0
00:00:00,000 --> 00:00:06,480
 

1
00:00:06,520 --> 00:00:08,400
前面我给大家介绍了一下

2
00:00:08,440 --> 00:00:12,520
我们在完成实验中所要用到一些工具

3
00:00:12,560 --> 00:00:15,680
简单介绍了一下 接下来我们看看

4
00:00:15,720 --> 00:00:17,760
对X86-32一个基本理解

5
00:00:17,800 --> 00:00:22,080
这里面讲解在Lab0里面讲解应该说很简单一个介绍

6
00:00:22,120 --> 00:00:24,360
随着实验的逐步进展

7
00:00:24,400 --> 00:00:27,600
我们会对硬件有更深入的介绍

8
00:00:27,640 --> 00:00:31,360
特别是内存管理 特别是进程调度等方面

9
00:00:31,400 --> 00:00:34,600
还有中断处理 会有更详细的介绍

10
00:00:34,640 --> 00:00:36,520
来看看X8632怎么回事

11
00:00:36,560 --> 00:00:40,240
第一个就是X86 我们说X86是个简称

12
00:00:40,280 --> 00:00:43,360
其实这里面指的是什么 80386这种机器

13
00:00:43,400 --> 00:00:47,000
这种机器是因特尔32位的CPU

14
00:00:47,040 --> 00:00:49,120
早期使用的很广泛

15
00:00:49,160 --> 00:00:52,320
特别是在上个世纪90年代初

16
00:00:52,360 --> 00:00:55,320
这个机器是很普遍使用的机器

17
00:00:55,360 --> 00:00:57,960
它有四种运行模式

18
00:00:58,000 --> 00:01:02,640
在我们ucore操作系统实验中涉及到两种

19
00:01:02,680 --> 00:01:05,200
一种实模式 一种是保护模式

20
00:01:05,240 --> 00:01:08,240
实模式等于它只有16位的寻址空间

21
00:01:08,280 --> 00:01:12,360
且没有保护机制 但是保护模式就不一样了

22
00:01:12,400 --> 00:01:14,320
保护模式有32位的寻址空间

23
00:01:14,360 --> 00:01:17,480
且有很强大保护机制来确保

24
00:01:17,520 --> 00:01:18,560
操作系统的安全

25
00:01:18,600 --> 00:01:21,640
以及跑的各个程序之间的安全性

26
00:01:21,680 --> 00:01:23,400
就是用保护模式来实现

27
00:01:23,440 --> 00:01:26,120
所以说在这里面我们需要理解

28
00:01:26,160 --> 00:01:27,960
什么是实模式 什么是保护模式

29
00:01:28,000 --> 00:01:30,360
实模式其实就是80386机器为了

30
00:01:30,440 --> 00:01:33,400
兼容早期的8086十六位机器

31
00:01:33,440 --> 00:01:37,080
做的一种模式 这种模式机器加电之后

32
00:01:37,120 --> 00:01:39,280
一启动就处于实模式运行状态

33
00:01:39,320 --> 00:01:42,360
在这个时候它的寻址空间不超过1M

34
00:01:42,400 --> 00:01:46,280
且无法发挥80386 4G内存管理机制

35
00:01:46,320 --> 00:01:47,960
那么早期的Microsoft 

36
00:01:48,000 --> 00:01:53,160
微软的dos操作系统就运行实模式环境中

37
00:01:53,200 --> 00:01:55,560
这也是一个早期很早的OS

38
00:01:55,600 --> 00:01:57,680
也是微软最早一个OS

39
00:01:57,720 --> 00:02:01,720
当然它这个完全不能够发挥我们30位机器特点

40
00:02:01,760 --> 00:02:05,160
所以我们希望我们运行在保护模式

41
00:02:05,200 --> 00:02:07,800
在需要一个设置Lab1就会碰到

42
00:02:07,840 --> 00:02:11,240
你怎么从一开始处于实模式切换到保护模式

43
00:02:11,280 --> 00:02:12,680
一旦有了保护模式

44
00:02:12,720 --> 00:02:15,000
第一个它的寻址空间发生了变化

45
00:02:15,040 --> 00:02:19,720
它从16位或者说1M空间变成了32位寻址空间

46
00:02:19,760 --> 00:02:22,000
有4GB的寻址空间 这是一个

47
00:02:22,040 --> 00:02:25,040
第二它提供所谓分页和分段机制

48
00:02:25,080 --> 00:02:31,000
这两种机制能够让不同软件放在不同的特权级

49
00:02:31,040 --> 00:02:34,040
访问不同空间 且相互之间是隔离的

50
00:02:34,080 --> 00:02:36,160
这种不同的机制就可以使得

51
00:02:36,200 --> 00:02:38,920
我们应用程序可以运行在较低的级别

52
00:02:38,960 --> 00:02:41,640
它限制在运行在一个有限的空间里面

53
00:02:41,680 --> 00:02:45,240
不会破坏操作系统 不会访问那些特权指令

54
00:02:45,280 --> 00:02:48,440
那这就是我们保护模式提供一种功能

55
00:02:48,480 --> 00:02:51,960
我们ucoreos是充分利用了保护模式的特点

56
00:02:52,000 --> 00:02:56,680
完成了一个OS很重要的内存管理

57
00:02:56,720 --> 00:02:58,920
还有特权管理的机制

58
00:02:58,960 --> 00:03:00,960
这里面有一个地址问题

59
00:03:01,000 --> 00:03:03,800
好象大家听地址很简单

60
00:03:03,840 --> 00:03:06,160
地址就是类似于我们每一个同学

61
00:03:06,200 --> 00:03:07,960
家里面都有一个自己地址

62
00:03:08,000 --> 00:03:09,680
这也是地址 家庭地址 

63
00:03:09,720 --> 00:03:14,160
我们说对于80386机器而

64
00:03:14,200 --> 00:03:16,440
它对每一个类型单元都有一个编制

65
00:03:16,480 --> 00:03:19,320
当然这个地址实际上我们访问

66
00:03:19,360 --> 00:03:20,640
内存空间的一个索引

67
00:03:20,680 --> 00:03:23,400
既然80386是一个32位的处理器

68
00:03:23,440 --> 00:03:26,680
所以说它寻址空间是4G空间了

69
00:03:26,720 --> 00:03:30,160
这是一个 第二个我们说在计算机里面

70
00:03:30,200 --> 00:03:33,160
它有很多不同寻址方式

71
00:03:33,200 --> 00:03:35,560
首先我们硬件 我们CPU的物理硬件

72
00:03:35,600 --> 00:03:37,320
它有一个物理内存

73
00:03:37,360 --> 00:03:41,080
物理内存是处理器发出一个地址

74
00:03:41,120 --> 00:03:43,680
寻址一个地址请求 这地址请求发哪呢

75
00:03:43,720 --> 00:03:46,560
发到总线上用于访问计算机系统中的所有内存

76
00:03:46,600 --> 00:03:48,320
和外设的最终地址

77
00:03:48,360 --> 00:03:51,360
我们都知道大家如果拆开机器可以看到内存条

78
00:03:51,400 --> 00:03:55,120
那么内存条里面的地址就是所谓物理地址

79
00:03:55,160 --> 00:03:56,120
我们访问某一个物理地址

80
00:03:56,160 --> 00:04:00,080
是把内存某一个内存单元内容给读出来

81
00:04:00,120 --> 00:04:04,040
这是物理地址 第二个叫线性地址

82
00:04:04,080 --> 00:04:09,440
这个是80386机器里面引用的一种地址

83
00:04:09,480 --> 00:04:11,520
线性地址什么意思呢

84
00:04:11,560 --> 00:04:14,640
它是说由于我们有了一个所谓的段模式

85
00:04:14,680 --> 00:04:16,760
让某一个应用程序

86
00:04:16,800 --> 00:04:19,600
能够有一个相对独立地址空间

87
00:04:19,640 --> 00:04:21,600
这个应用程序它认为它自己

88
00:04:21,640 --> 00:04:24,880
是独占了计算机系统地址空间

89
00:04:24,920 --> 00:04:27,840
这个地址空间我们把它称之为线性地址空间

90
00:04:27,880 --> 00:04:30,680
当然这个线性地址空间是靠所谓

91
00:04:30,720 --> 00:04:34,480
我们后面说的段模式和页模式

92
00:04:34,520 --> 00:04:36,800
集中在一起来保护来实现的

93
00:04:36,840 --> 00:04:39,240
第三个我们称之为逻辑地址空间

94
00:04:39,280 --> 00:04:42,320
逻辑地址空间是应用程序直接使用地址空间

95
00:04:42,360 --> 00:04:44,960
看起来好象是有点混乱

96
00:04:45,000 --> 00:04:47,480
没关系我们把它简单的

97
00:04:47,520 --> 00:04:51,760
用我们硬件的表述方式来表述一下

98
00:04:51,800 --> 00:04:53,920
如果说80386的段机制启动

99
00:04:53,960 --> 00:04:55,320
页机制没有启动的时候

100
00:04:55,360 --> 00:05:00,960
逻辑地址通过段机制的映射能转变成线性地址

101
00:05:01,000 --> 00:05:02,920
然后线性地址就等同于物理地址

102
00:05:02,960 --> 00:05:06,320
这两个是等价的 那前提是什么呢

103
00:05:06,360 --> 00:05:09,160
段机制启动了 页机制还没有起动了

104
00:05:09,200 --> 00:05:11,000
当然我们讲Lab2的时候

105
00:05:11,040 --> 00:05:13,200
还会对页机制有更深入的讲解

106
00:05:13,240 --> 00:05:15,680
Lab1会对段机制有更深入讲解

107
00:05:15,720 --> 00:05:19,200
第二个是如果段机制和页机制都启动

108
00:05:19,240 --> 00:05:22,320
那么这个时候逻辑地址通过所谓的

109
00:05:22,360 --> 00:05:26,400
段机制它会映射成线性地址

110
00:05:26,440 --> 00:05:29,320
线性地质通过页机制映射成物理地址

111
00:05:29,360 --> 00:05:32,480
从而可以看出来它其实这所谓段机制

112
00:05:32,520 --> 00:05:34,200
和页机制只是一种映射关系

113
00:05:34,240 --> 00:05:37,080
把一个地址从A地址映射到B地址

114
00:05:37,120 --> 00:05:39,440
然后再B地址映射到C地址

115
00:05:39,480 --> 00:05:42,080
然后ABC地址内容是不一样的

116
00:05:42,120 --> 00:05:45,840
当然需要有一个映射关系的实现

117
00:05:45,880 --> 00:05:48,560
那实际上我们的段机和页机制处理的问题

118
00:05:48,600 --> 00:05:50,320
那我们对这个地址空间有一定了解之后

119
00:05:50,360 --> 00:05:53,280
我们再看看访问的寄存器就是CPU

120
00:05:53,320 --> 00:05:57,440
从内存到CPU CPU有一系列寄存器来存储数据

121
00:05:57,480 --> 00:05:59,720
这个寄存器分为以下几组

122
00:05:59,760 --> 00:06:03,400
一共有8组 我们通常看的最多是通用寄存器

123
00:06:03,440 --> 00:06:06,280
跟段相关的所谓段寄存器

124
00:06:06,320 --> 00:06:12,680
然后和寻址相关有指令指针寄存器就是EIP

125
00:06:12,720 --> 00:06:16,120
还有所谓标志寄存器就是Eflags

126
00:06:16,160 --> 00:06:18,760
还有什么呢 就是控制寄存器

127
00:06:18,800 --> 00:06:19,760
和其它调制寄存器等等

128
00:06:19,800 --> 00:06:24,080
最后两位一般开发应用程序用不到

129
00:06:24,120 --> 00:06:27,320
但是我们开发操作系统的时候需要用到

130
00:06:27,360 --> 00:06:30,320
因为这些特殊的寄存器是用来完成特殊的功能

131
00:06:30,360 --> 00:06:33,600
比如说我们刚才讲到让它进入保护模式

132
00:06:33,640 --> 00:06:37,560
让它启动分页 或者启动分段等等

133
00:06:37,600 --> 00:06:40,360
那都需要涉及一系列的控制寄存器

134
00:06:40,400 --> 00:06:42,560
系统地址寄存器等等

135
00:06:42,600 --> 00:06:45,400
这两类应该说专门是用来给

136
00:06:45,440 --> 00:06:48,400
类似于操作系统这样一些系统软件来使用的

137
00:06:48,440 --> 00:06:51,160
而前面的寄存器你在了解

138
00:06:51,200 --> 00:06:53,280
一般应用程序的时候也会用到

139
00:06:53,320 --> 00:06:55,120
那么我们来看看通用寄存器

140
00:06:55,160 --> 00:06:56,240
通用寄存器包含什么呢

141
00:06:56,280 --> 00:06:58,960
EAX EBX等等一直到ESP

142
00:06:59,000 --> 00:07:02,760
它有不同的功能 EAX主要用于累加 寻址

143
00:07:02,800 --> 00:07:04,320
ECX是用来记数

144
00:07:04,360 --> 00:07:07,640
最后ESP是用来堆栈寻址等等

145
00:07:07,680 --> 00:07:10,720
都是很重要的寄存器在我们应用程序

146
00:07:10,760 --> 00:07:13,720
和操作系统编程里面大量使用

147
00:07:13,760 --> 00:07:15,840
但是在ucore操作系统里面

148
00:07:15,880 --> 00:07:17,480
有一小部分是汇编语言

149
00:07:17,520 --> 00:07:19,240
你需要了解汇编语言含义

150
00:07:19,280 --> 00:07:23,360
你就需要知道这些寄存器有什么样功能和特点

151
00:07:23,400 --> 00:07:26,360
从而可以知道汇编语言到底表示什么意思

152
00:07:26,400 --> 00:07:30,520
当然我们在Lab1里面还会对汇编语言做深入讲解

153
00:07:30,560 --> 00:07:32,000
第二个是段寄存器

154
00:07:32,040 --> 00:07:33,640
段寄存器主要是用来寻址

155
00:07:33,680 --> 00:07:35,840
比如说我们要访问是代码段

156
00:07:35,880 --> 00:07:38,480
数据段还是堆栈段等等 那么这是堆栈段

157
00:07:38,520 --> 00:07:43,840
那么你这个CS的值是代表特定含义

158
00:07:43,880 --> 00:07:46,840
在实模式和保护模下它的含义是不一样

159
00:07:46,880 --> 00:07:49,960
这个也需要注意 接下来是指令寄存器

160
00:07:50,000 --> 00:07:52,760
和相应标志寄存器的介绍

161
00:07:52,800 --> 00:07:55,800
指令寄存器主要是指EIP

162
00:07:55,840 --> 00:08:00,360
当然对于16位CPU8086而言

163
00:08:00,400 --> 00:08:03,160
它是由CS和EIP共同决定地址

164
00:08:03,200 --> 00:08:05,240
那个EIP是低16位

165
00:08:05,280 --> 00:08:07,560
实际上就是IP 8086的IP地址

166
00:08:07,600 --> 00:08:09,360
那么CS和IP合在一起

167
00:08:09,400 --> 00:08:12,440
能够访问一共1M的内存地址空间

168
00:08:12,480 --> 00:08:16,480
但是如果是到了保护模式32位的CS

169
00:08:16,520 --> 00:08:18,480
和EIP就有了新的含义

170
00:08:18,520 --> 00:08:22,080
它们结合在一起来完成对32位地址空间的寻址

171
00:08:22,120 --> 00:08:24,160
在这个时候EIP已经表示了什么

172
00:08:24,200 --> 00:08:26,120
是指令的段内偏移地址

173
00:08:26,160 --> 00:08:28,040
这所谓的EFLAGS

174
00:08:28,080 --> 00:08:29,560
这是标志寄存器

175
00:08:29,600 --> 00:08:30,600
那么标志寄存器很有用

176
00:08:30,640 --> 00:08:33,200
比如说你做个加法是否溢出

177
00:08:33,240 --> 00:08:36,880
那么这些所有标志都是记录在EFLAGS里头

178
00:08:36,920 --> 00:08:38,880
而且还有一些特殊的位

179
00:08:38,920 --> 00:08:42,080
比如说是否允许中断等等

180
00:08:42,120 --> 00:08:44,560
这个都是由EFLAGS寄存器里面的

181
00:08:44,600 --> 00:08:48,800
特定的BIT来表示的 大家需要注意

182
00:08:48,840 --> 00:08:51,320
但是也需要了解是有一些BIT

183
00:08:51,360 --> 00:08:53,560
并不能由应用程序来修改

184
00:08:53,600 --> 00:08:54,920
而只能是用操作系统来修改

185
00:08:54,960 --> 00:08:57,480
这属于运行在特权态的操作系统

186
00:08:57,520 --> 00:09:00,520
才有能力去完成标志位的修改

187
00:09:00,560 --> 00:09:03,320
这是所谓的EFLAGS寄存器