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bios是如何苏醒的

bios其实一直睡在某个地方，直到被唤醒……前面热火朝天的说了bios的功能和内存布局，似乎还没说到正题上，bios是如何启动的呢。因为bios是计算机上第一个运行的软件，所以它不可能自己加载自己，由此可以知道，它是由硬件加载的。那这个硬件是谁呢？其实前面已经提到过了，相当于是只读存储器ROM，因为它一直就睡在那里不动。

大家知道，只读存储器中的内容是不可擦除的，也就是它不像动态随机访问存储器DRAM那样，掉电后，里面的数据就会丢失。这种存储介质是用来存储一成不变的数据，当数据写进去后，便与日月同辉，庭前坐看花开花落，不朽于天地万物之间，哈哈，有点夸张了。

bios代码所做的工作也是一成不变的，而且在正常情况下，其本身是不需要修改的，平时听说的那些主板坏了要刷bios属于例外。于是bios顺理成章地便被写进此ROM。ROM也是块内存，内存就需要被访问。此ROM被映射在低端1M内存的顶部，即地址0xF0000~0xFFFFF处，可以参考表1-1顶部的bios部分。只要访问此处的地址便是访问了bios，这个映射是由硬件完成的。

bios本身是个程序，程序要执行，就要有个入口地址才行，此入口地址便是0xFFFF0。最重要的一点来了，知道了bios在哪里后，cpu如何去执行它，即cpu中的cs：ip值是如何组合成0xFFFF0的。如果大家不了解内存的分段访问机制，可以参考第0章，里面有讲解cpu为什么分段方式内存。说正事，cpu访问内存是用段地址+偏移地址来实现的，由于在实模式之下，段地址需要乘以16后才能与偏移地址相加，求出的和便是物理地址，cpu便拿此地址直接用了。这个“段基址：段内偏移地址”的组合是0xffff:0吗？或者是0xF000:0xFFF0?或者是更奇葩一点的组合:0xFEEE:0x1110? 或者您想出的组合比我的还奇葩，好啦，不折磨大家了，还是说正事要紧。既然做为第一个运行的程序都没开始执行，自然就没办法用软件搞定这件事了，还是得靠硬件支持才行。在开机的一瞬间，也就是接电的一瞬间，cpu的cs：ip寄存器被强制初始化为0xF000:0xFFF0。由于开机的时候是处于实模式，再重复一遍加深印象，在实模式下的段基址要乘以16，也就是左移4位，于是0xF000:0xFFF0的等效地址将是0xFFFF0。上面说过了，此地址便是bios的入口地址。当我给出这个地址后，不知道大家意识到什么没有。bios是在实模式下运行的，而实模式只能访问1M空间（20位地址线，2的20次方是1M）。而地址0xFFFF0距1M只有16个字节了（见表1-1除标题外的第一行），这么小的空间够干吗？bios又要检测硬件、做各种初始化工作、还要建立中断向量表……16字节的机器指令肯定干不了这么多事。也许有的同学会问，超过寄存器宽度会怎么样呢?比如0xFFFF0+16，这样就溢出了，由于实模式下的寄存器宽度是16位，0xFFFF0+16已经超过了其最大值0xFFFFF。溢出的部分就会回卷到0，又会重新开始，即0xFFFF0+16等于0，0xFFFF0+17等于1。

既然此处只有16字节的空间了，这只能说明bios真正的代码不在这，那此处的代码只能是个跳转指令才能解释得通了。好，既然心里有了推断，那咱们就来证明这个推断正确与否。下图是我在bochs中抓的图，下面给大家分析一下这图中的信息都代表什么。

首先得承认，这张图有点超前了，这是在有了MBR后才能抓到的，否则会提示boot failed: not a bootable disk，而我们还没有MBR，还没有写主引导记录。先不管这张图是怎么来的啦，反正大家马上就能够在自己的虚拟机里看到这张图了，大概还有1柱香的工夫，可能是很长的那种香^—^。大家先注意框框中的内容。一共有3个，最上面左边第1个标有cs:ip的那个框，cs寄存器的值是0xf000，ip寄存器的值是0xfff0，也就是段基址0xf000，段内偏移地址0xfff0，这个组合出来的地址便是0xffff0，这是处理器下一条待执行指令的地址。这与上面所说的bios入口地址是吻合的。另外，因为cs和ip寄存器中存储的是下一条要执行的指令，目前还没有执行，也就是说，当前还没有执行bios，这是机器刚开机的那一刻。这一刻还是值得庆祝的，因为即使是计算机行业的同学都很少看到这一刻，何况我们让这一刻停了下来，成为永恒。

按理说，既然让cpu去执行0xFFFF0处的内容（目前还不知道其是指令还是数据），此内容应该是指令才行，否则这地址处的内容若是数据而不是指令，cpu硬是把它当成指令来译码的话，一定会弄巧成拙铸成大错。现在咱们又有了新的推断，物理地址0xFFFF0处应该是指令，继续探索。继续看第二个框框，里面有条指令jmp far f000:e05b,这是条跳转指令，也就是证明了在内存物理地址0xFFFF0处的内容是一条跳转指令，我们的判断是正确的。那cpu的执行流是跳到哪里了呢？段基址0xf000左移4位+0xe05b，即跳向了0xfe05b处，这是bios代码真正开始的地方。

第三个框框cs:f000，其意义是cs寄存器的值是f000，与我们刚刚所说的加电时强制将cs置为f000是吻合的，正确。接下来bios便马不停蹄的检测内存，显卡等外设信息，当检测通过，并初始化好硬件后，开始在内存中0x000~0x3FF处建立数据结构，中断向量表IVT并填写中断例程。

好了，终于到了接力的时刻，这是这场接力赛的第一棒，它将交给谁呢，咱们下回再说。

【再续】