沒有操作系統(tǒng)時给僵,人們是如何操控計算機的?

作者:餓得扶墻走

出自:https://www.zhihu.com/question/21751451/answer/19214942

其實我覺得樓主問了個非常好的問題锋谐,核心就是想知道如果自己動手怎么能寫一個系統(tǒng)讓機子轉(zhuǎn)起來遍尺。我就利用你給的假設來給你講講計算機的歷史,看完也許你就明白了計算機操作系統(tǒng)歷史了涮拗。

let's begin!

首先我們把這臺計算機的硬盤拿掉狮鸭,把主板上的bios芯片拿掉。因為最早計算機暈新的程序是寫在紙帶上的多搀,當紙帶插入后歧蕉,計算機開始從地一句執(zhí)行。我們?yōu)榱俗鞒鲆粋€紙帶康铭,采用以下辦法:

1.寫一段匯編程序惯退,例如:

mov cx,100000

L1:

mov ax,0

mov bx,0

add ax,bx

inc bx

loop L1

這段程序是計算從0到100000的等差數(shù)列之和,算是科學計算吧(什么你說有公式从藤?)

然后我們把它編譯成二進制文件(利用nasm配合參數(shù)即可實現(xiàn))〈吖颍現(xiàn)在紙帶上的數(shù)字有了,我們要一個紙帶夷野。

2.這一步比較神棍懊蒸,就是為了實現(xiàn)一個紙帶:我們?nèi)ヒ患抑谱鱞ios芯片的工廠,讓他把我們剛才寫的二進制代碼燒錄到一個bios芯片上悯搔。在pc接通電源以后骑丸,首先cpu要去bios的一個特定地址順序執(zhí)行之后的語句,我們插上這個假的bios芯片妒貌,機器上來就不自檢了通危,而執(zhí)行我們寫的代碼。

這就是第一代操作系統(tǒng)灌曙,由此可見第一代計算機根本沒有操作系統(tǒng)菊碟,人們吧精心編制的二進制代碼刻在紙帶上,cpu就開始順序執(zhí)行在刺。

人們痛恨每次都要裝卸紙帶逆害,尤其是有多個人等候使用計算機的時候头镊,所以大家希望把程序事先存儲在某個地方,讓計算機自己調(diào)用就好了魄幕,于是就有了外存∠嗤В現(xiàn)在計算機發(fā)展了,所以我們把硬盤和bios都裝上梅垄。還是原來的二進制代碼,我們把它刻錄在硬盤里(可以先插到一個linux系統(tǒng)里输玷,一個dd命令就實現(xiàn)了队丝。這里要注意一定要刻錄在硬盤的第一個扇區(qū),而且最后倆字節(jié)一定要是55aa欲鹏,至于為什么我們不討論机久,畢竟我們是模擬)。這樣紙帶這種東西就消失在計算機的歷史中了赔嚎。但是你可能會問膘盖,這部就是吧紙帶換成硬盤了嗎?的確是尤误。

我們的前輩們也不滿意侠畔,他們希望直接想計算機傳達命令。

繼續(xù)改進损晤,我們先寫這樣一段代碼:(本來想寫純匯編代碼软棺,但是不能使用int9中斷的話實在太長,我先寫偽代碼尤勋,以后有時間我在完善)

start:

如果鍵盤寄存器的值為0

讀取硬盤第二個扇區(qū)到內(nèi)存地址yyyy

jmp yyyy

否則

funcinput:

如果鍵盤的寄存器有新的值

讀取鍵盤的寄存器

存入到內(nèi)存地址xxxx

地址xxxx+1

jmp funcinput

else 把剛才寫的那一個內(nèi)存塊放入硬盤的第二個扇區(qū)

jmp start

(話擦這是什么偽代碼喘落,你大學在家上的吧)

把這一段代碼寫在硬盤第一個扇區(qū),以后每次開機輸入0就運行程序最冰,而輸入非0則先錄入程序在執(zhí)行瘦棋。

技術上講,剛才這一小段代碼就已經(jīng)算是一個操作系統(tǒng)了暖哨,操作系統(tǒng)只是一個概念赌朋,并沒有題主顯得那么復雜。

但是到目前為止我們的程序只能一個接一個的完成篇裁,如果一個很長的程序后面跟一個很短的箕慧,那么對短程序是相當不利的,因此前輩們又研究出了多道批處理茴恰。

多道的核心思想就是設置時間片颠焦,每個任務都運行一個時間片,時間片結(jié)束以后往枣,就換到下一個任務粉渠,這樣對每個任務都是公平的。盡管現(xiàn)在的cpu都是雙核四核圾另,但是這個思想到如今依然是家用電腦系統(tǒng)的基石,我們能一邊聽音樂一邊打游戲就是拜這個思想所賜去件。

好了現(xiàn)在我們來實現(xiàn)。現(xiàn)在我們要給這臺電腦裝一個叫做8583的芯片扰路,他的作用就是每隔一段時間就向cpu發(fā)出一個中斷尤溜。而我們的核心代碼就是在收到這個中斷以后執(zhí)行。

timeInterrupt:

mov al,20h

out 20h,al

mov ax,dataSegment-gdt

mov ds,ax

mov eax,1

cmp eax,[current]

je .1

mov [current],eax

jmp tss1Segment-gdt:0

jmp .2

.1:

mov byte [current],0

jmp tss0Segment-gdt:0

.2:

iret

(這個是我畢業(yè)設計《小型操作系統(tǒng)原理實現(xiàn)》所用到的實現(xiàn)時間片的代碼部分宫莱,省事就粘過來了)

這個代碼的核心思想就是接到時鐘中斷以后,保存第一個任務的現(xiàn)場授霸,恢復第二個任務的現(xiàn)場,在跳轉(zhuǎn)到第二個任務)

多道的實現(xiàn)不光只是分配時間片那么簡單际插,因為多道系統(tǒng)同時有多個程序在內(nèi)存碘耳,而編制程序的時候都是從邏輯地址0開始的,這樣必然會造成地址沖突框弛,于是intel8086推出了段的概念,多道程序中要防止自己編寫的程序由于bug或其他因素破壞掉操作系統(tǒng)程序功咒,于是intel386推出了保護模式,等等力奋。可以說多道是現(xiàn)在操作系統(tǒng)的一大分支景殷。

到此為止,樓主的問題我基本解答了咐旧,首先你覺得沒有操作系統(tǒng)沒法輸入,這是錯的铣墨,我們直接插了一塊bios芯片,沒有輸入任何代碼伊约。然后我們修改了“刻”進去的代碼,實現(xiàn)了我們在機器了編制程序屡律。如今的操作系統(tǒng)也一樣,你第一次給裸機安裝系統(tǒng)的時候超埋,一定是找了一個刻錄好的媒介(光盤,u盤)霍殴。

以上就是我用代碼幫你模擬了計算機操作系統(tǒng)的發(fā)展,看得出題主能從這方面思考問題說明你對計算機底層有興趣吓笙,這里推薦你基本書:《匯編語言》(王爽的那本)《linux內(nèi)核注釋》(趙炯那本)《匯編語言:從實模式到保護模式》《orangs:一個操作系統(tǒng)的實現(xiàn)》我推薦的這基本都是自己寫內(nèi)核來了解操作系統(tǒng)原理巾腕,非常對題主胃口絮蒿,而非ldd尊搬,ldk之類的直接剖析一個操作系統(tǒng)內(nèi)核土涝。

知乎首秀,還希望大神們請拍冀泻。

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