BIOS（控制权交接第一棒）

news2025/1/12 4:06:13

计算机系统的控制权（CPU的使用权）交接的第一棒是BIOS！接下来，我们简单学习一下BIOS相关知识。

在计算机接电后按下开机键，首先运行的软件是基本输入输出系统（Basic Input Output System，BIOS）

于是就产生了非常经典的3个问题？

BIOS是由谁加载的？
BIOS被加载到哪里呢？
它的cs:ip是由谁更改滴？

为了更好的理解上面的3个问题，先简单了解一些实模式下的1MB内存布局。

实模式下的1MB内存布局

Intel 8086 有 20 条地址线，故其可以访问 1MB 的内存空间，即 20 次方＝1048576 = 1MB。

地址范围用十六进制来表示，是 0x00000 到 0xFFFFF。这1MB的内存空间对其进行划分，如下表所示：

在这里插入图片描述

实模式下的内存布局

从低地址看，地址0～0x9FFFF （空间范围为640KB）处是 DRAM (Dynamic Random Access Memory ），即动态随机访问内存（动态的含义是需要不断刷新），我们所装的物理内存就是DRAM，如 DDR，DDR2等，也就是插在主板上的内存条。

看顶部的 0xF0000~0xFFFFF ，这 64KB 的内存是 ROM 。这里面存的就是 BIOS 的代码。 BIOS 的主要工作是检测、初始化硬件（硬件自己供了一些初始化的功能调用， BIOS 直接调用就可以完成初始化硬件的工作）。

【补充pro】

电脑安装了 4GB 内存，电脑中只显示 3.8GB 左右？？？

【说明】

上述问题可转化成在CPU眼中，我们插在主板上的物理内存不是它眼里“全部的内存”。

在计算机中，并不是只有咱们插在主板上的内存条需要通过地址总线访问，还有一些外设同样是需要通过地址总线来访问的，这类设备还很多呢。若把全部的地址总线都指向物理内存，那其他设备该如何访问呢？

因此，只好在地址总线上提前预留出来一些地址空间给这些外设用，这片连续的地址给显存，这片连续的地址给硬盘控制器等。留够了以后，地址总线上其余的可用地址再指向 DRAM，也就是指插在主板上的内存条。如下图所示。
在这里插入图片描述

✳✳✳回到最初的3个问题上~

BIOS是由谁加载的？

BIOS是由硬件加载的。这个硬件相当于只读存储器（Read-Only Memory，ROM），只读存储器内容是不可擦除。BIOS被写入此ROM。由于ROM是内存，内存就会被访问，此ROM 被映射在低端1MB 内存的顶部，即地址0xF0000~0xFFFFF 处。因此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被加载到哪里呢？

由上面的说明可知，BIOS被加载到0xF0000~0xFFFFF 处。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。

它的cs:ip是由谁更改滴？

在开机的瞬间，也就是接电的一瞬间， CPU cs: ip 寄存器被强制初始化为 0xF000 : 0xFFF0。由于开机的时候处于实模式，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 。0xFFFF0 地址便是 BIOS 的入口地址。

参考资料