[学习xv6课程]：lesson3-lecture 2
Xv6 lesson 3
课程内容
PC的硬件只是和X86的编程
这里是以PPT形式来展示了PC电脑的硬件结构，主要是要电脑结构，x86编程，gcc 调用协议，PC的模拟仿真。
硬件中说明电脑的大致的输入输出结构，CPU，储存结构，这个很符合冯衣·诺曼架构。电脑的储存中存放数据和指令。接着结构在执行指令时，代码时以指针形式，顺序执行代码。而对于CPU内部，简单介绍了通用寄存器，关于这几个寄存器的作用是：寄存器作为CPU内部资源，自然是最快的储存器，但量少，那么为了使代码运行速度更快，则使用通用寄存器作为缓冲单元，每次如加减，先从硬盘或者内存中调用数据到通用寄存器，然后加减再储存回存储器。除了通用寄存器，还有特殊寄存器，如：PC指针，Linker寄存器等。
接下来，介绍的是内存的操作，IO空间和指令。硬件地址的布局，大家可以详细的记住，这个对以后学习有好处。
其中”From C to running program”这一节初学者眼仔细取理解，怎么理解呢？
从你写的代码到机器码，它不是简单的翻译过程。首先要将你写的代码(.c)文件通过编译器(gcc)编译成汇编(.asm)。然后将汇编(.asm)编译成可执行文件(.o)文件吗，其中的.o文件大多以elf文件格式存在。最好Linker(ld链接器)将若干个.o文件链接起来编程一个程序。最好通过loader将其加载内存。
预习（Preparation）
在《book-rev6.pdf》中有两个附录（appendix），附录A与附录B主要讲的是：
附录A:
PC 硬件:
这部分内容主要讲的PC的硬件组成，要知道PC 抽象为三个组件：CPU、内存和输入/输出 (I/O) 设备。其余的可以看原书籍，或者推荐看中文的计算机组成原理一书。
处理器与内存:
处理器只能度取程序和按照程序来走，从内存地址中取出要执行的机器码和操作数，它并不能修改程序。
现代的x86架构的处理器有8个32位的通用寄存器:%eax, %ebx,%ecx, %edx, %edi, %esi, %ebp, 和 %esp。另外一个程序计数器（PC-program counter）：%eip。如果知道内部cpu的运行结构就无需阅读下去，初学者最好学习改部分知识。
寄存器快但是贵，所以寄存器使用的比较少，只有CPU内有少量的寄存器。所以现代计算的内存架构通常都是层级架构：寄存器-L1 cache-L2 cache-主存(RAM)。这样的速度是递减的，但能够很好的解决价格和速度问题。
输入输出（I/O）:
X86电脑提供了特殊指令来读取或输出通过IO端口。这些指令的硬件实现与读写内存本质上是一样的。早期的 x86 处理器有一个额外的地址线：0 表示从 I/O 端口读/写，1 表示从主端口读/写。许多计算机体系结构没有单独的设备访问指令。反而设备具有固定的内存地址，处理器与设备（在操作系统的要求下）通过在这些地址读取和写入值。事实上，现代 x86 架构使用这种技术，称为内存映射(Memory map)。
附录B：
启动器（boot loader）:
在你的操作系统程序启动前，还有一段程序需要运行。在PC中，它叫做BIOS，它储存在主板的ROM上，这里我知道的就是电脑的BIOS储存在一个小的芯片上，而非硬盘上。BIOS的工作就是准备好环境，比如：启动硬盘，启动内存，散热器，屏幕等驱动，然后将硬盘中的第一段代码(或者启动代码)引导进内存中,就让CPU直接读取内存中的代码去执行。
BIOS会执行初始化硬件代码，而它运行完了后会将程序控制权转给boot代码（从0x7C00开始）的代码。这段代码存放在硬盘的第一个512字节扇区，并且将该程序加载带内存0x7c00位置。总的来说就是BIOS会引导bootasm.S和bootmain.c到内存中执行。
原文执行过程：
具体来说，它转移控制从引导扇区加载的代码，引导磁盘的第一个 512 字节扇区。引导扇区包含引导加载程序：将内核加载到内存中的指令。 BIOS 在内存地址 0x7c00 加载引导扇区，然后跳转（设置处理器的 %ip) 到该地址。(注意一些16进制地址)。
xv6 引导加载程序包含两个源文件，一个用 16 位和 32 位 x86 程序集（bootasm.S; (8200)）组合编写的和一个用 C 编写的 (bootmain.c; (8300))。
代码：引导程序汇编:
这里应该先下载xv6的源码，地址是：git clone git://pdos.csail.mit.edu/xv6/xv6.git。没有网的可以在附件中寻找(该网站我clone不下来，上git找的)。
在bootasm.s中可以看到：
图:bootasm.S源码开始
start下面第一句是cli，这个是用来关中断的。中断是一种以硬件方式来唤醒OS进行处理的，BIOS是一个紧凑的操作系统，它可能会以中断处理方式来初始化硬件的，当BIOS不再运行时，或者说boot loader开始时，这样的方式就不再合适或者安全去处理来自硬件的中断。当xv6内核启动时（在第二章），有可以重新开中断。（BIOS需要用中断初始化代码，而boot程序这样的中断方式不安全，所以要关掉）。
从xv6的视角来说x86 CPU是使用的虚拟地址来执行，而真实情况是x86需要逻辑地址(见图:逻辑地址、线性地址和物理地址之间的关系。)的指令来执行，所以其中加一个地址转换即可。逻辑地址是由段选择器和偏移量组成，有时候可以写成：段:偏移。分段硬件执行上述转换以生成线性地址。如果启动了分页硬件功能(请看第一章)，它能将线性地址转换为逻辑地址。否则CPU会将线性地址当作逻辑地址。（xv6使用虚拟地址，而x86使用逻辑地址来跑，而逻辑地址又会由硬件从物理地址转换来）
Xv6系统中，因为某些历史原因，将虚拟地址等同于逻辑地址，也就是说物理地址经过地址转换器后就是虚拟地址。
BIOS不保证%ds, %es, %ss的内容，所以bootasm.S（后面称为：汇编boot）中要在cli（关中断后）将以上寄存器设置为0，所以借用%ax设为0来实现置0功能。
虚拟段由21bit，而intel 8088只能寻址20bit，那么就忽略最高位，但是由于后来硬件支持更多位数寻址，那么现在如果键盘控制器的输出端口的第2 bit是高，就启用21位地址，如果是低，就舍弃高位。
图：逻辑地址、线性地址和物理地址之间的关系。
未完待续，敬请期待!
