操作系统实验日志3

学号	201708010402	姓名	徐冰娜	专业年级班级
实验日期	2019.9.28	实验项目	第3天：进入32位模式并导入C语言	智能1701

一、实验主要内容

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1、内容1: 新出现的指令以及名词解释

① INT 0x13：调用bios的0x13号函数

AH=0x00	复位磁盘驱动器	AH=0x0D	复位硬盘控制器
AH=0x01	检查磁盘驱动器状态	AH=0x15	取得驱动器类型
AH=0x02	读扇区	AH=0x16	取得软驱中盘片的状态
AH=0x03	写扇区	AL=处理对象的扇区数	只能同时处理连续的扇区
AH=0x04	校验扇区	CH=柱面号&0xff	柱面有80个(0~79)
AH=0x05	格式化磁道	CL=扇区号(0-5位)|（柱面号&0x300）>>2	每个柱面18个扇区（1~18号）
AH=0x08	取得驱动器参数	DH=磁头号	正面位0反面为1
AH=0x09	初始化硬盘驱动器参数	DL=驱动器号	从0开始，制定从哪个软盘驱动器上的软盘读取数据
AH=0x0C	寻道	ES:BX=缓冲地址
返回值：FLACS.CF=0	没错误，AH=0	FLACS.CF=1	有错，错误号码存入AAH

② INT 0x16：

③ 软盘的磁盘结构： 磁盘被分成若干个磁道即柱面，每个柱面又分为若干个扇区，每个扇区存储512个字节。柱面是一组同心圆，一个1.44M的软盘，它有80个柱面，每个磁道有18个扇区，两面都可以存储数据，因此有正反两个磁头。

注释：使用软盘时，需要注意不要划伤盘片，盘片不能变形、不能受高温、不能受潮、不要靠近磁性物质等等。

④ 变量改写Makefile： 变量采用$(变量)的格式。

⑤ JC： 如果进位标志是1的话，就跳转。

⑥ JNC: jump if not carry 如果进位标志是0就跳转。

⑦ JAE： jump if above or equal 大于或等于+时跳转。

⑧ JBE： jump if below or equal 小于等于则跳转。

⑨ VRAM： 指显卡内存，也就是用来显示画面的内存。可以向内存一样存储数据，且各个地址都对应着画面上的像素，因此能在画面上绘制出五彩缤纷的图案。

⑩ INT 0x10画面模式下“VRAM是0xa0000~0xaffff的64KB”。

⑾ 汇编指令EQU： 用符号名代表字符串。用一个具有一定含义的符号名定义某一个较长的字符串，在随后的程序中就用该符号名。

2、内容2：用IPL装载程序

启动区位置： C0-H0-S1（柱面0，磁头0，扇区1的缩写）;

段址+基址的地址表示方法： 使用段寄存器时用ES：BX这种方式来表示，写成“MOV AL, [ES:BX]”，代表ES*16+BX的内存地址;

操作系统安装步骤： 首先软盘中的启动区会被装载到内存的0x7c00~0x7dff中，然后cpu会执行已经加载的启动区程序的指令，将软盘中的其余数据按需求加载到内存的指定位置中。

3、内容3：软盘读取数据（读取一个扇区->试错->读到18个扇区->读到10个柱面）

根据教材中的代码，由于第一个扇区是留给启动区，所以从第二个扇区开始读，即从C0-H0-S2读到C0-H0-S18，然后再读取另一个磁头，即从C0-H1-S1读到C0-H1-S19，再不断读取下一个柱面、扇区和磁头，即从C1-H0-S1读到C9-H1-S18.

试错：当出现错误，会重新读，5次还不行就放弃，每次出错的时候，就调用bios的13号函数，重置驱动器。

4、内容4：从启动区执行操作系统

过程： 因为已经将操作系统的内容保存到了.sys，文件，接下来只要找到它的位置，然后启动区在执行的时候，跳转到那个位置就可以了。所以要设置段寄存器，所以就在操作系统的文件中加了0rg 0xc200。

注释：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。

我们已经得到的结论是：向一个空软盘保存文件时，

（1）文件名会写到0x002600以后的位置；

（2）文件的内容会写在0x004200以后的地方；

所以最终系统的内容就被储存到0x8000+0x4200=0xc200地址的位置。（为什么从8000开始加后面的问题解答会写到）

1. 32位模式前期准备

(1)为什么要进行前期准备：16位机器语言模式不能在32位机器语言模式下运行，而bios是用16位机器语言写的，32位模式就不能调用BIOS功能了，所以我们要在开头做好bios要做的事情。

(2)BIOS都要做什么事：画面模式的设定、得到键盘状态

2. 开始导入C语言

将C语言变成汇编语言：

工具	作用	输入	输出
cc1	gcc以gas汇编语言为基础，输出gas用的源程序	.c	.gas
gas2nask	把gas变换成nask能翻译的语法	.gas	.nas
nask	翻译成机器语言，生成目标文件.obj	.nas	.obj
obj2bim.exe	目标文件需与其他文件link才能编程真正可以执行的机器语言，bim是二进制映像文件，是一种代替的形式	.obj	.bim
bim2hrb.exe	为了能够实际使用，要做成适合本书操作系统要求的形式	.bim	.hrb

实现HLT：

①naskfunc.nas是用汇编写的函数，还要与bootpack.obj链接，它也需要编译成目标文件。

②在nask目标文件的模式下，必须设定文件名信息，然后再写明下面程序的函数名。“_”需加载函数名前面，否则就不能很好地与C语言函数链接。需要链接的函数名，都要用GLOBAL指令声明。

文件结构流程图：

二、遇到的问题及解决方法

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1.描述问题1：今天和同学讨论了一下本实验代码中的ORG，有如下几个疑惑，ORG命令后的地址是什么地址？代码中为什么总是使用ORG
0x7c00？为什么有时候去掉ORG指定地址或者使用7c00后的地址后还可以正常执行吗？如果说ORG指令后的地址是启动区的装载地址，那么ORG以及之前的指令被加载内存的什么地方？

解决方法：和同学讨论后，又查阅了一些资料后得知：

①ORG后的地址是程序被载入内存时的起始地址；在我们的实验代码中，org指令本身并不能决定程序将要加载到内存的什么位置，它只是告诉编译器，我的程序在编译好后需要加载到哪个地址；

②引导程序加载到内存的7c00h处是一项标准，并不是在编程时决定的，在实际装系统的过程中（并非是虚拟机），将org后的数字改成其他值，bois程序一样将它加载到7c00处；

③不一定。在数据访问时，都是采用段地址＋基址的方式，如果不用org指定地址那么段地址就会清0，最后读取数据的地址就不是我们预期的那个地址了；当程序中没有对内存的寻址操作时，不加org
0x7c00就不会出错。

④org指令只会在编译期影响到内存寻址指令的编译（编译器会把所有程序用到的段内偏移地址自动加上org后跟的数值），而其自身并不会被编译成机器码。

2.描述问题2：

不明白为什么0x8000到0x81ff区域也要留给启动区，而且为什么不是从0x7e00开始？

解决方法：经过查阅了一些资料得知，BIOS读完启动扇区以后，会跳转到0x7C00启动，占用0x7C00-0x7DFF这一段（512字节），而一般bootloader还需要一个栈空间或者读磁盘的交换空间，一般是放到0x7E00-0x7FFF这512字节里，所以有些操作系统的镜像起点是0x8000。然后启动区确实会拷贝一份映射到0x8000位置上。但是BIOS里读取启动扇区都是加载到0x7C00上的。

三、程序设计创新点

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1、描述创新点1： 改写c语言，改变不同地址的值，显示出条纹图案

运行结果：

四、实验心得体会

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通过本次实验，我真正了解了操作系统的执行过程，以及启动区的位置以及作用。知道从开机到装载内存到指令执行都是怎么回事。在和同学讨论的过程中，真的很惊讶王文斌的研究能力，能在很小的细节上看出问题，然后深入的研究。比如说哪个org命令，我自己就没有看出那么多问题，经过他一点播，我才有了后续那些思考。我也还有一些问题没有搞清楚，是关于后缀名的，我不太清楚为什么都是二进制文件，有的就要命名bin有的就要obj，猜测是window是根据后缀名来分配权限。相比来说linux这一点就完全不同，它不根据后缀名来区分文件，而是根据文件的权限来区分。