真實模式、保護模式和虛擬模式是X86中的概念。

從定址方式來說，CPU的IP（EIP）中存放的是虛地址，把一個虛地址轉換為實體地址，模式不同，轉換方式不同：

真實模式下--虛地址到實地址轉換，段暫存器左移四位與偏移相加，得到實體地址，定址空間1MB。

保護模式下--虛地址到實地址轉換經過MMU，也就是分段和分頁機制，定址空間4GB。另外，保護有兩層含義，一是保護作業系統不被隨意訪問和破壞，另外，保護應用程式在各自的地址空間不被隨意破壞。

在保護模式下CPU可以進入虛擬8086方式，這是在保護模式下的真實模式程式執行環境。

在微處理器的歷史上，第一款微處理器晶片4004是由Intel推出的，那是一個4位的微處理器。在4004之後，intel推出了一款8位處理器8080，它有1個主累加器（暫存器A）和6個次累加器（暫存器B、C、D、E、H和L），幾個次累加器可以配對（如組成BC、 DE或HL）用來訪問16位的記憶體地址，也就是說8080可訪問到64K內的地址空間。另外，那時還沒有段的概念，訪問記憶體都要通過絕對地址，因此程式中的地址必須進行硬編碼（給出具體地址），而且也難以重定位，這就不難理解為什麼當時的軟體大都是些可控性弱、結構簡陋，資料處理量小的工控程式了。

幾年後，intel開發出了16位的處理器8086，這個處理器標誌著Intel X86王朝的開始，這也是記憶體定址的第一次飛躍。之所以說這是一次飛躍，是因為8086處理器引入了一個重要概念--段。8086處理器引入了一個重要概念--段。8086處理器的定址目標是1M大的記憶體空間，於是它的地址匯流排擴充套件到了20位。但是，一個問題擺在了Intel設計人員面前，雖然地址匯流排寬度是20位的，但是CPU中“算術邏輯運算單元（ALU）”的寬度，即資料匯流排卻只有16位，也就是可直接加以運算的指標長度是16位的。如何填補這個空隙呢？可能的解決方案有多種，例如，可以像一些8位CPU中那樣，增設一些20位的指令專用於地址運算和操作，但是那樣又會造成CPU記憶體結構的不均勻。又例如，當時的PDP－11小型機也是16位的，但是其記憶體管理單元（MMU）可以將16位的地址對映到24位的地址空間。受此啟發，Intel設計了一種在當時看來不失為巧妙的方法，即分段的方法。

為了支援分段，Intel在8086 CPU中設定了四個段暫存器：CS、DS、SS和ES，分別用於可執行程式碼段、資料段、堆疊段及其他段。每個段暫存器都是16位的，對應於地址匯流排中的高16位。每條“訪內”指令中的內部地址也都是16位的，但是在送上地址匯流排之前，CPU內部自動地把它與某個段暫存器中的內容相加。因為段暫存器中的內容對應於20位地址匯流排中的高16位（就是把段暫存器左移4位），所以相加時實際上是記憶體匯流排中的高12位與段暫存器中的16位相加，而低4位保留不變，這樣就形成一個20位的實際地址，也就實現了從16位記憶體地址到20位實際地址的轉換，或者叫“對映”。段式記憶體管理帶來了顯而易見的優勢，程式的地址不再需要硬編碼了，除錯錯誤也更容易定位了，更可貴的是支援更大的記憶體地址。程式設計師開始獲得了自由。

技術的發展不會就此止步。intel的80286處理器於1982年問世了，它的地址匯流排位數增加到了24位，因此可以訪問到16M的記憶體空間。更重要的是從此開始引進了一個全新理念--保護模式。這種模式下記憶體段的訪問受到了限制。訪問記憶體時不能直接從段暫存器中獲得段的起始地址了，而需要經過額外轉換和檢查。為了和過去相容，80286記憶體定址可以有兩種方式，一種是先進的保護模式，另一種是老式的8086方式，被成為真實模式。系統啟動時處理器處於真實模式，只能訪問1M空間，經過處理可進入保護模式，訪問空間擴大到16M，但是要想從保護模式返回到真實模式，你只有重新啟動機器。還有一個致命的缺陷是80286雖然擴大了訪問空間，但是每個段的大小還是64k，程式規模仍受到限制。因此這個先天低能兒註定壽命不會很久。很快它就被天資卓越的兄弟--80386代替了。

80386是一個32位的CPU，也就是它的ALU資料匯流排是32位的，同時它的地址匯流排與資料匯流排寬度一致，也是32位，因此，其定址能力達到4GB。對於記憶體來說，似乎是足夠了。從理論上說，當資料匯流排與地址匯流排寬度一致時，其CPU結構應該簡潔明瞭。但是，80386無法做到這一點。作為X86產品系列的一員，80386必須維持那些段暫存器的存在，還必須支援真實模式，同時又要能支援保護模式，這給Intel的設計人員帶來很大的挑戰。Intel選擇了在段暫存器的基礎上構築保護模式，並且保留段暫存器16位。在保護模式下,它的段範圍不再受限於64K，可以達到4G。這一下真正解放了軟體工程師,他們不必再費盡心思去壓縮程式規模，軟體功能也因此迅速提升。

從8086的16位到80386的32位處理器，這看起來是處理器位數的變化，但實質上是處理器體系結構的變化，從定址方式上說，就是從“真實模式”到“保護模式”的變化。從80386以後，Intel的CPU經歷了80486、Pentium、PentiumII、PentiumIII等型號，雖然它們在速度上提高了好幾個數量級，功能上也有不少改進，但基本上屬於同一種系統結構的改進與加強，而無本質的變化，所以我們把80386以後的處理器統稱為IA32（32 Bit Intel Architecture）。