当前课程知识点：操作系统 > 第三讲 启动、中断、异常和系统调用 > 3.1 BIOS > 3.1 BIOS
各位同学 大家好
我们现在开始来讲 第二讲
这一讲主要内容是中断 异常和系统调用
首先我们需要来了解一下
计算机系统在加电的时候
从什么地方去读第一条指令
从磁盘上的什么地方
去读的我操作系统内容
在这里头就相当于我们在说
计算机系统的启动过程
这张图大家在前面的课程当中都已经见到过了
说CPU是有计算能力
它可以执行指令 内存它有存储能力
我们在程序运行的过程当中
代码数据是存在这个内存里的
然后这个I/O设备可以跟外交有交互能力
我们的键盘输入
我们的磁盘输入输出 网络的输入输出
都是作为I/O设备来跟系统打交道的
但是在今天的课程里头
我们会更进一步来讨论这样一个问题
CPU在加电之后
它执行的第一条指令在哪
那说我们在CPU在加电
电源稳定之后
那这个时候它会对里头的寄存器做一个初始化
到一个指定状态
这个时候开始去执行第一条指令
那这第一指令在哪
它会在内存里头
但是我们在前面讲的内存的时候
说内存是用来存数据的
里头一关掉电源之后
再加电的时候里面就没内容了
这个时候你去执行第一条指令
这第一条指令从哪来呢
我们这个时候会
内存会分成RAM 随机访问存储
还有一个ROM只读存储
这两个部分 内存当中有一部分区域里头
就是ROM它是只读存储
也就是说加电之后
里头还会有一些我们原来写入的一些内容
这些内容我们的系统初始化代码
就从那里开始执行
具体说起来我们可以这样来看
在计算机系统加电的时候
我们在这里头1MB下面有一段
这段就是我们的BIOS固件
这部分它在加电的时候我们蹦到那去执行
这个时候就有一个约定
计算机系统CPU在初始化完成之后
里头的代码段寄存器和当前指针
这两个寄存器的值是多少
因为这个值直接决定了我们从内存当中
读数据时候的位置
我们在系统CPU完成初始化之后
它处于实模式下 在实模式下
它的地址计算把段寄存器左移四位
然后加上它的当前指令指针
这两个加在一起作为
我们当前访问第一条指定位置
还有一条限制是说
在加电的时候 它处于实模式
这个时候地址总线
并不是像我们现在用到通常系统是32位
它只有20位的地址可用
那在这20位地址里头
我们用的区域就是2的二十次方
这个时候就只有1M
所以放的区域就只能放在最底下1M里头一小块
这块代码它为了从磁盘上读数据
那这个时候必须提供相应的服务
如果没有这些服务
你是没有办法访问到磁盘设备的
为了做到这件事情
在BIOS里头 它需要提供这样一些功能
基本的输入输出
然后系统的配置信息
开机自检和系统启动程序
这几个部分基本输入 输出
它是完成能够我从磁盘上读数据
从键盘上读用户的输入
我可以在显示器上显示相应的输出
这是它基本的输入 输出的功能
然后系统的配置
我们都知道系统在刚开始的时候
你需要有配置
我到底是从硬盘启动 从网络启动
还是说从光盘启动
那这些启动是在你加电的时候
由你的BIOS的设置来完成
依据这些设置系统执行它的启动程序
我能从硬盘把我的加载程序和操作系统内容
加载到系统当中来
具体的过程 我们可以这样来看
在BIOS里头 它启动起来的时候
它的初始化完成之后
它就会从磁盘上读引导散区
这个引导散区是只有长度512字节
更长的它没有这个能力在BIOS程序
它不允许你能读更多内容
读进来放到指定的位置
然后跳转到其中的固定位置
就是这里的7C00
然后这个时候我们就把控制权
转到从磁盘上读进来的程序
在我们这里 这是我们这里的加载程序
加载程序里头我们又可以做进一步的事情
这加载程序能干什么呢
它能将操作系统的代码读到内存里头来
并且能把控制权交给操作系统
来继续执行操作系统功能
这个时候有个问题 说
你既然能从磁盘上读数据
那为啥我不是直接从BIOS里头
直接把操作系统的内核映像读进来呢
实际上这时候它是有这样一些问题
首先我们磁盘上是有文件系统的
文件系统是多种多样的
我们在机器出厂的时候
不可以说我直接限制死你
你只能用某一种文件系统
为了增加这种灵活性
那我在BIOS又不可能加上认识
所有文件系统代码
那怎么办 我就在里有一个基本约定
我不需要认识格式
我也能从里头读到你的第一块
读了这块之后 这块的加载程序里头
我们会用加载程序来识别你磁盘上文件系统
这时候我认识磁盘上文件系统之后
我就可以读到我内核的镜像
并且把它加载到内存当中来
这就是我们这里看到
用加载程序读到操作系统来
有了这个过程之后
我们再把相应的控制权转到
读进来的操作系统内核代码上
我们操作系统就可以开始运行的
我们在BIOS还要提供一些什么样的功能
基本的输入 输出功能
比如说我们需要知道
如何在屏幕上显示基本的信息
然后我从磁盘上读写扇区
那我能知道我的内存有多大
我能从键盘上读用户的输入
当然在这里BIOS只能提供最简单
最基本的输入 输出功能
并且它的使用也受到很大的限制
比如说在我们的英特尔的CPU上
它受到一条限制
就是你只能是在实模式下工作
那如果说我们的操作系统是工作在保护模式下
那这些就都不可以用了
-0.1 Piazza讨论区
--html
-0.2 在线实验平台
--实验平台使用帮助
--平台使用帮助
-0.2在线实验平台
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-1.1 课程概述
--视频
-第一讲 操作系统概述--练习
-1.2 教学安排
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-1.3 什么是操作系统
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-1.4 为什么学习操作系统，如何学习操作系统
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-1.5 操作系统实例
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-1.6 操作系统的演变
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-1.7 操作系统结构
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-2.1 前言和国内外现状
-2.2 OS实验目标
-2.3 8个OS实验概述
-2.4 实验环境搭建
-2.5 x86-32硬件介绍
-2.6 ucore部分编程技巧
-2.7 演示实验操作过程
--Q6
--Q7
--Q10
-3.1 BIOS
--3.1 BIOS
-3.2 系统启动流程
-3.3 中断、异常和系统调用比较
-第三讲 启动、中断、异常和系统调用--3.3 中断、异常和系统调用比较
-3.4 系统调用
--3.4 系统调用
-第三讲 启动、中断、异常和系统调用--3.4 系统调用
-3.5 系统调用示例
-3.6 ucore+系统调用代码
-4.1 启动顺序
--4.1 启动顺序
-4.2 C函数调用的实现
-4.3 GCC内联汇编
-4.4 x86中断处理过程
-4.5 练习一
--4.5 练习一
-4.6 练习二
--4.6 练习二
-4.7 练习三
--4.7 练习三
-4.8 练习四 练习五
-4.9 练习六
--4.9 练习六
-5.1 计算机体系结构和内存层次
-5.2 地址空间和地址生成
-5.3 连续内存分配
-5.4 碎片整理
--5.4 碎片整理
-5.5 伙伴系统
--5.5 伙伴系统
-第五讲 物理内存管理: 连续内存分配--5.6 练习
-6.1 非连续内存分配的需求背景
-6.2 段式存储管理
-- 6.2 段式存储管理
-6.3 页式存储管理
-6.4 页表概述
--6.4 页表概述
-6.5 快表和多级页表
-6.6 反置页表
--6.6 反置页表
-6.7 段页式存储管理
-第六讲 物理内存管理: 非连续内存分配--6.8 练习
-7.1 了解x86保护模式中的特权级
-第七讲 实验二 物理内存管理--7.1 了解x86保护模式中的特权级
-7.2 了解特权级切换过程
-第七讲 实验二 物理内存管理--7.2 了解特权级切换过程
-7.3 了解段/页表
-第七讲 实验二 物理内存管理--7.3 了解段/页表
-7.4 了解UCORE建立段/页表
-第七讲 实验二 物理内存管理--7.4 了解UCORE建立段/页表
-7.5 演示lab2实验环节
-8.1 虚拟存储的需求背景
-8.2 覆盖和交换
-8.3 局部性原理
-8.4 虚拟存储概念
-8.5 虚拟页式存储
-8.6 缺页异常
--8.6 缺页异常
-9.1 页面置换算法的概念
-9.2 最优算法、先进先出算法和最近最久未使用算法
-第九讲 页面置换算法--9.2 最优算法、先进先出算法和最近最久未使用算法
-9.3 时钟置换算法和最不常用算法
-第九讲 页面置换算法--9.3 时钟置换算法和最不常用算法
-9.4 Belady现象和局部置换算法比较
-第九讲 页面置换算法--9.4 Belady现象和局部置换算法比较
-9.5 工作集置换算法
-第九讲 页面置换算法--9.5 工作集置换算法
-9.6 缺页率置换算法
-第九讲 页面置换算法--9.6 缺页率置换算法
-9.7 抖动和负载控制
-10.1 实验目标：虚存管理
-第十讲 实验三 虚拟内存管理--10.1 实验目标：虚存管理
-10.2 回顾历史和了解当下
-第十讲 实验三 虚拟内存管理--10.2 回顾历史和了解当下
-10.3 处理流程、关键数据结构和功能
-第十讲 实验三 虚拟内存管理--10.3 处理流程、关键数据结构和功能
-10.4 页访问异常
-第十讲 实验三 虚拟内存管理--10.4 页访问异常
-10.5 页换入换出机制
-第十讲 实验三 虚拟内存管理--10.5 页换入换出机制
-11.1 进程的概念
-第十一讲 进程和线程--11.1 进程的概念
-11.2 进程控制块
-第十一讲 进程和线程--11.2 进程控制块
-11.3 进程状态
-第十一讲 进程和线程--11.3 进程状态
-11.4 三状态进程模型
-11.5 挂起进程模型
-第十一讲 进程和线程--11.5 挂起进程模型
-11.6 线程的概念
-第十一讲 进程和线程--11.6 线程的概念
-11.7 用户线程
-第十一讲 进程和线程--11.7 用户线程
-11.8 内核线程
-第十一讲 进程和线程--11.8 内核线程
-12.1 进程切换
-第十二讲 进程控制--12.1 进程切换
-12.2 进程创建
-第十二讲 进程控制--12.2 进程创建
-12.3 进程加载
-第十二讲 进程控制--12.3 进程加载
-12.4 进程等待与退出
-第十二讲 进程控制--12.4 进程等待与退出
-13.1 总体介绍
-13.2 关键数据结构
-13.3 执行流程
-13.4 实际操作
-14.1 总体介绍
-14.2 进程的内存布局
-14.3 执行ELF格式的二进制代码-do_execve的实现
--14.3 执行ELF格式的二进制代码-do_execve的实现
-14.4 执行ELF格式的二进制代码-load_icode的实现
--14.4 执行ELF格式的二进制代码-load_icode的实现
-14.5 进程复制
-14.6 内存管理的copy-on-write机制
-15.1 处理机调度概念
-第十五讲 处理机调度--15.1 处理机调度概念
-15.2 调度准则
-15.3 先来先服务、短进程优先和最高响应比优先调度算法
--15.3 先来先服务、短进程优先和最高响应比优先调度算法
-第十五讲 处理机调度--15.3 先来先服务、短进程优先和最高响应比优先调度算法
-15.4 时间片轮转、多级反馈队列、公平共享调度算法和ucore调度框架
--15.4 时间片轮转、多级反馈队列、公平共享调度算法和ucore调度框架
-第十五讲 处理机调度--15.4 时间片轮转、多级反馈队列、公平共享调度算法和uc
-15.5 实时调度和多处理器调度
-第十五讲 处理机调度--15.5 实时调度和多处理器调度
-15.6 优先级反置
-第十五讲 处理机调度--15.6 优先级反置
-16.1 总体介绍和调度过程
-16.2 调度算法支撑框架
-16.3 时间片轮转调度算法
-16.4 Stride调度算法
-17.1 背景
--17.1 背景
-17.2 现实生活中的同步问题
-第十七讲 同步互斥--17.2 现实生活中的同步问题
-17.3 临界区和禁用硬件中断同步方法
-第十七讲 同步互斥--17.3 临界区和禁用硬件中断同步方法
-17.4 基于软件的同步方法
-第十七讲 同步互斥--17.4 基于软件的同步方法
-17.5 高级抽象的同步方法
-第十七讲 同步互斥--17.5 高级抽象的同步方法
-18.1 信号量
--18.1 信号量
-第十八讲 信号量与管程--18.1 信号量
-18.2 信号量使用
-第十八讲 信号量与管程--18.2 信号量使用
-18.3 管程
--18.3 管程
-第十八讲 信号量与管程--18.3 管程
-18.4 哲学家就餐问题
-18.5 读者-写者问题
-19.1 总体介绍
-19.2 底层支撑
-第十九讲 实验七 同步互斥--19.2 底层支撑
-19.3 信号量设计实现
-第十九讲 实验七 同步互斥--19.3 信号量设计实现
-19.4 管程和条件变量设计实现
-第十九讲 实验七 同步互斥--19.4 管程和条件变量设计实现
-19.5 哲学家就餐问题
-20.1 死锁概念
-第二十讲 死锁和进程通信--20.1 死锁概念
-20.2 死锁处理方法
-第二十讲 死锁和进程通信--20.2 死锁处理方法
-20.3 银行家算法
-第二十讲 死锁和进程通信--20.3 银行家算法
-20.4 死锁检测
-第二十讲 死锁和进程通信--20.4 死锁检测
-20.5 进程通信概念
-第二十讲 死锁和进程通信--20.5 进程通信概念
-20.6 信号和管道
-第二十讲 死锁和进程通信--20.6 信号和管道
-20.7 消息队列和共享内存
-第二十讲 死锁和进程通信--20.7 消息队列和共享内存
-21.1 文件系统和文件
-第二十一讲 文件系统--21.1 文件系统和文件
-21.2 文件描述符
-第二十一讲 文件系统--21.2 文件描述符
-21.3 目录、文件别名和文件系统种类
-第二十一讲 文件系统--21.3 目录、文件别名和文件系统种类
-21.4 虚拟文件系统
-第二十一讲 文件系统--21.4 虚拟文件系统
-21.5 文件缓存和打开文件
-第二十一讲 文件系统--21.5 文件缓存和打开文件
-21.6 文件分配
-第二十一讲 文件系统--21.6 文件分配
-21.7 空闲空间管理和冗余磁盘阵列RAID
-第二十一讲 文件系统--21.7 空闲空间管理和冗余磁盘阵列RAID
-22.1 总体介绍
-第二十二讲 实验八 文件系统--22.1 总体介绍
-22.2 ucore 文件系统架构
-第二十二讲 实验八 文件系统--22.2 ucore 文件系统架构
-22.3 Simple File System分析
-第二十二讲 实验八 文件系统--22.3 Simple File System分析
-22.4 Virtual File System分析
-第二十二讲 实验八 文件系统--22.4 Virtual File System分
-22.5 I/O设备接口分析
-第二十二讲 实验八 文件系统--22.5 I/O设备接口分析
-22.6 执行流程分析
-23.1 I/O特点
--视频
-第二十三讲 I/O子系统--23.1 I/O特点
-23.2 I/O结构
--816C80A0F5E3B8809C33DC5901307461
-第二十三讲 I/O子系统--23.2 I/O结构
-23.3 I/O数据传输
--C58221E14388B9DB9C33DC5901307461
-第二十三讲 I/O子系统--23.3 I/O数据传输
-23.4 磁盘调度
--567A3F1FCBFB3F4C9C33DC5901307461
-第二十三讲 I/O子系统--23.4 磁盘调度
-23.5 磁盘缓存
--C327536B80D25CE79C33DC5901307461
-第二十三讲 I/O子系统--23.5 磁盘缓存
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