计算机启动过程

计算机的开机过程

• 两个关键的寄存器：CS段寄存器和IP段内偏移寄存器
• 计算机运行的本质即为“取址执行”，因此，在开机的瞬间，想要运行计算机，必须要找到需要执行的第一条指令，而该条指令的地址由一个指针指向，该指针即为PC
• PC的计算来源于上述两个关键寄存器，在初始阶段，PC=CS<<4 + IP,因此，在计算机开机执行的第一条指令即为PC指向位置的指令，接下来，以x86构架的Windows计算机开机过程为例对计算机启动背后发生的故事进行简述

1.BIOS(basic input output system)

• 计算机上电后，要执行PC指向的第一条指令，在通常情况下，计算机上电前，CS寄存器和IP寄存器都被初始化为一个确定值，例如CS=0xffff,IP=0x0000,此时，PC=0xffff0（即BIOS第一条指令的地址）
• CPU根据PC寄存器内地址取出BIOS第一条指令开始执行，此时CS和IP值进行更新，指向下一条需要执行的指令，由此，计算机开始执行BIOS代码块。
• BIOS的主要工作分为两个部分：
  1.对计算机硬件进行检查，例如RAM、电源模块、鼠标、键盘、显示器等
  2.将磁盘中的操作系统引导扇区移入内存（引导扇区通常是指磁盘的0磁道0扇区位置）例如：将引导扇区移动到内存0x7c00处（移动到此处的目的是为操作系统其它模块预留部分空间，使得操作系统可以从内存中的0位置处开始执行）同时，将CS置为0x07c0，IP值为0x0000，由此，跳转出BIOS，进入到引导扇区开始执行

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2.引导扇区代码块bootsect.s（汇编文件）

• bootsect.s的主要作用是将磁盘上的操作系统搬入内存中,其中，搬移的第一个模块为setup.s模块，搬移完成后，通过重置CS寄存器与IP寄存器，将控制权转交给setup模块

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3.setup模块

• setup模块的主要作用有以下三点：
  1.读取计算机硬件参数。例如读取内存大小，操作系统要对计算机进行管理首先需要知道计算机的硬件参数，只有获取了内存大小，才能通过某种形式的数据结构对内存进行管理
  2.将磁盘后续操作系统搬移到内存0位置处
  3.将内存置为保护模式，并重置CS寄存器和IP寄存器，使PC=0x0000
• 磁盘装载顺序如下图所示：

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经过以上初始化步骤，计算机从内存0位置处开始执行，操作系统开始运行，计算机启动完成