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  286出现之前,x86的地址总线为20位,使用16位的段基址(段首地址的高16位)与16位的段内偏移量,段基址左移4位后与段内偏移量相加形成20位的物理地址,来对2(即1MiB)的地址空间寻址。1982年问世的286 CPU首次使用了保护模式寻址。286 CPU的地址总线为24位,寻址空间为2(即16 MiB)。而286 CPU的寄存器仍为16位。寻址时,段寄存器保存的数据不再是内存物理地址,而是称作选择器(selector),其中高13位指向描述符表(descriptor table)的条目;最低的两位数据定义了请求的权限,从0到3,0是最高权限,3是最低权限;剩下的一位表示是使用全局描述符表(GDT)还是局部描述符表(LDT)。描述符表的条目为8字节长,包括24位长的段起始物理地址、16位长的段长(因此段的长度范围从1 B到2 B,即不超过64 KiB)。每次内存操作所要访问的物理地址为描述符表相应条目给出的24位段起始物理地址再加上16位的偏移量。可见,286保护模式下的应用程序能访问的内存线性地址空间仅为64 KB,非常有限。所以程序员编写使用大内存的应用程序时还必须使用远指针、近指针,相当繁琐。这影响了286保护模式的推广使用。

  1985年问世的80386开启了32位CPU时代。地址总线为32比特,寻址空间为2(即4 GiB)。386 CPU保护模式下有两种内存寻址方式:  386 CPU开创的分页内存管理,比286保护模式寻址具有更多的优点:  IA32的CPU通过两级:页目(page directory)与页表(page table)实现4 KiB的分页管理,这是最常见的IA32分页寻址方式。CR3寄存器保存了进程的页目的物理地址。页目与页表中每4字节为一个单元,是一个32位的值,当页目项第0位为1时,表明页表已经在物理内存中;当页表项第0位为1时,表明访问的数据已经在内存中。另外,当页目项第7位为1时,表明这是一个4M的页面,这值已经是物理页地址,用虚拟地址的低22位作为偏移量。  从应用程序角度,不再使用段地址寄存器(或称选择器),仅使用32位的偏移量,为2(即4 GiB)的连续线性寻址空间。
保护模式(英语:Protected Mode,或有时简写为 pmode)是一种80286系列和之后的x86兼容CPU的操作模式。保护模式有一些新的特性,如内存保护,分页系统以及硬件支援的虚拟内存,能够增强多任务处理和系统稳定度。现今大部分的x86操作系统都在保护模式下运行,包含Linux、FreeBSD、以及微软Windows 2.0和之后版本。