Реален режим (на английски: real mode) е режим на работа на компютърните процесори в архитектурата x86. Всеки x86 процесор влиза в реален режим веднага след включване на захранването му. При реалния режим, максималната адресирана памет е 1 MB (220 байта) и няма апаратна защита на достъпа до паметта.
Първите процесори от фамилията x86 са 16-битови и могат да работят единствено в реален режим. Всъщност понятието реален режим се появява значително по-късно, когато е въведен защитеният режим.
Въпреки че при появата си процесора Intel 8086 е най-съвременният 16-битов процесор, с времето недостатъците на архитектурата му започват да пречат на развитието на софтуера за персонални компютри. Основните ограничения на 8086 (и съответно на реалния режим) са малкото адресно пространство и липсата на апаратна защита на паметта от злонамерени или дефектни програми.
Реалният режим на работа се характеризира със следните архитектурни особености:
Трябва да се има предвид, че горепосочените особености са в сила само за „чистия“ реален режим – т.е. този, който е напълно обратно съвместим с 16-битовите x86 процесори: 8086 и 80186 на Intel. При 32-битовите процесори от x86 фамилията дори в реален режим е възможен достъпът до пълния 32-битов размер на регистрите, както и допълнителни типове данни и методи за адресиране. Ако тези разширения бъдат използвани, то програмата няма да е обратно съвместима с 16-битовите x86 процесори.
В реален режим всеки x86 процесор има достъп до 14 16-битови регистъра. Осем от тях (AX, BX, CX, DX, SP, BP, SI и DI) са регистри с общо предназначение. Въпреки това, всеки от тях си има свои специфични функции (например достъпът до AX става най-бързо и с най-къса машинна инструкция, а CX се използва за брояч при цикли). Всеки от регистрите AX, BX, CX и DX може да бъде разглеждан и като 2 8-битови регистъра, до които има независим достъп (напр. горните 8 бита на DX са 8-битов регистър с името DH, а долните 8-бита – 8-битов регистър с името DL).
Регистрите SP и BP се използват при работата със стека, като първият е указателят на стека, а вторият обикновено се използва от езиците на високо ниво за формирането на така наречения стек фрейм (stack frame) на процедурите. Регистрите SI и DI се използват при формирането на адреса при някои инструкции (най-вече при операции със низове).
Други 4 16-битови регистъри са сегментните регистри CS, DS, ES и SS, които се използват при формирането на адресите. Регистърът FLAGS съдържа еднобитови флагове, които отразяват текущото състояне на процесора и събития като препълване, пренос към по-старши разред, нулев резултат и т.н. Последният регистър е програмният брояч IP, който съдържа адреса на следващата инструкция, която трябва да бъде изпълнена от процесора.
В реален режим x86 процесорът може да обработва следните типове данни:
Повечето x86 инструкции са двуадресни (т.е. работят върху 2 операнда). Първият операнд е както първия източник, така и вместилище за резултата от операцията, а вторият операнд е вторият източник.
Операндите може да се намират в паметта, в регистър (обикновено някой от регистрите с общо предназначение), или да са зададени като непосредствена стойност, която е закодирана в самата инструкция. В повечето случаи е допустимо само единият операнд да е разположен в паметта или да е непосредствен (закодиран директно в инструкцията).
Когато единият операнд е разположен в паметта, адресът му се определя по следната формула:
A = B + I + O,
където:
A е полученият ефективен адрес на операнда,
B е базов адрес (задава се в регистър BX или BP),
I е индекс (задава се в регистър SI или DI),
O е отместване, което е непосредствено закодирано в самата инструкция като 8- или 16-битово число със знак.
Трябва да се има предвид, че полученият по този начин 16-битов адрес, всъщност представлява отместване в рамките на подразбиращия се сегмент в паметта. Началният адрес на сегмента се получава като се умножи по 16 (т.е. като се измести няляво с 4 разреда) съдържанието на съответния сегментен регистър (CS, DS, SS, ES). Крайният физически адрес на данните в паметта се получава като се събере началният адрес на сегмента с полученото по горната формула отместване.
Кой точно сегментен регистър се използва при изчисляването на адреса зависи от вида на зарежданите данни: CS се използва за инструкциите, DS – за данните, SS – за стека, а ES – при някои инструкции за работа с низове. В повечето случаи е възможно подразбиращият се сегментен регистър да бъде променен с префикс на машинната инструкция.
Сегментната организация на паметта в реалния режим се използва единствено за да е възможно адресирането на 1 MB памет от 16-битов процесор. От гледна точка на процесора сегментите винаги са дълги 64 KB и няма начин да бъде ограничен достъпът до някои части от паметта.
Поради описаната сегментна организация на паметта, се използват два вида указатели: 16-битови (наричани близки – near) и 32-битови (наричани дачечни – far). Близките указатели представляват отместване в рамките на един сегмент, а далечните указатели се състоят от 16-битов начален адрес на сегмента (който се зарежда в съответния сегментен регистър) и 16-битово отместване в рамките на сегмента.
За разлика от други процесорни архитектури, в x86 е възможно адресирането на думи, намиращи се на произволен адрес. Все пак, когато адресът не е кратен на размера на думата, е възможно достъпът да е по-бавен.
При x86 архитектурата могат да се използват и двата основни начина за връзка с входно-изходните устройства на компютъра – вмъкване в основното адресно пространство и използването на специално входно-изходно адресно пространство.
Входно-изходното адресно пространство е с размер 64 KB (216 байта) и достъпът до него става с помощта на специални инструкции (IN, OUT). Методите на адресиране, които се използват от тези инструкции, са: непосредствено задаване на адреса в инструкцията или задаване на адреса в регистрите AL или AX. Когато адресът е в първите 256 байта от входно-изходното адресно пространство, може да се използва 8-битов адрес вместо 16-битов.
Инструкциите на x86 са сложни и гъвкави (x86 е CISC архитектура). Инструкциите в реален режим са основният вид инструкции, които се използват в програмите за тази архитектура (тези инструкции са достъпни и в защитен режим, но с повече типове данни и методи на адресиране). Инструкциите може да се разделят условно на няколко групи.
Както вече беше споменато, при създаването си, x86 архитектурата (която тогава е еквилалентна на сегашния реален режим) е много авангардна. За пръв път се използва сегментна организация на паметта (макар и доста ограничена) в микропроцесор. Регистрите са много повече от тези на тогавашните микропроцесори, методите за адресиране и инструкциите са гъвкави и разнообразни.
С течение на времето обаче, 16-битовият реален режим става все „по-тесен“ на съществуващите операционни системи и приложни програми по следните причини:
Всички тези проблеми бяха решени с разширяването на машинната дума до 32 бита и въвеждането на т.нар. защитен режим (protected mode).
Изключително популярната в миналото операционна система DOS работи почти изцяло в реален режим. Първите версии на операционната система Windows (Windows 1.0 и Windows 2.0) също използваха реалния режим на работа.
В наши дни реалният режим се използва изключително рядко – най-вече в секторите за начално зареждане. Всички съвременни операционни системи и приложни програми използват защитения режим.