Защищенный режим виртуальной адресации (protected virtual address mode), или просто защищенный режим (protected mode). В этом режиме у процессора включаются механизмы сегментации и страничной трансляции. Механизм сегментации позволяет поддерживать виртуальную память объемом до 64 Тбайт.
На практике используется только страничная трансляция, благодаря которой каждой задаче предоставляется до 4 Гбайт виртуального адресного пространства. По умолчанию и адреса, и операнды имеют разрядность 32 бита. В защищенном режиме процессор может выполнять дополнительные инструкции, недоступные в реальном режиме;ряд инструкций, связанных с передачей управления, обработкой прерываний, и некоторые другие выполняются иначе, чем в реальном режиме.
Есть возможность организации 16-разрядного защищенного режима в стиле процессора 80286, но этот режим не представляет интереса.
Защищенный режим лишен недостатков реального режима, в нем можно адресоваться к участку памяти размером 4 Гб как к одному непрерывному массиву и вообще забыть о сегментах и смещениях. Этот режим намного сложнее реального, поэтому, чтобы переключить в него процессор и поддерживать работу в этом режиме, надо написать небольшую операционную систему. Кроме того, если процессор уже находится под управлением какой-то операционной системы, которая перевела его в защищенный режим, например Windows , она, скорее всего, не разрешит программе устранить себя от управления компьютером. С этой целью были разработаны специальные интерфейсы, позволяющие программам, запущенным в режиме V86 в DOS, переключаться в защищенный режим простым вызовом соответствующего прерывания — VCPI и DPMI.
В защищенном режиме базовый адрес загружается из дескриптора, хранящегося в таблице, по селектору, загруженному в используемый сегментный регистр