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  286出現之前,x86的地址匯流排為20位,使用16位的段基址(段首地址的高16位)與16位的段內偏移量,段基址左移4位後與段內偏移量相加形成20位的實體地址,來對2(即1MiB)的地址空間定址。1982年問世的286 CPU首次使用了保護模式定址。286 CPU的地址匯流排為24位,定址空間為2(即16 MiB)。而286 CPU的暫存器仍為16位。定址時,段暫存器儲存的資料不再是記憶體實體地址,而是稱作選擇器(selector),其中高13位指向描述符表(descriptor table)的條目;最低的兩位資料定義了請求的許可權,從0到3,0是最高許可權,3是最低許可權;剩下的一位表示是使用全域性描述符表(GDT)還是區域性描述符表(LDT)。描述符表的條目為8位元組長,包括24位長的段起始實體地址、16位長的段長(因此段的長度範圍從1 B到2 B,即不超過64 KiB)。每次記憶體操作所要訪問的實體地址為描述符表相應條目給出的24位段起始實體地址再加上16位的偏移量。可見,286保護模式下的應用程式能訪問的記憶體線性地址空間僅為64 KB,非常有限。所以程式設計師編寫使用大記憶體的應用程式時還必須使用遠指標、近指標,相當繁瑣。這影響了286保護模式的推廣使用。

  1985年問世的80386開啟了32位CPU時代。地址匯流排為32位元,定址空間為2(即4 GiB)。386 CPU保護模式下有兩種記憶體定址方式:  386 CPU開創的分頁記憶體管理,比286保護模式定址具有更多的優點:  IA32的CPU通過兩級:頁目(page directory)與頁表(page table)實現4 KiB的分頁管理,這是最常見的IA32分頁定址方式。CR3暫存器儲存了程序的頁目的實體地址。頁目與頁表中每4位元組為一個單元,是一個32位的值,當頁目項第0位為1時,表明頁表已經在實體記憶體中;當頁表項第0位為1時,表明訪問的資料已經在記憶體中。另外,當頁目項第7位為1時,表明這是一個4M的頁面,這值已經是物理頁地址,用虛擬地址的低22位作為偏移量。  從應用程式角度,不再使用段地址暫存器(或稱選擇器),僅使用32位的偏移量,為2(即4 GiB)的連續線性定址空間。
保護模式(英語:Protected Mode,或有時簡寫為 pmode)是一種80286系列和之後的x86相容CPU的操作模式。保護模式有一些新的特性,如記憶體保護,分頁系統以及硬體支援的虛擬記憶體,能夠增強多工處理和系統穩定度。現今大部分的x86作業系統都在保護模式下執行,包含Linux、FreeBSD、以及微軟Windows 2.0和之後版本。