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30天自制操作系统

Day 1​

Binary Editor

nask 汇编

Binary Editor

RESB指令是“reserve byte”的略写，如果想要从现在的地址开始空出10个字节来，就可以写成RESB 10，意思是我们预约了这10个字节。填0。

RESB 0x1fe-$了。这个美元符号的意思如果不讲，恐怕谁也搞不明白，它是一个变量，可以告诉我们这一行现在的字节数（如果严格来说，有时候它还会有别的意思，关于这一点我们明天再讲）。在这个程序里，我们已经在前面输出了132字节，所以这里的$就是132。

Day 2​

ORG 0x7c00 ; origin 0x7c00

首先是ORG指令。这个指令会告诉nask，在开始执行的时候，把这些机器语言指令装载到内存中的哪个地址。

Register 16bit​

AX——accumulator，累加寄存器

CX——counter，计数寄存器

DX——data，数据寄存器

BX——base，基址寄存器

SP——stack pointer，栈指针寄存器

BP——base pointer，基址指针寄存器

SI——source index，源变址寄存器

DI——destination index，目的变址寄存器

Register low 8 bit​

另一方面，CPU中还有8个8位寄存器。

AL——累加寄存器低位（accumulator low）

CL——计数寄存器低位（counter low）

DL——数据寄存器低位（data low）

BL——基址寄存器低位（base low）

AH——累加寄存器高位（accumulator high）

CH——计数寄存器高位（counter high）

DH——数据寄存器高位（data high）

BH——基址寄存器高位（base high）

名字看起来有点像，其实这是有原因的：AX寄存器共有16位，其中0位到7位的低8位称为AL，而8位到15位的高8位称为AH。所以，如果以为“再加上这8个8位寄存器，CPU就又可以多保存8个字节了”就大错特错了，CPU还是那个CPU，依然只能存储区区16个字节。CPU的存储能力实在是太有限了

那BP、SP、SI、DI怎么没分为“L”和“H”呢？能这么想，就说明大家已经做到举一反三了，但可惜的是这几个寄存器不能分为“L”和“H”。如果无论如何都要分别取高位或低位数据的话，就必须先用“MOV，AX，SI”将SI的值赋到AX中去，然后再用AL、AH来取值。这貌似是英特尔（Intel）的设计人员的思维模式。

register 32 bit​

EAX, ECX, EDX, EBX, ESP, EBP, ESI, EDI
这些就是32位寄存器。虽说EAX是个32位寄存器，但其实跟前面一样，它有一部分是与AX共用的，32位中的低16位就是AX，而高16位既没有名字，也没有寄存器编号。也就是说，虽然我们可以把EAX作为2个16位寄存器来用，但只有低16位用起来方便；如果我们要用高16位的话，就需要使用移位命令，把高16位移到低16位后才能用。

segment Register 16bit​

ES——附加段寄存器（extra segment）

CS——代码段寄存器（code segment）

SS——栈段寄存器（stack segment）

DS——数据段寄存器（data segment）

FS——没有名称（segment part 2）

GS——没有名称（segment part 3）

CPU & memory​

下面我们来看“MOV AL,[SI]”。如果这个命令是“MOV AL,SI”的话，不用多说大家也都能明白它的意思，可这里用方括号把SI括了起来。如果在汇编语言中出现这个方括号，寄存器所代表的意思就完全不一样了

CPU与内存之间的电信号交换，并不仅仅是为了存取数据。因为从根本上讲，程序本身也是保存在内存里的。程序一般都大于44字节，不可能保存在寄存器中，所以规定程序必须放在内存里。CPU在执行机器语言时，必须从内存一个命令一个命令地读取程序，顺序执行

MOV指令的数据传送源和传送目的地不仅可以是寄存器或常数，也可以是内存地址。
MOV BYTE [678],123
这个指令是要用内存的“678”号地址来保存“123”这个数值。

至于内存地址的指定方法，我们不仅可以使用常数，还可以用寄存器。比如“BYTE [SI]”、“WORD [BX]”等等。如果SI中保存的是987的话，“BYTE [SI]”就会被解释成“BYTE [987]”，即指定地址为987的内存。

根据以上说明我们知道可以用下面这个指令将SI地址的1字节内容读入到AL。
MOV AL, BYTE [SI]
可是MOV指令有一个规则1，那就是源数据和目的数据必须位数相同。也就是说，能向AL里代入的就只有BYTE，这样一来就可以省略BYTE，即可以写成：
MOV AL, [SI]

JE​

jump equre 如果相等就跳转

BIOS​

电脑里有个名为BIOS的程序，出厂时就组装在电脑主板上的ROM2单元里。电脑厂家在BIOS中预先写入了操作系统开发人员经常会用到的一些程序，非常方便。BIOS是英文“basic input output system”的缩写，直译过来就是“基本输入输出系统（程序）”。

ORG 0x7c00​

内存的0号地址，也就是最开始的部分，是BIOS程序用来实现各种不同功能的地方，如果我们随便使用的话，就会与BIOS发生冲突，结果不只是BIOS会出错，而且我们的程序也肯定会问题百出。另外，在内存的0xf0000号地址附近，还存放着BIOS程序本身，那里我们也不能使用。

内存里还有其他不少地方也是不能用的，所以我们作为操作系统开发者，不得不注意这一点。

0x00007c00-0x00007dff ：启动区内容的装载地址
程序中ORG指令的值就是这个数字。而且正是因为我们使用的是这个同样的数字，所以程序才能正常运行。

http://community.osdev.info/?(AT)memorymap

Day3 进入32位模式并导入C语言​

JC​

所谓JC，是“jump if carry”的缩写，意思是如果进位标志（carry flag）是1的话，就跳转。这里突然冒出来“进位标志”这么个新词，不过大家不用担心，很快就会明白的。

INT 0x13​

至于“INT 0x13”这个指令，我们虽然知道这是要调用BIOS的0x13号函数，但还不明白它到底是干什么用的，那就来查一下吧。当然还是来看下面这个（AT）BIOS网页，

http://community.osdev.info/?(AT)BIOS

内存地址的寄存器保存​

一般说来，如果能用一个寄存器来表示内存地址的话，当然会很方便，但一个BX只能表示0～0xffff的值，也就是只有0～65535，最大才64K。大家的电脑起码也都有64M内存，或者更多，只用一个寄存器来表示内存地址的话，就只能用64K的内存，这太可惜了。

于是为了解决这个问题，就增加了一个叫EBX的寄存器，这样就能处理4G内存了。这是CPU能处理的最大内存量，没有任何问题。但EBX的导入是很久以后的事情，在设计BIOS的时代，CPU甚至还没有32位寄存器，所以当时只好设计了一个起辅助作用的段寄存器（segment register）。在指定内存地址的时候，可以使用这个段寄存器。

我们使用段寄存器时，以ES:BX这种方式来表示地址，写成“MOV AL,[ES:BX]”，它代表ES×16+BX的内存地址。我们可以把它理解成先用ES寄存器指定一个大致的地址，然后再用BX来指定其中一个具体地址。

32位系统0x8000启动区装载地址​

0x8000～0x81ff这512字节是留给启动区的，要将启动区的内容读到那里，所以就这样吧。

0x7c00～0x7dff用于启动区，0x7e00以后直到0x9fbff为止的区域都没有特别的用途，操作系统 可以随便使用。

段寄存器​

到目前为止我们开发的程序完全没有考虑段寄存器，但事实上，不管我们要指定内存的什么地址，都必须同时指定段寄存器，这是规定。一般如果省略的话就会把“DS:”作为默认的段寄存器。

以前我们用的“MOV CX,[1234]”，其实是“MOV CX,[DS:1234]”的意思。“MOV AL,[SI]”，也就是“MOV AL,[DS:SI]”的意思。在汇编语言中，如果每回都这样写就太麻烦了，所以可以省略默认的段寄存器DS。

JBE​

这也是个条件跳转指令，是“jump if below or equal”的缩写，意思是小于等于则跳转

JB。这也是条件跳转指令，是“jump if below”的缩写。翻译过来就是：“如果小于的话，就跳转。”​

EQU​

还有一个新指令，就是在程序开头使用的EQU指令。这相当于C语言的#define命令，用来声明常数。“CYLS EQU 10”意思是“CYLS = 10”。EQU是“equal”的缩写。

Floppy 寄存器读取设置​

磁盘读、写，扇区校验（verify），以及寻道（seek）

AH=0x02;（读盘）

AH=0x03;（写盘）

AH=0x04;（校验）

AH=0x0c;（寻道）

AL=处理对象的扇区数;（只能同时处理连续的扇区）

CH=柱面号 &0xff;

CL=扇区号（0-5位）|（柱面号&0x300）* * 2;

DH=磁头号;

DL=驱动器号；

ES:BX=缓冲地址；(校验及寻道时不使用)

返回值：
FLACS.CF==0：没有错误，AH==0
FLAGS.CF==1：有错误，错误号码存入AH内（与重置（reset）功能一样）

Day 4​

global（segment）descriptor table​

IDT是“interrupt descriptor table”​

的缩写，直译过来就是“中断记录表”。当CPU遇到外部状况变化，或者是内部偶然发生某些错误时，会临时切换过去处理这种突发事件。这就是中断功能。

PIC​

是“programmable interrupt controller”的缩写，意思是“可编程中断控制器”。

PIC是将8个中断信号1集合成一个中断信号的装置。PIC监视着输入管脚的8个中断信号，只要有一个中断信号进来，就将唯一的输出管脚信号变成ON，并通知给CPU。IBM的大叔们想要通过增加PIC来处理更多的中断信号，他们认为电脑会有8个以上的外部设备，所以就把中断信号设计成了15个，并为此增设了2个PIC

与CPU直接相连的PIC称为主PIC（master PIC），与主PIC相连的PIC称为从PIC（slave PIC）。主PIC负责处理第0到第7号中断信号，从PIC负责处理第8到第15号中断信号。

ICW​

ICW是“initial control word”的缩写 ICW有4个，分别编号为1~4，共有4个字节的数据。 ICW1和ICW4与PIC主板配线方式、中断信号的电气特性等有关，所以就不详细说明了。 电脑上设定的是上述程序所示的固定值，不会设定其他的值。如果故意改成别的什么值的话，早期的电脑说不定会烧断保险丝，或者器件冒烟2； 最近的电脑，对这种设定起反应的电路本身被省略了，所以不会有任何反应。