Hradlo A20

Technology

12 hours ago

Author

Hradlo A20 je zvláštní hradlo typu AND na počítačích s procesory 80286 a kompatibilními, kterým je možné nulovat 21. bit na adresní sběrnici těchto procesorů. Bylo zavedeno pro možnost dosažení plné zpětné kompatibility se staršími procesory typu Intel 8086, Intel 8088 a Intel 80186 a nulování bylo standardně možné nastavit nebo vypnout v rozhraní BIOSu. Počínaje architekturou Haswell přestala firma Intel na svých procesorech toto hradlo podporovat.

Princip fungování

Na prvních procesorech x86 fungujících pouze v reálném režimu byla operační paměť spravována za pomoci segmentace. Logická adresa se skládala ze dvou šestnáctibitových hodnot, segmentu a ofsetu, a převod na fyzickou adresu odpovídal jednoduchému vzorečku segment×16+ofset, což by umožňovalo adresovat až (šestnáctkově zapsáno) 0xFFFF×0x10+FFFF=0x10FFEF bajtů paměti. +more Protože ale adresní sběrnice těchto procesorů měla jen dvacet bitů (číslovaných od 0 až 19), fyzicky bylo možné adresovat jen 0xFFFFF bajtů (tedy jeden mebibajt). Tento rozpor nebyl u prvních počítačů problémem, protože tolika pamětí nedisponovaly, a problém byl vyřešen tak, že při výpočtu fyzické adresy z logické byl přenos do 21. bitu ignorován a například logická adresa 0xFFFF:0x0010 odpovídala stejně jako logická adresa 0x0000:0x0000 fyzické adrese 0x00000.

Programátoři tuto částečně cyklickou adresaci využívali, dokonce ji využili programátoři operačního systému MS-DOS. Aby zajistili žádoucí kompatibilitu s operačním systémem CP/M, nastavili v prefixu programového segmentu hodnotu ukazatele na obsluhu systémového volání vysokou, byť v MS-DOSu byla cílem fyzická adresa 0x000C0, protože CP/M naopak předpokládal vysokou hodnotu ofsetu. +more Právě přetečení na prvních procesorech umožnilo adresovat fyzickou adresu 0x000C0 logickou adresou s vysokým ofsetem.

Pozdější procesory 80286 se širší sběrnicí a větším množstvím paměti ale s 21. bitem fyzické adresy počítaly standardním způsobem (a v režimu chráněné virtuální paměti mohly standardně používat násobně více paměti než jeden mebibajt) a to i v reálném režimu, který podporovaly právě pro kompatibilitu se staršími programy. +more Aby tedy bylo dosaženo plné kompatibility, bylo na základní desku přidáno hradlo k adresnímu vodiči A20, které 21. bit volitelně nulovalo a jehož ovládání bylo připojeno na nevyužívaný výstup řadiče klávesnice (tehdy Intel 8042).

Žlutě vyznačena oblast v rámci dělení paměti z hlediska reálného režimu v operačním systému MS-DOS Pro úplnou kompatibilitu byl výchozí stav po spuštění počítače takový, že 21. +more bit fyzické adresy byl nulován, stejně jako na starších procesorech. Přestože paměťové nároky programů rostly, ještě dlouho po nástupu procesoru 80286 pracovala většina počítačů s operačním systémem MS-DOS v reálném režimu, ve kterém je logická adresa omezena na 0xFFFFF bajtů. Proto bylo běžné nulování 21. bitu vypnout a tím umožnit používání 65520 bajtů takzvané .

S nástupem počítačů pracujících standardně v chráněném režimu se vypnutí nulování 21. bitu stalo rutinní součástí startu operačního systému, často ještě v jeho zavaděči.