📄 booting-power_on_2.htm

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<META content="MSHTML 6.00.2800.1106" name=GENERATOR></HEAD>
<BODY>
<P class=MsoNormal style="MARGIN: 0cm 0cm 0pt"><SPAN lang=EN-US><FONT 
face="Times New Roman" size=6><SPAN style="mso-tab-count: 1"><STRONG>1.2 After 
Power-On</STRONG></SPAN></FONT></SPAN></P><SPAN lang=EN-US><FONT 
face="Times New Roman" size=5><SPAN style="mso-tab-count: 1">
<P>
<P HREF><FONT size=3>[</FONT><A 
href="index.htm" 
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size=3>Home</FONT></A><FONT size=3>]&nbsp; [</FONT><A 
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size=3>Top</FONT></A><FONT size=3>]&nbsp; [</FONT><A 
href="booting-static_memory_layout_1.htm" 
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size=3>Previous</FONT></A><FONT size=3>]&nbsp; [</FONT><A 
href="booting-bios_3.htm" 
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size=3>Next</FONT></A><FONT size=3>]</FONT></P>
<P><STRONG>
<HR width="100%" SIZE=2>
</STRONG>
<P></P>
<P></P></SPAN></FONT></SPAN><SPAN lang=EN-US><FONT face="Times New Roman"><SPAN 
style="mso-tab-count: 1">
<P class=MsoNormal 
style="MARGIN: 0cm 0cm 0pt 21pt; TEXT-INDENT: -21pt; tab-stops: list 21.0pt; mso-list: l5 level1 lfo3"><SPAN 
lang=EN-US><FONT size=5><STRONG>1.2.1 Overview</STRONG></FONT></SPAN></P>
<P class=MsoNormal 
style="MARGIN: 0cm 0cm 0pt 21pt; TEXT-INDENT: -21pt; tab-stops: list 21.0pt; mso-list: l5 level1 lfo3"><SPAN 
lang=EN-US></SPAN>&nbsp;</P>
<P class=MsoNormal 
style="MARGIN: 0cm 0cm 0pt 21pt; TEXT-INDENT: -21pt; tab-stops: list 21.0pt; mso-list: l5 level1 lfo3"><SPAN 
lang=EN-US><FONT 
size=2>BIOS扮演的最重要的角色之一就是启动系统。当PC被打开时，它的系统内存中是空的，它需要马上找到一条代码以启动机器。这些代码就在BIOS中，因为BIOS被放置在ROM中，所以即使系统内存的其它部分是空的，但BIOS中的程序却总是可以使用的。</FONT></SPAN></P>
<P class=MsoNormal 
style="MARGIN: 0cm 0cm 0pt 21pt; TEXT-INDENT: -21pt; tab-stops: list 21.0pt; mso-list: l5 level1 lfo3"><SPAN 
lang=EN-US><FONT size=2></FONT></SPAN>&nbsp;</P>
<P class=MsoNormal 
style="MARGIN: 0cm 0cm 0pt 21pt; TEXT-INDENT: -21pt; tab-stops: list 21.0pt; mso-list: l5 level1 lfo3"><SPAN 
lang=EN-US><FONT 
size=2>这一节我们来看一看在Power-on之后的“硬件”Booting阶段，系统到底都做了些什么。同时，也看一看通过硬盘启动OS和软盘启动OS之间究竟存在着哪些不同。</FONT></SPAN></P>
<P><SPAN lang=EN-US>
<HR width="100%" noShade SIZE=2>

<P></P>
<P class=MsoNormal 
style="MARGIN: 0cm 0cm 0pt 21pt; TEXT-INDENT: -21pt; tab-stops: list 21.0pt; mso-list: l5 level1 lfo3"><FONT 
size=5><STRONG>1.2.2 First Instruction Executed</STRONG></FONT></P>
<P class=MsoNormal 
style="MARGIN: 0cm 0cm 0pt 21pt; TEXT-INDENT: -21pt; tab-stops: list 21.0pt; mso-list: l5 level1 lfo3">&nbsp;</P>
<P class=MsoNormal 
style="MARGIN: 0cm 0cm 0pt 21pt; TEXT-INDENT: -21pt; tab-stops: list 21.0pt; mso-list: l5 level1 lfo3"><FONT 
size=2>CPU从物理地址FFFFFFF0h取出并执行硬件Reset之后的第一条指令。这个地址到最大物理地址4 GB之间只有16 
Bytes的空间，包含软件初始化代码的EPROM必须被影射到这个地址。在Real Mode下，地址FFFFFFF0h超过了1 
MB的物理地址范围。CS寄存器被分为两部分：可见的“Segment Selector”部分和隐藏的"Base Address"部分。</FONT></P>
<P class=MsoNormal 
style="MARGIN: 0cm 0cm 0pt 21pt; TEXT-INDENT: -21pt; tab-stops: list 21.0pt; mso-list: l5 level1 lfo3" 
align=center><FONT size=2><IMG 
src="booting-power_on_2.files/segment_selector.jpg" 
tppabs="http://pagoda-ooos.51.net/os_book/booting/power-on/segment_selector.jpg"></FONT></P>
<P class=MsoNormal 
style="MARGIN: 0cm 0cm 0pt 21pt; TEXT-INDENT: -21pt; tab-stops: list 21.0pt; mso-list: l5 level1 lfo3" 
align=center><FONT size=2></FONT>&nbsp;</P>
<P class=MsoNormal 
style="MARGIN: 0cm 0cm 0pt 21pt; TEXT-INDENT: -21pt; tab-stops: list 21.0pt; mso-list: l5 level1 lfo3"><FONT 
size=2>在Real Address Mode下，"Base Address"部分的值，等于将16-bit的"Segment 
Selector"左移4-bit所形成的20-bit地址，"Segment Selector"部分并不参与物理地址的计算，在Real 
Mode下，它仅仅被用来计算"Base Address"部分。而"Base Address"部分被真正的用于实际物理地址的计算。</FONT></P>
<P class=MsoNormal 
style="MARGIN: 0cm 0cm 0pt 21pt; TEXT-INDENT: -21pt; tab-stops: list 21.0pt; mso-list: l5 level1 lfo3"><FONT 
size=2></FONT>&nbsp;</P>
<P class=MsoNormal 
style="MARGIN: 0cm 0cm 0pt 21pt; TEXT-INDENT: -21pt; tab-stops: list 21.0pt; mso-list: l5 level1 lfo3"><FONT 
size=2>在硬件Reset期间，CS中的"Segment Selector"部分被初始化为F000h，而"Base 
Address"部分被初始化为FFFF0000h，这与上述的原则不相符，但没有关系，因为"Base 
Address"已经有一个值了。所以，第一条指令的地址为Base Address + EIP = FFFF0000h + FFF0h = 
FFFFFFF0。</FONT></P>
<P class=MsoNormal 
style="MARGIN: 0cm 0cm 0pt 21pt; TEXT-INDENT: -21pt; tab-stops: list 21.0pt; mso-list: l5 level1 lfo3"><FONT 
size=2></FONT>&nbsp;</P>
<P class=MsoNormal 
style="MARGIN: 0cm 0cm 0pt 21pt; TEXT-INDENT: -21pt; tab-stops: list 21.0pt; mso-list: l5 level1 lfo3"><FONT 
size=2>EPROM中放置着PC厂商所编写的代码（BIOS），被影射在地址FFFFFFF0h的代码必须为一条"far jump"或者"far 
call"指令或者产生一个中断，这样CS的"Segment Selector"的值将会被改变，从而"Base 
Address"部分的值也按照上述计算原则被改变为BIOS代码的影射地址。</FONT></P>
<P class=MsoNormal 
style="MARGIN: 0cm 0cm 0pt 21pt; TEXT-INDENT: -21pt; tab-stops: list 21.0pt; mso-list: l5 level1 lfo3" 
align=center><FONT size=2></FONT></P>
<P class=MsoNormal 
style="MARGIN: 0cm 0cm 0pt 21pt; TEXT-INDENT: -21pt; tab-stops: list 21.0pt; mso-list: l5 level1 lfo3" 
align=center><FONT size=2><IMG 
src="booting-power_on_2.files/cpu_state_after_reset.jpg" 
tppabs="http://pagoda-ooos.51.net/os_book/booting/power-on/cpu_state_after_reset.jpg"></FONT></P>
<P class=MsoNormal 
style="MARGIN: 0cm 0cm 0pt 21pt; TEXT-INDENT: -21pt; tab-stops: list 21.0pt; mso-list: l5 level1 lfo3"><FONT 
size=2>从此以后，BIOS Boot Sequence代码开始被执行。</FONT></P>
<P>
<HR width="100%" SIZE=2>
</SPAN>
<P></P>
<P class=MsoNormal 
style="MARGIN: 0cm 0cm 0pt 21pt; TEXT-INDENT: -21pt; tab-stops: list 21.0pt; mso-list: l5 level1 lfo3"><SPAN 
lang=EN-US><FONT size=5><STRONG>1.2.3 System Boot 
Sequence</STRONG></FONT></SPAN></P>
<P class=MsoNormal 
style="MARGIN: 0cm 0cm 0pt 21pt; TEXT-INDENT: -21pt; tab-stops: list 21.0pt; mso-list: l5 level1 lfo3"><SPAN 
lang=EN-US></SPAN>&nbsp;</P><SPAN lang=EN-US>
<P class=MsoNormal style="MARGIN: 0cm 0cm 0pt"><SPAN 
style="FONT-FAMILY: 宋体; mso-ascii-font-family: 'Times New Roman'; mso-hansi-font-family: 'Times New Roman'"><FONT 
face="Times New Roman TUR" size=2>系统BIOS是机器被加电之后首先被运行的程序。我们下面看一看一个典型的Boot 
Sequence所包含的步骤，当然，由于硬件BIOS厂商的不同，这些序列会有一些不同，但下面所列的，是你的主机被加电之后，通常都会发生的序列。</FONT></SPAN></P>
<OL type=1>
  <LI></SPAN><FONT face="Times New Roman TUR"><FONT size=2><SPAN 
  style="FONT-FAMILY: 宋体; mso-ascii-font-family: 'Times New Roman'; mso-hansi-font-family: 'Times New Roman'">当机器被打开时，等电源稳定之后，电源会发送一个“加电成功信号”给芯片，以启动时钟生成器</SPAN><SPAN 
  lang=EN-US>(8284)；</SPAN> </FONT></FONT>
  <LI><SPAN lang=EN-US></SPAN><FONT face="Times New Roman TUR"><FONT 
  size=2><SPAN lang=EN-US><SPAN 
  style="FONT: 7pt 'Times New Roman'">然后，</SPAN></SPAN><SPAN 
  lang=EN-US>CPU</SPAN><SPAN 
  style="FONT-FAMILY: 宋体; mso-ascii-font-family: 'Times New Roman'; mso-hansi-font-family: 'Times New Roman'">重新自设定为初试状态，开始准备运行。当CPU最初被启动的时候，系统RAM中是空的，没有任何内容可供执行。当然CPU设计者也知道这一点，所以他们对CPU进行了预先编程，以让CPU在这个阶段总是去查找系统BIOS 
  ROM中的一个固定的位置，以启动BIOS Boot 
  Program，这个位置为FFFF0h，这个位置是UMA临近结尾的位置。之所以选择这个位置是因为，这样就不会引起由于ROM的大小改变而造成的兼容性问题。既然FFFF0h到UMA结束的位置之后16个字节，所以这里只放置着一个Jump指令，以进一步跳转到真正的BIOS 
  startup program的位置。（不同的BIOS厂商可以将其放在不同的位置，只需要通过Jump指定就可以了）。</SPAN> 
  </FONT></FONT>
  <LI><SPAN 
  style="FONT-FAMILY: 宋体; mso-ascii-font-family: 'Times New Roman'; mso-hansi-font-family: 'Times New Roman'"></SPAN><FONT 
  face="Times New Roman TUR"><FONT size=2><SPAN 
  style="FONT-FAMILY: 宋体; mso-ascii-font-family: 'Times New Roman'; mso-hansi-font-family: 'Times New Roman'">然后BIOS开始实施Power-On 
  Self Test(POST)，在这个过程中，如果遇到任何错误，Booting处理就会结束，机器会被挂起。</SPAN> </FONT></FONT>
  <LI><SPAN 
  style="FONT-FAMILY: 宋体; mso-ascii-font-family: 'Times New Roman'; mso-hansi-font-family: 'Times New Roman'"></SPAN><FONT 
  face="Times New Roman TUR"><FONT size=2><SPAN 
  style="FONT-FAMILY: 宋体; mso-ascii-font-family: 'Times New Roman'; mso-hansi-font-family: 'Times New Roman'">然后BIOS开始查找显示卡。精确的说，是查找被内建在BIOS内部的显示卡程序，并执行它，它通常被放在C0000h的内存位置，它的作用是初始化显示卡。绝大多数的现代显示卡都能够在显示器上显示它的相关信息。这就是为什么当我们开机的时候，首先会在显示器的顶端会出现关于显示卡的信息。</SPAN> 
  </FONT></FONT>
  <LI><SPAN 
  style="FONT-FAMILY: 宋体; mso-ascii-font-family: 'Times New Roman'; mso-hansi-font-family: 'Times New Roman'"></SPAN><FONT 
  face="Times New Roman TUR"><FONT size=2><SPAN 
  style="FONT-FAMILY: 宋体; mso-ascii-font-family: 'Times New Roman'; mso-hansi-font-family: 'Times New Roman'">然后BIOS会查看其它设备的ROM，看一看这些设备之中哪些存在着BIOS，通常能够在C8000h的位置找到IDE/ATA硬盘的BIOS，并执行它们。如果找到任何其它设备的BIOSes，它们也会被执行。</SPAN> 
  </FONT></FONT>
  <LI><SPAN 
  style="FONT-FAMILY: 宋体; mso-ascii-font-family: 'Times New Roman'; mso-hansi-font-family: 'Times New Roman'"></SPAN><FONT 
  face="Times New Roman TUR"><FONT size=2><SPAN 
  style="FONT-FAMILY: 宋体; mso-ascii-font-family: 'Times New Roman'; mso-hansi-font-family: 'Times New Roman'">然后BIOS显示它的启动屏幕。</SPAN> 
  </FONT></FONT>
  <LI><SPAN 
  style="FONT-FAMILY: 宋体; mso-ascii-font-family: 'Times New Roman'; mso-hansi-font-family: 'Times New Roman'"></SPAN><FONT 
  face="Times New Roman TUR"><FONT size=2><SPAN 
  style="FONT-FAMILY: 宋体; mso-ascii-font-family: 'Times New Roman'; mso-hansi-font-family: 'Times New Roman'">然后BIOS开始做进一步的检测，包括我们可以看到的内存容量检测。在这个阶段，如果BIOS遇到任何错误，BIOS将会在屏幕上显示它的错误信息。</SPAN> 
  </FONT></FONT>
  <LI><SPAN 
  style="FONT-FAMILY: 宋体; mso-ascii-font-family: 'Times New Roman'; mso-hansi-font-family: 'Times New Roman'"></SPAN><FONT 
  face="Times New Roman TUR"><FONT size=2><SPAN 
  style="FONT-FAMILY: 宋体; mso-ascii-font-family: 'Times New Roman'; mso-hansi-font-family: 'Times New Roman'">然后BIOS会根据自己的"系统资源列表“，来对系统资源进行进一步的检测以确定究竟那些系统资源（设备）被安装在机器上。有些计算机会逐步显示这些被检测到的设备。</SPAN> 
  </FONT></FONT>
  <LI><SPAN 
  style="FONT-FAMILY: 宋体; mso-ascii-font-family: 'Times New Roman'; mso-hansi-font-family: 'Times New Roman'"></SPAN><FONT 
  face="Times New Roman TUR"><FONT size=2><SPAN 
  style="FONT-FAMILY: 宋体; mso-ascii-font-family: 'Times New Roman'; mso-hansi-font-family: 'Times New Roman'">如果BIOS支持Plug&amp;Play标准，它将会检测和配置Plug&amp;Play设备，并显示这些它找到的设备。</SPAN> 
  </FONT></FONT>
  <LI><SPAN 
  style="FONT-FAMILY: 宋体; mso-ascii-font-family: 'Times New Roman'; mso-hansi-font-family: 'Times New Roman'"></SPAN><FONT 
  face="Times New Roman TUR"><FONT size=2><SPAN 
  style="FONT-FAMILY: 宋体; mso-ascii-font-family: 'Times New Roman'; mso-hansi-font-family: 'Times New Roman'">等着一些检测结束之后，BIOS会在系统屏幕上列出一个检测总结。</SPAN> 
  </FONT></FONT>
  <LI><SPAN 
  style="FONT-FAMILY: 宋体; mso-ascii-font-family: 'Times New Roman'; mso-hansi-font-family: 'Times New Roman'"></SPAN><FONT 
  face="Times New Roman TUR"><FONT size=2><SPAN 
  style="FONT-FAMILY: 宋体; mso-ascii-font-family: 'Times New Roman'; mso-hansi-font-family: 'Times New Roman'">然后BIOS开始寻找一个启动设备，你可以通过配置BIOS来决定其搜索的顺序，这些设备包括Floppy 
  Disk(A:)，或者Hard Disk(C:)，甚至还可以包括CD-ROM Driver或者其它设备。</SPAN> </FONT></FONT>
  <LI><SPAN 
  style="FONT-FAMILY: 宋体; mso-ascii-font-family: 'Times New Roman'; mso-hansi-font-family: 'Times New Roman'"></SPAN><FONT 
  face="Times New Roman TUR"><FONT size=2><SPAN 
  style="FONT-FAMILY: 宋体; mso-ascii-font-family: 'Times New Roman'; mso-hansi-font-family: 'Times New Roman'">当找到响应的启动设备之后，BIOS将会查找Boot信息以开始OS的启动过程。如果它找到了一个Hard 
  Disk，它将会查找一个位于Cylinder 0, Head 0, Sector 1的Master Boot 
  Record（硬盘的第一个扇区）,如果它找到的是Floppy Disk，它也会读区软盘的第一个扇区。</SPAN> </FONT></FONT>
  <LI><SPAN 
  style="FONT-FAMILY: 宋体; mso-ascii-font-family: 'Times New Roman'; mso-hansi-font-family: 'Times New Roman'"></SPAN><SPAN 
  style="FONT-FAMILY: 宋体; mso-ascii-font-family: 'Times New Roman'; mso-hansi-font-family: 'Times New Roman'"><FONT 
  face="Times New Roman TUR" 
  size=2>如果找不到任何启动设备，系统将会显示一条错误信息，然后冻结系统。如果找到了响应的启动设备，BIOS会将读到的扇区放在内存7C00h的位置，并跳转到那里执行它。从此以后，就有硬件启动阶段进入了OS启动阶段。</FONT></SPAN></LI></OL>
<P class=MsoNormal 
style="MARGIN: 0cm 0cm 0pt 21pt; TEXT-INDENT: -21pt; tab-stops: list 21.0pt; mso-list: l5 level1 lfo3"><FONT 
face="Times New Roman TUR"><FONT size=2><SPAN 
style="FONT-FAMILY: 宋体; mso-ascii-font-family: 'Times New Roman'; mso-hansi-font-family: 'Times New Roman'">总之，这个阶段有大量的事情要做，比如自检，初始化各种芯片，控制器，与端口；包括显示器，内存，键盘，软驱，串口等等；在这个过程中</SPAN><SPAN 
lang=EN-US>BIOS</SPAN><SPAN 
style="FONT-FAMILY: 宋体; mso-ascii-font-family: 'Times New Roman'; mso-hansi-font-family: 'Times New Roman'">将检测到的数据放置于</SPAN><SPAN 
lang=EN-US>1K</SPAN><SPAN 
style="FONT-FAMILY: 宋体; mso-ascii-font-family: 'Times New Roman'; mso-hansi-font-family: 'Times New Roman'">到</SPAN><SPAN 
lang=EN-US>2K</SPAN><SPAN 
style="FONT-FAMILY: 宋体; mso-ascii-font-family: 'Times New Roman'; mso-hansi-font-family: 'Times New Roman'">的</SPAN><SPAN 
lang=EN-US>RAM，这个区域因此也被称为BIOS Data Area</SPAN><SPAN 
style="FONT-FAMILY: 宋体; mso-ascii-font-family: 'Times New Roman'; mso-hansi-font-family: 'Times New Roman'">；同时还将中断向量以及BIOS</SPAN><SPAN 
style="FONT-FAMILY: 宋体; mso-ascii-font-family: 'Times New Roman'; mso-hansi-font-family: 'Times New Roman'">程序运行所需要的</SPAN><SPAN 
lang=EN-US>Stack设置</SPAN><SPAN 
style="FONT-FAMILY: 宋体; mso-ascii-font-family: 'Times New Roman'; mso-hansi-font-family: 'Times New Roman'">置于</SPAN><SPAN 
lang=EN-US>0</SPAN><SPAN 
style="FONT-FAMILY: 宋体; mso-ascii-font-family: 'Times New Roman'; mso-hansi-font-family: 'Times New Roman'">到</SPAN><SPAN
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