BIOS启动过程详解

介绍

BIOS（基本输入输出系统）是位于计算机硬件和操作系统之间的软件系统，它负责在计算机启动时初始化硬件，并将控制权交给操作系统。了解BIOS启动过程对于理解计算机的工作原理非常重要。本文将详细介绍BIOS启动过程并提供相关的代码示例。

BIOS启动过程

BIOS启动过程可以分为以下几个步骤：

  1. 加电自检（Power-On Self Test, POST）：计算机加电后，BIOS会自动进行自检，检查硬件设备是否正常工作。自检过程会检测主板、内存、硬盘、键盘等硬件设备，如果发现错误，将会发出警告或者停止启动。
MOV AL, 0x0
OUT 0x80, AL ; 发出POST开始信号

journey
    title BIOS启动过程
    section 加电自检
        加电自检开始 --> 加电自检结束
  1. 启动设备的初始化：自检完成后，BIOS会读取存储在CMOS（互补金属氧化物半导体）中的配置信息，包括启动设备的顺序。BIOS会按照设定的顺序尝试从不同的设备（如硬盘、光盘、USB）中加载操作系统。
MOV AX, 0x40 ; CMOS数据段地址
MOV DS, AX
MOV AL, BYTE PTR DS:[0x17] ; 读取启动设备配置信息
CMP AL, 0x80 ; 判断是否为硬盘
JE hard_disk_boot
CMP AL, 0x81 ; 判断是否为光盘
JE cd_boot
; 其他启动设备的处理

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    title BIOS启动过程
    section 启动设备的初始化
        加载硬盘 --> 启动设备的初始化完成
        加载光盘 --> 启动设备的初始化完成
        其他设备的处理 --> 启动设备的初始化完成
  1. 主引导记录（Master Boot Record, MBR）加载：当BIOS确定从硬盘启动时，它会读取硬盘的MBR，MBR是一个特殊的扇区，包含引导加载程序和分区表。引导加载程序将加载操作系统的第一阶段。
READ_DISK SECTOR 0, 0, 1, 0x7C00 ; 从硬盘读取MBR到内存地址0x7C00

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    title BIOS启动过程
    section 主引导记录加载
        加载MBR --> 主引导记录加载完成
  1. 操作系统启动：MBR中的引导加载程序会加载操作系统的第一阶段，例如GRUB或LILO。第一阶段的目标是加载操作系统的第二阶段。
JMP 0x7C00 ; 跳转到MBR中的引导加载程序

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    title BIOS启动过程
    section 操作系统启动
        加载第一阶段 --> 操作系统启动
  1. 操作系统加载：操作系统的第一阶段会继续加载操作系统的第二阶段，例如内核映像。操作系统的第二阶段将接管控制权，并开始运行操作系统。
LOAD_KERNEL 0x1000 ; 从磁盘加载内核映像到内存地址0x1000
JMP 0x1000 ; 跳转到内核映像的入口点

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    title BIOS启动过程
    section 操作系统加载
        加载第二阶段 --> 操作系统加载

总结

BIOS启动过程是计算机启动的关键步骤，它包括加电自检、启动设备的初始化、主引导记录加载以及操作系统的启动和加载。了解BIOS启动过程有助于我们理解计算机的工作原理。