《30天自制操作系统》 第一周（D1-D7） 笔记

前言：这是我2023年5月份做的一个小项目，最终是完成了整个OS。笔记的话，只记录了第一周。想完善，却扔在草稿箱里许久。最终决定，还是发出来存个档吧。

一、汇编语言

基础指令

• MOV: move赋值，数据传送指令。一个规则：源数据和目的数据必须位数相同。该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，而且可以是内存地址
• ADD: add加，演算指令
• CMP: compare比较指令
• JMP: jump/goto跳转，跳转到指定的内存地址（例如：JMP 0x7c50）
• ORG: origin源头起点，程序要从指定的该地址开始
• DB: define byte往文件里直接写入1个字节的指令，db小写功能相同；也可直接用它写字符串
• RESB: reserve byte预留n个字节，空出地址上自动填充0x00

条件跳转指令

• JE: jump if equal如果相等就跳转
• JB: jump if below如果小于就跳转
• JAE: jump if above or equal大于或等于时就跳转
• JBE: jump if below or equal小于或等于时就跳转
• JC: jump if carry如果进位标志是1就跳转
• JNC: jump if not carry如果进位标志是0就跳转

其他指令

• DW: define word16位，2字节
• DD: define double-word32位，4字节
• BYTE/WORD/DWORD: 保留字
• DWORD: Double Word双字节数据类型，是指注册表的键值，每个word为2个字节的长度，DWORD 双字即为4个字节，每个字节是8位，共32位
• entry: 入口，标签的声明，指定JMP指令的跳转目的地【汇编中，所有标号都是数字，其对应的数字由汇编语言编译器根据ORG指令计算出来】
• EQU: equal声明常数
• fin: finish结束
• INT: interrupt中断，调用BIOS函数的指令
• HLT: halt停止，让CPU停止动作的指令（进入待机状态），节能
• CLI: clear interrupt flag中断标志置为0
• STI: set interrupt flag中断标志置为1
• EFLAGS: 存储进位标志和中断标志等标志的寄存器
• PUSHFD: push flags double-word标志位的值按双字节长压入栈
• POPFD: pop flags double-word标志位的值按双字节长从栈弹出
• LGDT: 指定一个内存地址，从指定的地址【ESP+6】读取6个字节后赋值给GDTR寄存器（48位）
• 将指定的段上限【存放在ESP+4】和地址值【ESP+8】赋值给名为GDTR的48位寄存器（低位放在内存地址小的字节里，前）
• $: 这一行现在的字节数；若有ORG，代表将要读入的内存地址
• []: 内存/主存，对于CPU，其为外部存储器

二、存储相关概念

缓冲区地址：从软盘上读出的数据装载到内存的哪个位置

EBX处理4G内存，32位基址寄存器

起辅助作用的段寄存器：MOV AL,[ES:BS] 代表ES*16+BX的内存地址

先用附加段寄存器指定一个大致的地址，然后再用基址寄存器来指定其中一个具体地址

可以默认省略数据段寄存器DS,DS必须预先指定为0：

例如

MOV CX,[1234] 等价于MOV CX,[DS:1234]

MOV AL,[SI]等价于MOV AL,[DS:AL]

指定处理的扇区数，范围在0x01-0xff(指定0x02以上的数值时，要特别注意能够连续处理多个扇区的条件。如果是FD的话，似乎不能跨越多个磁道，也不能超过64KB的界限)

读盘顺序：扇区-磁头-柱面

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：

FLAGS.CF: 进位标志

FLACG.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）

0x10(16号): 控制显卡

//显示一个字符
AH=0x0e;
AL=character code;
BH=0;
BL=color code;
返回值：无

//系统复位，复位软盘状态，再读一次
AH=0X00
DL=0X00
INT=0x13

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一般向一个空软盘保存文件时，

1）文件名会写在0x002600以后的地方

2）文件的内容会写在0x004200以后的地方

如果与C语言联合使用，有的寄存器能自由使用：EAX/ECX/EDX，其他寄存器只能使用其值，不能改变其值

char *p;//用于BYTE类地址
short *p;//用于WORD类地址
int *p;//用于DWORD类地址

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os思想：把操作和机制分开

三、术语

TAB=4: TAB键的宽度

FAT=12: 用Windows或MS-DOS格式化出来的软盘就是该格式

boot sector: 启动区，软盘的第一个扇区（512字节为1扇区），一张软盘共有2880个扇区

IPL: initial program loader启动程序加载器，必须取8字节的名字

boot: bootstrap启动，原指靴子上附带的便于拿取的靴带，自力更生完成任务

BIOS: basic input output system基本输入输出系统，组装在电脑主板的ROM(read only memory)单元里

0x00007c00-0x00007dff: 启动区内容的装载地址

地址空间：一个进程用于寻址内存的一套地址集合。主要用于解决多个应用程序同时处于内存中并且互不影响的问题——保护和重定位。

.com: 地址空间可以非数字，以.com结尾的网络域名的集合也是地址空间。

sys是system的缩写,就是系统的意思,sys是Windows的系统文件。如安装文件，日志文件，驱动文件，备份文件，操作如播放等文件，还有些垃圾文件等诸如此类。 都是这类sys后缀名的。

sys文件是驱动程序的可执行代码,其扩展名为.sys,驱动程序安装保持在windows/system32/drivers目录中。

在windows中文件的文件的路径是用反斜杠（\）表示（当初是为了和Unix的文件路径使用”/“区分开来），例如 C:\windows\system,但是我们在写程序的时候能不能再路径的字符串中写成C:\windows\system？答案是不能的，这一点想一下就会可以理解，在很多编译器中，“\”是一个转义字符，例如“\n,\r”等，如果在程序中写成“C:\windows\system“那么实际上编译出来的就是“C:windowssystem "，从而获取不到文件，但是这个路径可以写成C:\windows\system，或者也可以用正斜杠C:/windows/system,这两中方式都是可以的。说到这里，基本上这两种用法不会混淆了，只要记住”\“反斜杠有转义的功能，那么写路径的时候就不会出问题了。 顺便拓展一下，文件的相对路径和绝对路径： 例如一个绝对路径：C:\Windows\System\aaa.dll 如果当前目录是C:\windows 那么aaa.dll这个文件的地址可以表示为： ./system/aaa.dll 中”.“表示当前路径， …/windows/system/aaa.dll中”…“表示父级目录。

VGA显卡：VGA（Video Graphics Array）视频图形阵列是IBM于1987年提出的一个使用模拟信号的电脑显示标准。

sprintf: 只对内存进行操作，可应用于所有OS。不是按指定格式输出，只是将输出内容作为字符串写在内存中。能够不使用OS的任何功能。

分段：将4GB的内存分割，每一块的起始地址都看作0来处理

分页：paging，有多少个任务就要分多少页，还要对内存进行排序

GDT设定要优先于IDT

GDT: global (segment) descriptor table全局段号记录表。将这些数据整齐地排列在内存的某个地方，然后将内存的起始地址和有效设定个数放在CPU内被称作GDTR(global segment descriptor table register)的特殊寄存器中，设定完成。C语言里不能对GDTR赋值。

IDT: interrupt descriptor table中断记录表

中断功能：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。

要使用鼠标，就必须要使用中断。

各个设备有变化时就产生中断，中断发生后，CPU暂时停止正在处理的任务，并做好接下来能够继续处理的准备，转而执行中断程序。中断程序执行完后，再调用事先设定好的函数，返回处理中的任务。正是得益于中断机制，CPU可以一直不用查询键盘、鼠标、网卡等设备的状态，将精力集中在处理任务上。

这就是为什么每个操作前后要加中断标志的原因叭~

系统专用和应用程序用 等价于 内核模式和用户模式

PIC: programmable interrupt controller可编程中断控制器。将8个中断信号IRQ(interrupt request)集合成一个中断信号的装置。

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PIC寄存器（8位）

IMR: interrupt mask register中断屏蔽寄存器。8位分别对应8路IRQ信号。如果该位值为1，对应IRQ信号被屏蔽，PIC忽视该路信号。理由：对中断设定进行更改时，如果再接受别的中断会引起混乱，所以要屏蔽；此外，还可以屏蔽静电干扰等。

ICW: initial control word初始化控制数据。（只有CPU里word指代16位，这里不一定）

OCW:操作命令字。OCW1写入奇地址口，OCW2、OCW3写入偶地址口。功能：PIC继续时刻监视IRQ信号中断是否发生。io_out8(PIC0_0CW2, 0x60+IDQ号码)

四、遇到的问题

描述问题1：模拟运行操作系统时，双击"!cons_9x.bat"启动失败。 解决方法：导致该问题的原因是我自己没有仔细看书上的标注，双击"!cons_nt.bat"重试后启动成功。原因是两个文件中的命令不同，"!cons_9x.bat"中命令为command，适合linux一类系统，而"!cons_nt.bat"中命令为cmd.exe适合我现在所用的windows系统。

问题2

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人麻了，以为路径表示不对，跟着重新打了一遍一模一样的，最后发现是拼写失误！IMG写成ING了。

改了名称，一切正常。

网上跟我同一个报错的，但理由又是各不相同。

问题3数据也能执行吗？msg 机器语言也能显示吗？entry

不会报错，标号只是一个数字，但会错乱

不太懂以下的语句：

0A 0A——OR CL,[BP+SI]

68 65 6C——PUSH 0x6c65

问题4

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问题5 无法生成sys文件

磁盘名称11字节

代码抄错，生成镜像文件时，一定要确保bin,sys, Makefile 同时存在

报错驱使我把代码看得更细

人才：把200写成了2OO，吐血

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学会定位错误。添加新的中间文件makefile时，需要注意前后的连贯性，是否需要添加/增减

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忘记声明全局变量了

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问题可能出在makefile/naskfunc.nas/bootpack.c中

问题

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使用32位寄存器需要你进入保护模式，进入保护的方法就是开A20 gate，我看下面几行的汇编应该就是在对CR0的这个位进行设置，从而进行快速A20。如果想使用64位寄存器，就必须在进入保护模式之后，开启长模式(long mode)。

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INSTRSET指令：告诉nask这个程序是给486使用的哦，nask会将EAX解释成寄存器名

486是英特尔系列的CPU【32位】

指定内存时，不知道是BYTE,WORD,DWORD，只有另一方也是寄存器的时候才能省略

p不是指针，而是地址变量，用于存放地址值

问题：如何显示字符

这个逻辑还是没有搞清楚

//extern char hankaku[4096]; why can delete?

//GDT的长度是怎么定的？0x270000-0x27ffff

问题：

第六天中的GB到底是什么？

1GB(Gigabyte)=1024MB

G:granularity颗粒度，单位的大小

4KB * 1M=4GB。1KB * 1M = 1GB。

问题： 为什么键盘输入需要缓冲区

缓冲区其实就是一块内存空间，它用在硬件设备和用户程序之间，用来缓存数据， 目的是让快速的CPU 不必等待慢速的输入输出设备，同时减少操作硬件的次数。

_io_stihlt

汇编语言写的函数，链接到C语言使用时，一定要加_

根据CPU规范，机器语言的STI指令之后，如果紧跟着HLT指令，那么就暂不受理这两条指令之间的中断，而要等到HLT指令之后才受理，所以使用io_stihlt函数就能克服这一问题

最常出现的错误：can't link

关注细节语法错误，重点看中断部分

.h 和 naskfunc.nas

问题：

改善FIFO缓冲区，还存在E0问题

五、总结感悟

• 头文件.h 和 makefile类正则匹配的共同目的：减少重复片段
• 头文件.h的作用：类似目录
• 报错首先检查笔误，再依次按关联度从高到低排查文件