操作系统笔记
8086基础阶段总结
通用寄存器
内存访问&字节序
段地址&偏移地址
虚拟硬盘の写入&虚拟机(Bochs)
虚拟硬盘
- 写入数据工具：WinHex
- 一切从主引导扇区开始
Bochs虚拟机
可调试操作系统の虚拟机
显卡&显存
屏幕显示文本
一字节字符编码信息 + 一字节显示属性信息
MOV
mov 目的操作数，源操作数
汇编程序の标号
代表距离最近的汇编指令の汇编地址
JMP -> 段间绝对跳转指令
jmp 段地址:偏移地址
虚拟机添加硬盘运行写屏程序
主引导扇区布局
0x07C00 - 0x07E00
使用标号计算偏移地址
直接 对标号做加减操作 进行跳转
寄存器 绝对 间接 近跳转 -> jmp bx
近跳转：段内跳转
间接 ：跳转地址由寄存器间接给出
绝对 ：给出的地址是实际地址
使用相对偏移量の短跳转&近跳转(可省参数)
- 短跳转：jmp (short) 标号 -编译-> EB 8位の相对偏移量
- 近跳转：jmp (near) 标号 -编译-> E9 16位の相对偏移量
屏幕显示数字
- 无符号数除法 指令
- XOR -> 异或指令
- ADD -> 加法指令
- 段超越前缀 -> 跨段访问内存时，使用另一个段地址寄存器作前缀用：连接
循环、批量传送 和 条件转移
NASM 的 $ 和 $$ 指令
$ -> 当前代码的汇编地址
$$ -> 代码首部的起始汇编地址
跳过 非指令の数据区
- 指令：db、dw等定义数据区
- 在起始处用jmp跳至指令区
串传送
使用前准备工作：
DS:SI 原始数据串地址：偏移地址
ES:DI 目标位置段地址：偏移地址
指令(REP指令依cx计数)：
- (REP) MOVSB -> （重复） 按字节传送(一次)
- (REP) MOVSW -> （重复）按字传送(一次)
- CLD -> 方向标志清零，使之指示正方向(低地址->高地址)
- STD -> 置方向标志为1，指示反方向
标志寄存器FLAGS中：
- 方向标志(DF)：指示串传送流方向
- 零 标志(ZF)：指示最近一次计算所得是(1)否(0)为零
LOOP指令
用法：loop 标号(地址)
循环次数：cx寄存器中所存数值
机器码：E2 8位相对偏移量
执行过程：
- 将cx内容减一
- 若cx内容 不为零，转移执行，否则顺序往后执行
基址寻址& INC指令
INC -> 自增(可用于 基址偏移地址寻址 使基地址循环自增)
inc r/m(m需指定占用字节大小)
8086中，只能使用BX、SI、DI、BP寄存器来提供偏移地址(如mov [bx], dl)
寄存器BX在设计之初的作用之一就是用来提供数据访问的基地址，所以又叫基址寄存器(Base Address Register)*
在设计8086处理器时，每个寄存器都有自己的特殊用途，比如AX是累加器(Accumulator)，与它有关的指令还会做指令长度上的优化(较短)；CX是计数器(Counter)；DX是数据寄存器(Data)，除了作为通用寄存器外，还专门用于和外设之间进行数据传送；SI是源索引寄存器(Source Index)；DI是**目标索引寄存器(Destination Index)**，用于数据传送操作，我们已经在movsb和movsw指令用法中领略过了
DEC指令
DEC -> 自减
dec (r/m)
基址变址寻扯&条件转移指令
8086中基址变址允许的组合：
bx + si
bx + di
bp + si
bp + di
条件转移指令：
- JNS -> 符号标志(SF)为0时跳转
标志寄存器FLAGS中：
- 符号标志(SF)：计算结果最高位为0则为0，反之为1
计算机中的负数
减法指令&求补指令(SUB&NEG)
SUB -> 减法指令
sub r/m, r/m/imm(立即数)
注意：两操作数宽度需一致，且不能同为内存地址(m)
NEG -> 求负or求补
neg r/m -> 执行 0-操作数 操作 得到补码(负数)，执行后替换操作数中的内容
对于 有(无)符号数 の区分
可以说，大多数指令既适用于无符号整数，也适用于有符号整数。指令执行的结果不管是用无符号整数来解释，还是用有符号整数来解释，都是正确的
但是，也有一些指令不能同时应付无符号数和有符号数，需要根据你的实际情况选择它们的无符号版本和有符号版本。比如，无符号数乘法指令mul和有符号数乘法指令imul，以及无符号数除法指令div和有符号数除法指令idiv
简单总结，有些指令皆适用，有些指令要区分使用
有符号数の除法指令IDIV
idiv r/m
商和余数的符号性
如果 被除数 和 除数 的符号不同，商为负数
余数的符号 始终 和被除数相同
有符号数の符号扩展指令
栈&逻辑指令
栈
cs -> 指定代码段识别区
ds/es -> 指定数据段识别区
ss:sp -> 指定栈段识别区
栈の使用：(必须保持栈平衡，有压必有出)
PUSH -> 入栈
push r/m
push dx
push word [0x2002]
push 执行过程：
- sp = sp - 操作数大小(字节);
- 利用ss:sp生成物理地址;
- 将操作数写入上述地址处
POP -> 出栈
pop r/m
pop ax
pop word [0x08]
pop 执行过程：
- 利用ss:sp生成物理地址;
- 从上述地址处取得数据，存入由操作数提供的目标位置处;
- sp = sp + 2;
注意：
- 必须保持栈平衡，有压必有出
- 充分估计需要的栈空间，开辟安全的空间
逻辑指令
OR -> 逻辑或
or r/m, r/m/imm(左右操作数长度需一致)
AND -> 逻辑与
and r/m, r/m/imm(长度需一致)
Intel8086处理器の寻址方式
- 寄存器/立即数寻址/直接寻址
- 基址寻址
- 变址寻址
- 基址变址寻址
硬盘&显卡の访问与控制
align -> 设置段对齐长度
section s align=16
vstart -> 设置段内相对起始汇编地址
section s align=16 vstart=0x100
加载器 & 用户程序
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18;=================================================
section header vstart=0
; 程序总长度
program_lenth dd program_end
; 用户程序入口点
code_entry dw start
dd section.code.start
; 段重定位表项个数
realloc_tbl_len dw (segtbl_end-segtbl_begin)/4
; 段重定位表
segtbl_begin:
code_segment dd section.code.start
data_segment dd section.data.start
stack_segment dd section.stack.start
segtbl_end:
;=================================================
section code align=16 vstart=0
start:section.段名字.start -> 计算段汇编地址
加载器的工作流程 & 常数的声明方法
加载器工作流程
- 读取用户程序的起始扇区
- 把整个用户程序都读入内存
- 计算段的物理地址和逻辑段地址（段的重定位）
- 转移到用户程序执行（将处理器的控制权交给用户程序）
声明常量:
1
app_lba_start equ(als) 100 ; 相当于#define，常数的声明不占用汇编地址
外围设备及其接口
中断&动态时钟显示
中断
外部硬件中断
后经中断屏蔽寄存器
标志寄存器可选是否忽略中断
1 -> 接受&响应中断，0 -> 屏蔽信号
实模式下的中断向量表（由 BIOS 在开机时创建供 CPU 使用）
中断号 x 4 = 物理地址（段地址 + 偏移地址）
遇到中断时操作
- 保护断点现场（将标志寄存器、指令指针寄存器等压栈）
- 执行中断处理程序（取得地址、执行）
- 遇到 iret（中断返回）指令，返回断点，将前状态出栈，继续执行
时钟（RTC 电路 + CMOS RAM）
RTC：单独供电，CMOS RAM 中一小部分存储时钟信息，其它空间存储硬件配置等信息
RTC 电路可以发出的中断信号
周期性中断信号（Periodic Interrupt: PI）
PIE 置 1 时需将 0 ~ 3 位置数选择速率（0 ~ 3 全部置 0 则 PIE 自动置 0）
更新周期结束中断（Update-ended Interrupt: UI）
进行时钟更新的周期
更新周期的开关
更新周期的过程监视
时钟更新过程中会暂时与总线断开以防误访问
闹钟中断（Alarm Interrupt: AI）
中断类型的判别
对 寄存器 C（只读寄存器） 的读操作会使所有位清零，低 4 位为保留位（始终为 0）
32位x86处理器架构
保护模式
- wechat
- alipay
