用x86机器码写hello world(上)

By | 2015年1月17日

闲的蛋疼,于是就有了这个无聊的想法

用汇编写程序就已经看起来很高大上了,那么直接用机器码呢?

其实机器码并没有想象中的那么困难,机器码和汇编语言是一一对应的,因此知道了汇编语言,再学会转换的方法,就可以直接用机器码写程序了

本文将会分为三个部分,介绍如何用机器码写hello world

一、基础知识(上)本文

  • 写一个怎样的程序
  • 计算机引导
  • mbr
  • x86
  • 实模式与保护模式

二、基础知识(下)

  • 逻辑地址
  • 显存与内存映射

三、编程及实验

  • 使用diskgenius写机器码
  • 运行程序

废话不多说,让我们先从写一个怎样的程序开始

【你这不是废话吗,标题都写了是hello world!】

不不不,没那么简单,写完了程序在哪儿运行也是一个值得思考的问题

【这有啥子好思考的?双击运行呗!】

NO,没有那么简单。要知道cpu只能从内存中执行我们的程序,想让计算机运行程序,就需要先将程序放入内存。当你在windows里双击一个可执行文件时,操作系统会帮助我们将程序放入内存,再由计算机执行

但是若想要操作系统听你的话,你就必须按照操作系统指定的格式来编写程序。如果你不按照系统的要求来,他只会弹出来一个框,告诉你“xxx不是win32应用程序”

然后你就只有瞄着屏幕哈气了(我们数学老师的口头禅)

我们的目标是在屏幕上显示出一行hello world,如果考虑这些会大大增加实现的难度。

为了更加方便编(zhuang)程(B),是时候扔掉该死的操作系统了!

【没有操作系统怎么玩?】

别急嘛!让我们慢慢道来……

尽管我们抛弃了操作系统,上面的问题似乎还是没有解决:如何将程序放入内存?

要解决这个问题,我们必须从计算机的引导过程说起,本站已有一片关于计算机启动过程的文章了 戳我浏览

下面仍给出简单介绍:

计算机在启动后,会首先由BIOS程序完成自检工作。如果自检成功,

BIOS程序会将硬盘上的一段引导程序放入内存,然后让cpu执行引导程序,自己就去睡觉了

我们只需要将我们的hello world当做引导程序,其他的交给BIOS就行了。

BIOS实际上是将硬盘(严格的说是储存介质,包括光盘)上的第一个扇区(共512字节)放入内存,这个扇区叫做MBR( Master Boot Record,主引导记录 )

MBR分为三个部分,分别是

  • 466字节的引导程序
  • 64字节的分区表
  • 2字节的校验位

引导扇区是用来放引导程序的(有引导的需要的话),我们这个程序没有什么需要引导的,因此直接将hello world放入这里就行了。466字节看起来很少,实际上对于显示hello world是绰绰有余的(我们仅是用了几十字节)

分区表没什么好说的,它储存了硬盘的分区信息。因为只有64字节,因此保存的数据是很有限的,这也是为什么一块硬盘上最多只能有四个主分区的原因——第五个主分区放不下…

最后的校验位很重要,正确的值是55aa(其它的值说明这个不是MBR)。

BIOS程序是很负责的,它在把这个扇区的内容复制到内存中后,会检查这两个字节,当它为55AA的时候,BIOS才会放心的睡大觉(不然说明这不是引导信息,BIOS会继续按照你设置的引导顺序检查别的驱动器,比如光驱)

x86

1978年6月8日,Intel发布了新款16位微处理器“8086”,也同时开创了一个新时代:x86架构诞生了。

这是一个复杂指令集(于此相对有“精简指令集”)

尽管过了这么多年,但直到今天,为了保证电脑能继续运行以往开发的各类应用程序,Intel公司所生产的所有CPU仍然继续使用(兼容)X86指令集。

(由于x86的效率实在是太低,intel早就想扔掉x86。但是在2003年,竞争对手AMD首先推出了64位cpu,x86-64,也就是传说中的x64,兼容x86。intel没有办法,只好也与2004年推出了兼容x86的64位cpu)

上面都扯远了,现在再说一说实模式与保护模式

保护模式与实模式相对应。在80286以前,CPU只有实时模式,在286之后增加了保护模式。保护模式下有保护机制,可以防止程序在运行的时候胡乱修改内存(比如数组越界,如果在实模式下,系统就可能崩溃)

但为了保证兼容(又是讨厌的兼容),80286及以后的CPU会首先进入实模式,然后通过切换机制再进入到保护模式。

在实模式下面,所有寄存器都是16位的(哪怕是64位的cpu也一样),在切换到保护模式下后,才会变成32位(对于64位,则为“长模式”)。

我们只不过想显示一行hello world,就用实模式足够了,简单才是王道嘛!

One thought on “用x86机器码写hello world(上)

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