第七章 BIOS和虚拟机

BIOS及其调用

  1. BIOS简介
  • BIOS包含了主要I/O设备的处理程序和许多常用例行程序
  • BIOS是覆盖在硬件系统上的第一层软件，直接操纵I/O设备或者硬件设备，实现计算机系统的基本输入或输出。
  • 通过BIOS，可以读取磁盘上的特定程序。
  • 依靠BIOS，操作系统完成启动自举。
  1. 键盘输入和显示输出
  1. 键位和扫描码
  • 字符键有对应的ASCII码，其他的键并没有ASCII码。
  • 每个键有一个代表键位置的扫描码。
  • 在用户按键后，键盘中断处理程序根据所按键的扫描码进行处理。它把字符键的扫描码和对应的ASCII码存到键盘缓冲区（某个确定的内存区域）；把功能键的扫描码存到键盘缓冲区；记录下控制键和双态键的状态；直接处理特殊请求键。
  • 键盘I/O程序
    设置AH为对应值后，使用INT 16H陷入中断。

    键盘输入示例
CLEAR:
    MOV   AH, 1
    INT   16H              ;键盘缓冲区空吗？
    JZ    .OK              ;已清空，跳转
    MOV   AH, 0
    INT   16H              ;从键盘缓冲区取走一个字符
    JMP   CLEAR            ;直到键盘缓存区空为止
.OK:
    MOV   AH, 0
    INT   16H              ;等待键盘输入
  1. 显示方式
  • 图形显示方式
  • 文本显示方式
    最经典：25行*80列
  1. 显示I/O程序
    设置相应入口参数（可能有多个）后，调用INT 10H陷入中断。
    可以认为显示页号是显示缓冲区的编号。调用显示I/O程序的5号功能，可选择当前显示页。通常，总是使用第0页。
  • 示例：14号功能
;TTY显示方式：在当前光标处显示字符，随后光标移动到下一个位置
MOV   AL, '8'          ;字符（ASCII码）
MOV   AH, 14           ;14（0EH）号功能
INT   10H              ;TTY方式显示字符
  • 示例：9号功能
;在当前光标位置处，按指定属性，显示指定字符（光标并不移动）
MOV   BH, 0          ;显示页（第0页）
MOV   BL, 47H        ;显示属性（红底白字）
MOV   CX, 1          ;重复次数（1个字符）
MOV   AL, 'A'        ;字符为A
MOV   AH, 9          ;9号功能
INT   10H            ;调用显示I/O程序
  • 示例：10号功能
;利用BIOS在当前光标位置处显示指定字符2次，但光标并不移动
MOV   BH, 0          ;第0页
MOV   CX, 2          ;2个
MOV   AL, 'A'        ;字符为A
MOV   AH, 10         ;10号功能
INT   10H            ;调用显示I/O程序
  1. 演示程序dp71~73.asm
  1. dp71.asm
    需要先判断当前是否有键可读，若没有需要继续读取，不能直接返回。
  2. 后面的还没看

磁盘及其读写

  1. 磁盘简介
    硬盘结构：磁道、扇区（通常存储512字节）、磁头、柱面
    扇区地址
  • CHS地址（三维地址）
    通过柱面、磁头、扇区号来确定磁盘上的某个扇区。
  • 绝对扇区号/LBA地址（一维地址）
    称之为逻辑块编址。
LBA地址（逻辑块号）与CHS地址的关系如下（起始逻辑块号为0）：
逻辑块号 =   每道扇区数 * 磁头数 * 柱面号
             + 每道扇区数 * 磁头号
             + 扇区号 - 1

磁盘容量

假设柱面数是c，磁头数是h，每个磁道的扇区数是s，

磁盘最大容量V（字节数）由下式计算：

V = 每扇区字节数 * 扇区个数
= 512 * 扇区个数
= 512 *（c * h * s）
  1. 磁盘读写
  • 磁盘I/O程序
    设置相应入口参数（可能有多个）后，调用INT 13H陷入中断。

    • 虚拟机bios设置成 bios设置虚拟机开启_引导程序

采用上述方式，最多只能访问8GB左右的硬盘。

虚拟机bios设置成 bios设置虚拟机开启_虚拟机bios设置成_02

  • 磁盘地址数据包DAP
    DAP结构如下：
struct  DiskAddressPacket
{
    BYTE   PacketSize;   //数据包尺寸(16字节)
    BYTE   Reserved;     //保留==0
    WORD   BlockCount;   //传输数据块个数(以扇区为单位)
    DWORD  BufferAddr;   //传输缓冲地址(segment:offset)
    QWORD  BlockNum;     //起始扇区的逻辑块号（一维地址）
    // QWORD  BlockNum中，LBA由8字节表示，足够大！
};
  • 磁盘I/O程序
  • 拓展读

    • 虚拟机bios设置成 bios设置虚拟机开启_汇编_03

  • 拓展写

    • 虚拟机bios设置成 bios设置虚拟机开启_显示方式_04

  • 磁盘I/O示例

    • 虚拟机bios设置成 bios设置虚拟机开启_柱面_05

  1. 主引导记录分析
    PC机启动主要步骤：加电自检（POST）、配置BIOS、引导操作系统。
  1. 加电自检
    主要是检测关键部件、显示控制卡，测试RAM等。
  2. 配置BIOS
    主要是获取机器系统基本信息、相关设备I/O端口地址和中断向量。
  3. 引导操作系统
  • （加电自检时）读取主引导记录到0000:7C00，并转该处执行。
  • 关于主引导记录
  • 组成
    主引导程序（446字节）
    磁盘分区表项（Disk Partition Table)（64字节）
    结束标志（2字节）
  • 主引导记录位于启动磁盘首个扇区的一段引导（Loader）代码。所谓启动磁盘指准备启动操作系统的磁盘。所谓首个扇区指磁盘上的逻辑块号（LBA）为0的扇区，也就是CHS地址（0道、0面、1扇区）的扇区。
  • 主引导程序执行步骤
  • 自身腾挪
  • 识别当前活动分区
  • 读取操作系统引导程序
  • 转操作系统引导程序

动磁盘首个扇区的一段引导（Loader）代码。所谓启动磁盘指准备启动操作系统的磁盘。所谓首个扇区指磁盘上的逻辑块号（LBA）为0的扇区，也就是CHS地址（0道、0面、1扇区）的扇区**。

- **主引导程序执行步骤**

    - 自身腾挪
    - 识别当前活动分区
    - 读取操作系统引导程序
    - 转操作系统引导程序