X86 汇编：真的是“恐怖”的存在吗？

Assembly Language(汇编语言)，对于哪些从未深入了解其中的人来说，可谓是高深莫测之极。由于我们的计算机是以汇编语言为基础开发出来的，了解这些内容将会极大地有助于我们弄清CPU的工作原理。

X86 计算机对 IBM PC 原生的完全后向兼容-从系统顶层到加电启动甚至底层硬件电路，实在是令人印象深刻。 这意味着几乎所有的 PC 都能运行1983年以后开发的软件；不过，需要为此付出的代价也是非常之高的。X86 架构由于它的 edge case 和复杂性而“名声大振”。

要明白一台现代 X86 计算机的启动过程，我们需要了解 X86 架构的发展历史，启动过程在 99%的情况下是由 bootloader 处理的。

在我们的 demo 中将专注于16位“实模式”-DOS系统和其他变种操作系统的运行环境。在该模式下，CPU并不支持现代操作系统所具有的各种安全保护措施。运行于其上的程序可以访问系统各个角落甚至修改系统。这使得 DOS 病毒大量泛滥（尽管这些病毒大都不具破坏性，但却很令人厌烦）。

在实模式下，与硬件交互的模型也极其简单。PC 通过外部丰富的软中断与各式各样的硬件交互。

这让使得最初的阶段的系统开发工作容易起来：因为开发者只需知道少许软中断即可完成绝大多数 I/O 操作。

了解这些之后，我们开始我们的第一个 demo:

[BITS 16]  ;表明为 16 位汇编代码
[ORG 0x7C00];起始地址，告知汇编器将代码加载到内存的位置

mov ah, 0x0A ; 设置 BIOS 调用类型
mov al, 66   ; 待打印的字母
mov cx, 1    ; 打印的次数
mov bh, 0    ; 页号

int 0x10     ; 调用 BIOS 打印字母

hlt          ; 暂停，处理器不执行任何操作

TIMES 510 - ($ - $$) db 0    ;用 0 填充该扇区的剩余空间
DW 0xAA55          ; 扇区结束标识

上面的代码什么意思呢? 其中mov 指令是用来把数据从一个位置传送到另一个地方。在此，我们只是用来在寄存器间传送数据，并未涉及内存空
间。int 指令指代一系列软中断，在这段代码中是 16号中断。

接下来，既然我们已经执行完我们的任务，那么调用hlt指令停止 CPU 运行。

到现阶段，是不是有点疑惑，我们是怎么就执行到这一步了呢？计算机刚才又是如何执行这些指令的？

实际上，系统启动的第一阶段是启动 BIOS - 用于配置和检测系统硬件。同时， BIOS 输出系统信息给接下来启动的操作系统程序，以便于接下来的硬件检测工作。

假定 BIOS 知道它是从何种设备上启动，那么，它首先会加载该设备
的第一个扇区512字节到内存中的指定位置，然后跳转到此处将控制权移交给下一个启动程序。

在上面的 demo 中，程序仅读取了512字节的有效载荷。如果我们需要执行的程序超过512字节大小，怎么办呢？

有幸的是，BIOS 可以通过调用 13号 int 中断，来访问系统中的磁盘驱动器。

[BITS 16]
org 0x7C00
start:
        ; This section of code is added based on Michael Petch's bootloader tips
        xor ax,ax      ; 为 DS 置 0 准备
        mov ds,ax   
        mov bx,0x8000  ; 栈段可以是可用内存的任意一段
        mov ss,bx      ; 栈顶位于 0x80000.
        mov sp,ax      ; 设置 SP=0 ，使栈底位于 0x90000 下
        cld            ; 设置 DF 位为正向
        mov ah, 0x02
        mov al, 1   
        mov ch, 0    
        mov cl, 2    
        mov dh, 0   
        mov bx, new 
        mov es, bx  
        xor bx, bx
        int 0x13
        jmp new:0
data:
        new equ 0x0500
times   510-($-$$) db 0 
dw      0xaa55             
sect2:
        mov ax, cs
        mov ds, ax    ; 设置 CS=DS. CS=0x0500, 因此 DS=0x500
                      ; 如果变量已经在代码中设置，则要求
                      ; 正确地引用其内存地址
        mov ax, 0xB800
        mov es, ax
        mov byte [es:420], 'H'
        mov byte [es:421], 0x48
        mov byte [es:422], 'E'
        mov byte [es:423], 0x68
        mov byte [es:424], 'L'
        mov byte [es:425], 0x28
        mov byte [es:426], 'L'
        mov byte [es:427], 0x38
        mov byte [es:428], 'O'
        mov byte [es:429], 0x18
        mov byte [es:430], '!'
        mov byte [es:431], 0x58
        hlt

上述代码，加载虚拟磁盘的下一扇区 ，然后跳转到该处。13号 int 中断 API十分简洁，透露出计算机存储器工作的底层细节（尽管flsh存储器广泛使用，众多的数值依旧保留以保持兼容）。

BIOS 提供的服务极其的丰富，这有一个非常棒的参考资料：http://www.ctyme.com/intr/rb-0608.htm

希望这是进入 Assembly Language 的有趣开端，更多精彩，敬请期待 ......

附

磁盘 - 磁盘扇区写入参数定义

AH = 03h
AL = 写入的扇区数 (必须非零)
CH = 柱面数低8位
CL = 1-63扇区号 (bits 0-5)
柱面数的高2位 (6-7位, 只用于硬盘hard disk only)
DH = 磁头数
DL = 驱动器编号 (磁盘为硬盘驱动器时第7位置位)
ES:BX -> 数据缓冲区

返回值:
CF 写入错误时置位
CF 写入成功时清除置位
AH = 磁盘状态
AL = 传输的扇区数
(仅当某些BIOS的 CF 置位时有效 )

原文：https://blog.benjojo.co.uk/post/interactive-x86-bootloader-tutorial（文章略有删改）
翻译: 看雪翻译小组 StrokMitream
校对 ：

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