Linux 0.11 是一个 32 位操作系统，最初运行在 Intel 80386 微处理器上。下文主要集中介绍跟 80386 微处理器相关的一些知识点或微处理器共性。
80386 有多个工作模式，即实模式、保护模式和 V86 模式。《32 位微型计算机接口技术及应用》一书对微处理器工作模式有很简明扼要的解释：
微处理器的工作模式是指微处理器对“存储器”的操作模式。早期的微处理器（如 8086）只有一种工作模式就是实地址模式（Real Address Mode），简称实模式，程序和数据运行在实际存储空间，无存储保护；从 80286 到 Pentium 的微处理器又增加了一种工作模式，即受保护的虚拟地址模式（Protected Virtual Address Mode），简称保护模式，对程序和数据的管理采用虚拟存储空间，并且增加了存储保护，还支持多任务；在保护模式下，为了兼容 8086 微处理器对存储器的实模式操作，又派生出一种虚拟 8086 工作模式，又称 V8086 模式，简称V86 模式。所以，32 位微处理器有实模式、保护模式和 V86 模式 3 种工作模式供用户选择使用。其中，保护模式是 32 位微处理器的本机工作模式，而实模式和 V86 模式是为了兼容 16 位微处理器程序而留下来的工作模式。
另外，实模式和保护模式下的寄存器模型是不一样的（后者基本包括了前者，不同之处在后文指出），下边分开阐述。
注：下文内容主要参考自 80386 官方手册 Intel 80386 programmer’s reference manual及《32 位微型计算机接口技术及应用》一书。
实模式下的 80386 寄存器模型
按照 80386 官方手册 Intel 80386 programmer’s reference manual，其所有的寄存器可分为通用寄存器（General registers）、段寄存器（Segment registers）和标志寄存器（Flags register）。这跟《32 位微型计算机接口技术及应用》一书第 3.2 节分类稍微有点不一样，不过内容是相同的。
通用寄存器
80386 的通用寄存器如下表所示：
包含了 EAX、EDX、ECX、EBX、EBP、ESI、EDI、ESP 共 8 个寄存器。从上表我们也可以看出，这些寄存器也能够用作 16 位或 8 位寄存器，或两者兼有。
下边将分成两个部分来阐述。
EAX、EDX、ECX、EBX
- EAX 是累加器寄存器，主要用于存放程序执行过程中的一些中间结果，以及 I/O 数据。
- EBX 是基址寄存器，常用来存放访问内存时的地址。
- ECX 是计数寄存器，在串、循环、循环移位和移位操作指令中用作计数器。
- EDX 是数据寄存器，在寄存器间接寻址中的 I/O 指令中存放 I/O 端口的地址。
EBP、ESI、EDI、ESP
EBP、ESP 是指针寄存器，ESI 和 EDI 是变址寄存器。
由于有些指令（算术、逻辑指令）的操作数在数据寄存器中，另一些指令（串指令）的操作数不在数据寄存器中，而在存储器内，因此，需要有一些能够确定操作数在存储器中的位置的寄存器。指针寄存器和变址寄存器就是用于存放“偏移量”地址，而不是存放数据的寄存器。
- 指针寄存器（EBP、ESP）用于选取
堆栈内的具体存储单元，即指针寄存器的值指向堆栈段的栈顶或栈内的具体存储单元。如 EBP 和段寄存器 SS 的组合 SS:EBP 可指向堆栈内的存储单元；ESP 和 SS 的组合 SS:ESP 可指向堆栈的顶部（TOS，Top of the Stack）。 - 变址寄存器（ESI、EDI）用于选取
数据段内的具体存储单元，即变址寄存器的值指向存储器数据段或附加段内的存储单元。在指令包含变址时，ESI 用于保存源操作数的偏移量地址，EDI 用于保存目标操作数用的偏移地址。
注意：这里的堆栈实际上只指栈，不包括堆。
段寄存器
段寄存器是为了存储器分段的需要而设置的，用于存放段基址。80386 中总共有 1 个代码段、1 个堆栈段和 4 个数据段寄存器，如下表所示：
一段内存，既可以用作代码的存储空间，也可以用作数据的存储空间，还可以用作堆栈空间，主要是由微处理器中的段寄存器来指定。例如，由 CS 和 EIP 指定为代码的存储空间，由 DS 和偏移量指定为数据的存储空间，由 SS 和 ESP 指定为堆栈存储空间。
指令指针寄存器
指令指针寄存器（Instruction pointer）在 80386 官方手册中被归到标志寄存器下（根据目录上下级来判断），但个人总觉得这不大妥当，所以单独拿出来说。
指令指针寄存器指示存储器中当前代码段内的“偏移量”，即代码与代码段基址的距离。它和代码段寄存器 CS 的组合 CS:EIP 指向待访问的代码。指令指针寄存器如下图所示：
标志寄存器
标志寄存器（Flags register）是一个 32 位寄存器，称为 EFLAGS （16 位的称为 FLAGS），用于指示微处理器的状态并控制它的工作，如下图所示：
实模式下，微处理器只用到了低 9 位（除去保留位，即从 OF~CF）。
关于详细的标志意义，请参考 80386 官方手册或《32 位微型计算机接口技术及应用》一书第 3.2 节。
值得注意的是，在实模式下，还有一个控制寄存器 CR0。该寄存器在保护模式中介绍。
保护模式下的 80386 寄存器模型
保护模式中跟实模式中相同的就不再介绍了，但有不同之处，在后文介绍。
全局描述符表寄存器
全局描述符表寄存器 GDTR 用来在存储器地址空间内定位一个全局描述符表 GDT。
如表 1 所示，GDTR 长 48 位，其
高 32 位基地址 Base，指示 GDT 在存储器的开始位置。32 位基址允许把 GDT 定位在线性地址空间内的任何地方。低 16 位指示 GDT 的段限长 Limit。它规定了 GDT 按"字节"计算的大小（Limit 的值要比实际表小 1。例如，如果 Limit=00FFH，则表长为 256B）。16 位段限长允许 GDT 表做长可达 65536B，因而最多可容纳 8192 个描述符（每个描述符长 8B，64 位），实际应用根据需要来确定 GDT 的长度。
表 1：GDTR 和 IDTR 寄存器
中断描述符表寄存器
中断描述符表寄存器 IDTR 用来在存储器地址空间内定位一个中断描述符表 IDT。
如表 1 所示，IDTR 长 48 位，其
高 32 位基地址 Base，指示 IDT 在存储器的开始位置。32 位基址允许把 IDT 定位在线性地址空间内的任何地方。低 16 位指示 IDT 的段限长 Limit。它规定了 IDT 按字节计算的大小（Limit 的值要比实际表小 1。例如，如果 Limit=00FFH，则表长为 256B）。16 位段限长允许 IDT 表做长可达 65536B，但系统只支持 256 个中断和异常，所以，实际上 IDT 的最大长度是 2048B，以字节为单位的界限为 7FFH。
局部描述符表寄存器
如表 2 所示，局部描述符表寄存器 LDTR 长 16 位，是一个选择子，它指向存放在 GDT 中的 LDT 的描述符。
LDTR （选择子）并不能直接定位 LDT，只有描述符才能定位 LDT（注意：描述符跟描述符表是不一样的）。
实际上，LDT 需要两次定位：
- LDTR （选择子）定位 GDT 中 LDT 的（真正的）描述符。该描述符会被装入 LDTR 的高速缓冲寄存器中（如表 2 所示）；其高 32 位的 Base 值指示 LDT 在存储器的起始地址，20 位的 Limit 值指示 LDT 的大小，12 位的 Attribute 值说明 LDT 的属性。
- 利用该描述符，定位 LDT 在存储器中的位置。
表 2：LDTR 和 TR 寄存器
任务状态段寄存器
任务状态段寄存器 TR 跟 LDTR 类似，也不能直接指定任务状态段 TSS在存储器空间的位置。其格式如表 2 所示。
TSS 段也需要两次定位：
- TR （选择子）定位 GDT 中 TSS 段的（真正的）描述符。该描述符会被装入 TR 的高速缓冲寄存器中（如表 2 所示）；其高 32 位的 Base 值指示 TSS 段在存储器的起始地址，20 位的 Limit 值指示 TSS 段的大小，12 位的 Attribute 值说明 TSS 段的属性。
- 利用该描述符，定位 TSS 段在存储器中的位置。
控制寄存器
保护模式新增加的 4 个 32 位控制寄存器 CR0、CR1、CR2 和 CR3 是为了控制微处理器的工作方式和分段管理机制及分页管理机制。其格式如表 3 所示。
表 3：CR0~CR3 寄存器
控制寄存器 CR0
CR0 的主要功能是选择微处理器的工作方式和存储器的管理模式。各位的含义如下：
保护模式允许位 PE
PE 位控制微处理器是进入实模式还是保护模式。置 0 表示实模式；置 1 则表示保护模式。系统开机或重启时 PE 清零，微处理器处于实模式。若要进入保护模式，必须通过程序将 PE 置 1。分页管理启用位 PG
PG 控制禁用还是开启分页管理机制。置 0 表示禁用，此时由分段机制形成的线性地址就作为物理地址；置 1 则表示开启，此时线性地址还不是物理地址，需要通过分页转换才能形成物理地址。
表 4 列出了不同 PE/PG 的组合下微处理器的工作方式。
表 4：微处理器的工作方式与 PE/PG 的选择
- 协处理器操作控制位（MP、EM、TS、ET）
CR0 中的位 1 ~ 位 4 分别标记为 MP（算术存在位）、EM（模拟位）、TS（任务切换位）和 ET（扩展类型位），它们控制浮点协处理器的操作。
控制寄存器 CR2
CR2 由分页管理机制使用，用于报告发生页故障时的出错信息。如果某页不在存储器中，则在页转换时会发生缺页故障，此时，微处理器把引起页故障的线性地址保存在 CR2 中。操作系统的页故障处理程序通过检查 CR2 的内容，就可查出是线性地址空间中的哪一页引起的故障。
控制寄存器 CR3
CR3 也由分页管理机制使用，用于保存"页表目录"的起始物理地址。CR3 的高 20 位提供页表目录的基地址，低 12 位“不用”（这里的“不用”并不是指真的不用，而是从 CR3 取 32 位数据时，低 12 位全“取”为 0）。
改变功能的寄存器
段寄存器
段寄存器在实模式下用作段基址，但在保护模式下用作段选择子（仍然是 16 位）。选择子并不直接指定存储器地址，而是选择一个定义存储器段的段基址、大小和属性的描述符。
值得注意的是，在保护模式下，每个段寄存器都有一个相应的高速缓存寄存器(可参见《32 位微型计算机接口技术及应用》一书第 3.3.4 节)，它对一般编程人员是不可见的。
标志寄存器
标志寄存器 EFLAGS 长度扩展到 32 位，新增加了 5 位。具体参考上文的“标志寄存器”小节。