第二章 编写MBR主引导记录

主引导记录（MBR，Master Boot Record）是采用MBR分区表的硬盘的第一个扇区，即C/H/S地址的0柱面0磁头1扇区，也叫做MBR扇区

计算机的启动过程

为什么程序要载入内存
CPU的硬件电路被设计成只能运行处于内存中的程序，一来内存比较快且容量大，二是为了方式的统一。

什么是载入内存

BIOS

从按下主机上的power键后，第一个运行的软件就是BIOS(Base Input & Output System,基本输入输出系统)

实模式下的1MB内存布局

Intel8086 有20条地址线，故其可以访问1MB的内存空间，即2的20次方=1MB，地址范围若按十六进制来表示，是0x00000-0xfffff。

0-0x9FFFF 640KB DRAM（动态随机访问内存），动态指此种存储介质由于本身电气元件的性质，需要定期地刷新（补充电，掉电后数据会消失）物理内存
0xF0000-0xFFFFF 64KB ROM 存放BIOS代码
BIOS 的主要工作是检测、初始化硬件，建立中断向量表，BIOS建立的这些功能就是对硬件的IO操作，也就是输入输出。

在CPU眼里，为什么我们插在主板上的物理内存不是它眼里“全部的内存”
地址总线宽度决定了可以访问的内存空间大小，由于还有一些外设同样需要通过地址总线来访问，需要在地址总线上提前预留出一些地址空间给这些外设用。
地址总线是决定我们访问哪里、访问什么，以及访问范围的关键。CPU能够访问一个地址，这是地址总线给做的映射，相当于给该地址分配了一个存储单元，而该存储单元要么落在某个ROM中，要么落到了某个外设的内存中，要么落到了物理内存条上。

BIOS是如何苏醒的

实模式只能访问1MB空间，而地址0xFFFF0距1MB只有16字节，超过就会溢出。说明这里的代码只是各跳转指令，跳转到下一条待执行指令的地址。段基址0xf000左移4位+0xe05b，即跳向了0xfe05b处，这是BIOS代码真正开始的地方。

为什么是0x7c00

BIOS最后一项工作校验启动盘中位于0盘0道1扇区（磁盘上最开始的那个扇区）的内容。如果此扇区末尾的两个字节分别是魔数0x55和0xaa，BIOS便认为此扇区中确实存在可执行的程序，便加载到物理地址0x7c00，随后跳转到此地址，继续执行。

为什么是0盘0道1扇区的内容
这是磁盘的第一个扇区，离BIOS近，好找
为什么是物理地址0x7c00
BIOS规范
加载MBR的位置取决于操作系统本身所占内存大小和内存布局。

编写MBR

MBR的大小必须是512字节（每个扇区大小是512字节），这是为了保证0x55和0xaa这两个魔数恰好出现在该扇区的最后两个字节处，即第510字节处和511字节处，这是按起始偏移为0 算起的。由于bochs模拟的是x86平台，所以是小端字节序，故其最后两个字节内容是0xaa55。

$ , $$, section

$ 属于“隐式地”藏在本行代码前的标号，也就是编译器给当前行安排的地址。
$$指代本section的起始地址，此地址同样是编译器给安排的。
在默认情况下，它们的值是相对于本文件开头的偏移量。如果该section用来vstart=xxxx修饰， $ $的值则是此section的虚拟起始地址xxxx。 $的值是以xxxx为起始地址的顺延。如果没有定义section，nasm默认全部代码同为一个section，起始地址为0。

section是给开发人员逻辑上规划代码用的，只起到思路清晰的作用，最终还是在编译阶段由nasm在物理上的规划说了算。

NASM 简单用法

nasm的基本用法格式如下，-f是用来指定输出可执行文件的格式，-o是指定输出可执行文件的名称，nasm -hf可以查看有效格式，bin是默认输出格式（不需要用-f）

MBR

代码功能：在屏幕上打印字符串“1 MBR”，背景色为黑色，前景色为绿色

设置程序起始地址，BIOS通过跳转到地址0x7c00

SECTION MBR vstart=0x7c00

用cs寄存器的值去初始化其他寄存器，cs的值赋值给ax,ax赋值给其他寄存器（CPU不能直接给它们赋值），此时cs=0

mov ax,cs
mov ds,ax
mov es,ax
mov ss,ax
mov fs,ax

初始化栈指针

mov sp,0x7c00

清屏。先把BIOS的输出清掉

INT 0x10 功能号:0x06 功能描述:上卷窗口
;------------------------------------------------------
;输入:
;AH 功能号= 0x06
;AL = 上卷的行数(如果为 0,表示全部)
;BH = 上卷行属性
;(CL,CH) = 窗口左上角的(X,Y)位置
;(DL,DH) = 窗口右下角的(X,Y)位置
;无返回值:
mov ax, 0x600
mov bx, 0x700
mov cx, 0 ; 左上角: (0, 0)
mov dx, 0x184f ; 右下角: (80,25),
; VGA 文本模式中,一行只能容纳 80 个字符,共 25 行｡
; 下标从 0 开始,所以 0x18=24,0x4f=79
int 0x10 ; int 0x10

获取光标位置，避免打印字符混乱，覆盖别人的输入

;.get_cursor 获取当前光标位置,在光标位置处打印字符｡
mov ah, 3 ; 输入: 3 号子功能是获取光标位置,需要存入 ah 寄存器
mov bh, 0 ; bh 寄存器存储的是待获取光标的页号，第0页int 0x10 ; 输出: ch=光标开始行,cl=光标结束行
; dh=光标所在行号,dl=光标所在列号

往光标处打印字符

;还是用 10h 中断,不过这次调用 13 号子功能打印字符串
mov ax, message
mov bp, ax ; es:bp 为串首地址,es 此时同 cs 一致,
; 开头时已经为 sreg 初始化; 光标位置要用到 dx 寄存器中内容,cx 中的光标位置可忽略
mov cx, 5 ; cx 为串长度,不包括结束符 0 的字符个数
mov ax, 0x1301 ;子功能号 13 显示字符及属性,要存入 ah 寄存器,
; al 设置写字符方式 ah=01: 显示字符串,光标跟随移动
;（1）al=0，显示字符串，并且光标返回起始位置。
;（2）al=1，显示字符串，并且光标跟随到新位置。
;（3）al=2，显示字符串及其属性，并且光标返回起始位置。
;（4）al=3，显示字符串及其属性，光标跟随到新位置。
mov bx, 0x2 ; bh 存储要显示的页号,此处是第 0 页,
; bl 中是字符属性,属性黑底绿字(bl = 02h)
int 0x10 ; 执行 BIOS 0x10 号中断

死循环。$是本行执行指令地址， $是jmp自己的地址，一直跳自己的地址，死循环

jmp $ ; 使程序悬停在此

定义打印的字符串

message db "1 MBR"

用0将本扇区剩余空间填满
$ $是指本section的起始地址， $- $ $是本行到本section的偏移量。由于MBR最后两个字节是固定内容，分别是0x55和0xaa，要预留出2个字节，故本扇区内前512-2=510字节要填满，用510字节减去上面得到的偏移量，其结果便是本扇区内的剩余量，也就是要填充的字节。

times 510-($-$$) db 0

;主引导程序
;------------------------------------------------------------
SECTION MBR vstart=0x7c00
mov ax,cs
mov ds,ax
mov es,ax
mov ss,ax
mov fs,ax
mov sp,0x7c00
; 清屏利用 0x06 号功能,上卷全部行,则可清屏｡
; -----------------------------------------------------------
;INT 0x10 功能号:0x06 功能描述:上卷窗口
;------------------------------------------------------
;输入:
;AH 功能号= 0x06
;AL = 上卷的行数(如果为 0,表示全部)
;BH = 上卷行属性
;(CL,CH) = 窗口左上角的(X,Y)位置
;(DL,DH) = 窗口右下角的(X,Y)位置
;无返回值:
mov ax, 0x600
mov bx, 0x700
mov cx, 0 ; 左上角: (0, 0)
mov dx, 0x184f ; 右下角: (80,25),
; VGA 文本模式中,一行只能容纳 80 个字符,共 25 行｡
; 下标从 0 开始,所以 0x18=24,0x4f=79
int 0x10 ; int 0x10;;;;;;;;; 下面这三行代码获取光标位置 ;;;;;;;;;
;.get_cursor 获取当前光标位置,在光标位置处打印字符｡
mov ah, 3 ; 输入: 3 号子功能是获取光标位置,需要存入 ah 寄存器
mov bh, 0 ; bh 寄存器存储的是待获取光标的页号int 0x10 ; 输出: ch=光标开始行,cl=光标结束行
; dh=光标所在行号,dl=光标所在列号;;;;;;;;; 获取光标位置结束 ;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;; 打印字符串 ;;;;;;;;;;;
;还是用 10h 中断,不过这次调用 13 号子功能打印字符串
mov ax, message
mov bp, ax ; es:bp 为串首地址,es 此时同 cs 一致,
; 开头时已经为 sreg 初始化; 光标位置要用到 dx 寄存器中内容,cx 中的光标位置可忽略
mov cx, 5 ; cx 为串长度,不包括结束符 0 的字符个数
mov ax, 0x1301 ;子功能号 13 显示字符及属性,要存入 ah 寄存器,
; al 设置写字符方式 ah=01: 显示字符串,光标跟随移动
;（1）al=0，显示字符串，并且光标返回起始位置。
;（2）al=1，显示字符串，并且光标跟随到新位置。
;（3）al=2，显示字符串及其属性，并且光标返回起始位置。
;（4）al=3，显示字符串及其属性，光标跟随到新位置。
mov bx, 0x2 ; bh 存储要显示的页号,此处是第 0 页,
; bl 中是字符属性,属性黑底绿字(bl = 02h)
int 0x10 ; 执行 BIOS 0x10 号中断
;;;;;;;;; 打字字符串结束 ;;;;;;;;;;;;;;;jmp $ ; 使程序悬停在此message db "1 MBR"
times 510-($-$$) db 0
db 0x55,0xaa

本段关于“打印显示”的操作都利用BIOS给我们建立好的例程，0x10号中断就是负责有关打印的例程。
0x10中断是最为强大的BIOS中断，调用的方法是把功能号送入ah寄存器，其他参数按照BIOS中断手册要求放在适当的寄存器中，随后执行int 0x10即可。

编译汇编代码

nasm mbr.S -ombr.bin

查看刚才编译好的mbr.bin
正好是512字节

ls -lb mbr.bin

Linux命令：dd。用于磁盘操作的命令。

将MBR文件写入0盘0道1扇区

dd if=mbr.bin of=hd60M.img ibs=512 count=1 conv=notrunc

启动bochs

bochs -f bochsrc