锁。

为什么引导加载程序要启用A20地址线，而跳转到保护模式本来就会自动启用呢？

- cadaniluk

Answer 1

在实模式下，启用A20线可使我们的地址空间扩展64 KiB - 16字节。

在实模式下（在286+上），您可以将段寄存器设置为0xFFFF，这将允许您访问高达（0xFFFF << 4）+ 64K的内存。

在保护模式下，地址总线会自动解锁。

保护模式是一种CPU模式，因此它不会“解锁”总线，它只是允许使用更多的地址空间，这需要在地址总线上使用更多引脚。

为什么引导加载程序在跳转到保护模式时要启用A20地址线呢？

因为这样做是必要的。通常提到的“A20”指的是一个硬件技巧，添加在PC-AT上，在保护模式正常工作之前需要禁用它。首先，请记住旧CPU（通过80186）只能访问最多1 MiB的内存，因此具有20个地址线（A0-A19）。一些非常古老的软件利用了这样一个事实：内存访问超过1 MiB将回卷到较低的内存。当286添加了更多的地址线时，IBM不想破坏与旧软件的兼容性，因此他们做了难以想象的事情：他们在第21个地址线（A20）上放置了一个外部门，并默认离开它，重新启用旧软件的回卷行为，以便旧软件仍然可以正确运行。因此，286本身不知道这个技巧-它是CPU外部的。对于CPU而言，A20与任何其他地址线没有区别。

这个门（A20门）由键盘控制器IC上的GPIO引脚控制。因此，在进入保护模式之前，您需要启用它。如果没有启用它（并且假设您将所有4GB物理内存都映射为单平面内存），则像Micheal Petch指出的那样，“每个奇数兆字节区域都将无法访问。因此，1mb-2mb实际上将引用0-1mb，3mb-4mb将引用2mb-3mb等。”

• A20线（维基百科）

- Jonathon Reinhart

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@cad A20 门是一种外部黑客技术。如果不是IBM PC-AT设计师添加它，我们今天就不会进行这个对话了。286本身并没有对待A20有任何区别。2. 我的意思是，“黑客”即A20环绕需要被禁用…通过启用A20门来实现。 - Jonathon Reinhart

@cad 啊，我现在明白了。是的，在实模式下（在286+上），您可以将段寄存器设置为0xFFFF，这将允许您访问高达（0xFFFF << 4）+ 64K的内存。谢谢，我已经更正了那个地址。 - Jonathon Reinhart

@cad 实际上并不需要启用A20线路。但如果不这样做，则每个奇数兆字节区域将无法访问。因此，1mb-2mb实际上将引用0-1mb，3mb-4mb将引用2mb-3mb等。如果不启用A20位，则该地址线始终为零。当然，这相当无用，但仍然被允许。 - Michael Petch

@cad 一个注脚可能是，DOS 的原始版本需要兼容 CP/M 操作系统的换行符，通过允许一些与 CALL 5 机制兼容来实现，在 CP/M 上使用 BDOS（基本磁盘操作系统）调用。 - Michael Petch

@MichaelPetch 谢谢，我引用了你对别名的解释，因为它比我的更准确（我忘记了它会发生在每个奇数MB）。 - Jonathon Reinhart