64 位计算机 (x86) 能否在没有仿真的情况下本机运行 16 位操作系统？

Question

如果您要构建具有完全现代部件的现代 x86 计算机，您是否可以在没有任何仿真甚至使用 FreeDOS 的情况下将 MS-DOS 6.11 和 Windows 3.11 加载到它上面？我最近看到一个视频，它是在 Windows 95 上完成的，一个 32 位操作系统，但它可以用 Windows 3.1 或更低版本的 16 位操作系统完成吗？

Answer 1

是的。64 位 CPU（x86 类型）可以在 x86 实模式下运行，这就是 16 位应用程序运行的地方。您有它的所有限制（640KB 内存、16 位宽寄存器等），但您的处理器速度比 80 年代快数百甚至数千倍，当时这些 16 位操作系统风靡一时。

但是硬件访问是有问题的。由于英特尔计划在 2020 年主动放弃对旧版 BIOS 甚至兼容性支持模块的支持，因此您的 16 位应用程序将无法依赖 BIOS 调用来执行磁盘访问、图形、键盘/鼠标输入等。必须为所有这些编写 16 位驱动程序，这实际上并不可行，因为大多数设备无法使用 16 位寻址（设备 PCI 地址通常约为 3GB），并且无法判断您的驱动程序“将此缓冲区数据写入地址 0xEF000000”（因为这将是驱动程序所期望的）。

另一方面，如果您仍然使用传统的 BIOS（或至少启用了 UEFI CSM），您仍然可以运行旧的 16 位软件。但是，硬件支持将是有限的，因为所有这些都必须由 BIOS 提供，并且 BIOS 制造商可能会减少广泛的支持，只支持有限数量的 USB 设备以及一定数量的 SATA（甚至 NVMe）设备.

Answer 2

随着 CPU 和 PC 的发展，CPU 制造商一直致力于保持与以前的指令集和软件的向后兼容性。您仍然可以找到一些关于在 Intel 8086（从 1970 年代后期开始）上引入的现代 x86-64 CPU 的说明。

您的问题的答案是肯定的，现代 x86-64 PC 在技术上可以运行 16 位操作系统。事实上，这里有一个由流行 YouTuber LGR 制作的视频的链接，该视频显示他在他的新游戏 PC 上安装 MS-DOS 6.2。

做这样的事情有一些明显的限制。在 DOS 中，您将无法访问超过 640K 的 RAM。同样，如果您在 64 位硬件（或 32 位硬件，就此而言）上运行 32 位操作系统，您运行的程序将被限制为使用 4GB 的 RAM。

尽管如此，64 位操作系统不能像 32 位软件那样在本地运行 16 位软件。一个奇怪的怪癖，但这就是计算机芯片饼干崩溃的原因。

Answer 3

是的。现代 x86-64 CPU 仍然完全向后兼容，甚至可以追溯到第一代 (8086)

完全向后兼容性在计算机指令集架构中尤为重要，最成功的架构之一是 x86 系列微处理器。它们的完全向后兼容性可以追溯到 1978 年推出的 16 位 Intel 8086/8088 处理器。（反过来，8086/8088 的设计考虑到为其前身编写的程序易于机器翻译，尽管它们不是指令-set 与 1974 年的 8 位 Intel 8080 处理器兼容。

https://en.wikipedia.org/wiki/Backward_compatibility#Hardware

它甚至从实模式启动，实模式是 DOS 运行的模式。启动引导加载程序或内核将根据需要切换到 32 或 64 位模式

支持保护模式的 x86 处理器启动到实模式，以便与较旧的 8086 类处理器向后兼容。上电（又名启动）时，处理器以实模式初始化，然后开始执行指令。操作系统引导代码可能存储在ROM 中，可以将处理器置于保护模式以启用分页和其他功能。保护模式下的指令集类似于实模式下使用的指令集。

https://en.wikipedia.org/wiki/X86#Protected_mode

因此，绝对有可能在所有 x86 CPU 中安装所有 DOS 版本并受到所有 DOS 限制，例如寻址模式或地址线数量。Windows 3.x 实际上只是一个运行在 DOS 之上的 GUI 应用程序（尽管以不同的 16 位模式运行），因此您也可以在现代机器上运行它

然而，先前模式和 64 位模式（又名长模式）的一个主要区别是，一旦 CPU 切换到长模式，它就无法转换回虚拟 8086 模式，因此您无法运行 16 位 DOS 64 位 Windows 中的应用程序。对于那些你必须在裸机上运行的人（所以在裸机上运行它也可以）

请参阅是否可以在支持 Intel IA-32e 模式的操作系统中运行 16 位代码？

也就是说，虽然 CPU 支持完整的 16 位指令集，但由于缺乏现代硬件支持，启动系统可能很困难，正如其他人所说