【README】

1.本文总结自B站《操作系统（哈工大李治军老师）》的视频讲解，非常棒，墙裂推荐；

【1】计算机上电

1）问题：这神秘的黑色背后发生了什么？计算机是怎么工作的？

【2】从白纸到图灵机

计算3+2的加法：

控制器从纸带上读取已经写好的3 2 +；读取后，执行加法逻辑得到5，并把5再次送入到纸带上；但问题是，这个控制器只会做加法，不能做其他，这就是问题所在了；

【3】从图灵机到通用图灵机

如果一个控制器，像一个只会做饼的厨师那样，就显得很低级，不灵活，没法扩展了；
我们需要的是能够看懂菜谱的厨师一样的控制器；能够灵活与扩展，不仅仅只会做加法，还会做其他算术或逻辑运算；

厨师读到菜谱1，可以做菜品1；

厨师读到菜谱2，可以做菜品2；

控制器也一样：

先预先设置控制器动作逻辑；

然后读取数据对象，根据预设动作进行相应的计算；

通用图灵机：能够设置控制器动作逻辑的控制机；其中控制器动作逻辑就是应用程序；

【4】从通用图灵机到计算机

冯诺依曼存储程序思想，在1946年提出：
4.1）存储程序的主要思想：将程序和数据存放到计算机内部的存储器中，计算机在程序的控制下一步步处理；

把程序或指令存储到内存（主存）里，然后用一条指令指针（IP或PC）指向某条指令；把该指令载入到控制器（取指），从而形成控制逻辑，即指令描述了控制器如何工作，接着控制器根据指令进行相应操作（执行）；

小结：计算机怎么工作的呢？取指+执行；

4.2）冯诺依曼计算机由5大部件组成：

输入设备；
输出设备；
存储器；
运算器；
控制器；

那windows系统启动的黑色背景如何产生的？

经过刚刚的分析，控制器是在指令下工作的，指令是由PC或IP的指向得到的；那计算机启动时，PC或IP指向的第一条指令是什么？

【5】打开电源，计算机执行的第一句指令是什么？

【问题】打开电源，计算机执行的第一句指令是什么？

1）BIOS：Basic Input Output System，基本输入输出系统；（开机时，唯一有程序的地方）
开机执行步骤：

步骤1：开机后，CS=0xFFFF， IP=0x0000 ；CS-Code Segment-代码段寄存器；IP=Instruction Point=指令指针寄存器；
步骤2：读取CS和IP的值，并把CS的地址左移4位与IP寄存器的地址相加，得到BIOS程序所在地址 0xFFFF0 ；
步骤3：从只读存储器ROM中 CS:IP地址上读取BIOS程序到控制器，控制器根据BIOS程序进行相应操作；
步骤4：BIOS程序首先检查 ram，主板，键盘，显示器，软硬磁盘；
步骤5：接着BIOS程序把磁盘的0磁道0扇区（即第1个扇区512字节）的数据读取到以0x7c00为首地址的内存单元中；其中0磁盘0扇区即第1个扇区就是操作系统的引导程序所在扇区（又称引导扇区），1个扇区512k；
步骤6：设置cs=0x07c0，ip=0x0000；所以可以得到内存地址0x7c00；

接下来，控制器就会执行内存地址0x7c00保存的程序，即操作系统引导扇区的程序；

【5.1】0x7c00存放的代码是什么？

1）引导扇区代码示例：

Bootsect.s 中的 .s 指的是汇编代码assembly；其中bootsect指的是引导扇区，boot sector；
所以引导扇区代码，是一段汇编代码；

2）为什么要用汇编代码？而不用C呢？

C语言无法控制某个变量在内存中的哪个位置上存储；
而因为汇编的每一条指令都转为了机器指令，汇编可以控制变量存储的内存地址；
又引导扇区需要对程序进行完整控制，包括变量存储的内存地址；

3）Bootsect.s 引导扇区的代码要做什么事情呢？

引导扇区程序（0x7c00处存放的代码）的汇编指令执行步骤：

表1 引导扇区汇编程序bootsect执行步骤

步骤	指令	描述
1	mov ax,#BOOTSEG	#BOOTSEG=0x07c0;
2	mov ds,ax	把 0x07c0送入ds寄存器；
3	Mov ax,#INITSEG	#INITSEG=0x9000;
4	Mov es,ax	把 0x9000送入es寄存器
5	Mov cs,#256	把256赋值给cs寄存器；
6	Sub si si	把0x0000送入si寄存器；
7	Sub di di	把0x0000送入di寄存器；
8	Rep movw	重复移动256个字=512字节；源地址：ds:si=0x07c0:0x0000；即0x7c00；目标地址：es:di=0x9000:0x0000；即0x90000；即把0x7c00的代码拷贝到0x90000内存地址
9	jmpi go, INITSEG	jump intersegment-段间跳转：目标地址=cs:ip=INITSEG:go=0x9000:go；即下面进入到go为标号（锚点）的汇编指令执行；

补充，寄存器列表：

1. AX――累加器（Accumulator），使用频度最高
2. BX――基址寄存器（Base Register），常存放存储器地址
3. CX――计数器（Count Register），常作为计数器
4. DX――数据寄存器（Data Register），存放数据
5. SI――源变址寄存器（Source Index），常保存存储单元地址
6. DI――目的变址寄存器（Destination Index），常保存存储单元地址
7. BP――基址指针寄存器（Base Pointer），表示堆栈区域中的基地址
8. SP――堆栈指针寄存器（Stack Pointer），指示堆栈区域的栈顶地址
9. IP――指令指针寄存器（Instruction Pointer），指示要执行指令所在存储单元的地址。IP寄存器是一个专用寄存器。

4）为什么要把0x7c00的引导扇区程序拷贝到0x90000呢？
为了腾出空间，腾出空间干什么呢？

5）jmpi go, INITSEG 是什么作用（引导扇区代码最后一条指令）？

jump intersegment-段间跳转：

目标地址=cs:ip=INITSEG:go；

图 1 启动盘结构图

表1中的步骤9 执行了 jmpi go, INITSEG；意思是跳转到目标地址=cs:ip=INITSEG:go=0x9000:go 去执行；所以接着执行上图的 go标号的汇编指令，步骤如下：

步骤	指令	描述
go标号
1	Mov ax,cs	把cs=0x9000赋值给ax
2	Mov ds,ax	把值0x9000赋值给ds
3	Mov es,ax	把值0x9000赋值给es
4	Mov ss,ax	把值0x9000赋值给ss
5	Mov sp,#0xff00	把值0xff00赋值给sp
load_setup标号		载入setup模块
7	Mov dx,#0x0000
8	Mov cx,#0x0002	ch=0x00 cl=0x02
9	Mov bx,#0x0200	把0x0200赋值给bx
10	Mov ax,#0x0200+SETUPLEN	//SETUPLEN=4; 把0x0204赋值给ax; ah=0x02 al=0x04
11	Int 0x13	//BIOS中断，读取磁盘数据
12	Jnc ok_load_setup	//跳转到 ok_load_setup标号（锚点）
13	Mov dx,#0x0000
14	Mov ax,#0x0000	// 复位
15	Int 0x13
16	J load_setup	// 重读

最重要的指令是 int 0x13，这是一个BIOS中断；这个中断从磁盘读取数据，磁盘寻址如下：
从ch:cl（柱面号:开始扇区=0x00:0x02）开始读取磁盘数据，共计读取ah:al（0x02:0x04读磁盘:扇区数量）个扇区到内存地址es:bx（0x9000:0x0200）；
即从第2个扇区读取4个扇区的数据（setup数据）到内存0x90200，因为第1个扇区存储了引导扇区程序；

6）接着，读入setup模块后，执行 ok_load_setup 锚点：

Int 0x10 表示一种BIOS中断，用于显示字符；显示的字符为 #msg1 即bp寄存器；
ok_load_setup标号的程序执行步骤如下：
表3 ok_load_setup汇编程序执行过程

步骤	指令	描述
ok_load_setup标号		// 载入setup模块
1	Mov dl,#0x00	把0x00赋值给dl
2	Mov ax,#0x0800	把0x0800赋值给ax，即ah:al=08:00
3	Int ox13	//BIOS中断，读取磁盘数据
4	Mov ch,#0x00	把0x00赋值给ch
5	Mov sectors,cx	把cx赋值给sectors
	Mov ah,#0x03	把0x03赋值给ah
7	Xor bh,bh	异或运算，把0x00赋值给bh
8	Int 0x10	//BIOS中断，读光标
9	Mov cx,#24	把24赋值给cx，表示要输出24个字符；
10	Mov bx,#0x0007	把0x0007赋值给bx；其中0007是显示属性；
11	Mov bp,#msg1	把msg1赋值给bp；bp存储要显示的字符； msg1是偏移；就是把 Loading system字符串打到屏幕上的光标位置；其中byte13,10 分别是换行和回车ascii码
12	Mov ax,#1301	把1301赋值给ax
13	int 0x10	//BIOS中断，显示字符
14	Mov ax,#SYSSEG	//SYSSEG=0x1000
15	Mov es,ax	把ax赋值给es；
16	Call read_it	//读取system模块 read_it 仍然是13号中断，把操作系统后面的代码读入到内存；读完之后，bootsect汇编文件执行完成；
	Jmpi 0,SETUPSEG	// SETUPSEG=0x9020 jump intersegment-段间跳转：目标地址=cs:ip=SETUPSEG:0=SETUPSEG:0；即下面跳转到SETUPSEG为标号（锚点）的汇编指令执行；