没有操作系统，也能运行我们的程序？(理论部分)

Hello，小伙伴们大家好，今天给大家讲述一下，如何使我们的程序直接在计算机裸机(没有操作系统)上跑起来！今天我们首先来看一下理论部分。

我们都知道，一个完整的计算机体系可以分为这么三层

计算机硬件就是类似比如CPU、内存、硬盘等这些硬件部件，我们一个正常普通人是很难直接去操控这些硬件部件去完成各种工作的，所以，我们就诞生了应用程序这个概念，通过不同的应用程序，去完成不同的工作，比如QQ完成聊天的工作、Word完成编辑文档的工作等等。但是，这些软件依旧还是要直接去控制计算机硬件的，比如QQ发信息，要直接通过控制网卡去传输数据，这会给应用程序的开发带来困难。另外应用程序是有很多的，这些应用程序是需要去协调运行的，例如不能在编辑Word文档的同时而不能收发QQ信息吧。在这个时候，基于这些硬件，操作系统就诞生了，操作系统是一个协调、管理、控制计算机硬件资源与应用软件资源的一种控制程序，位于计算机硬件与应用软件之间，起到承上启下的作用，另外此时就是操作系统去控制硬件了，我们的应用程序就可以通过调用操作系统的API去间接控制硬件了，给我们应用程序的开发带来了无限的便利。因此可以看到，我们的程序是运行在操作系统之上的，而操作系统本身也是一个程序，只不过它是直接基于计算机硬件去运行的。

好了，既然明白了操作系统本身也是一个程序，那我们想一下，操作系统这个程序能够在计算机的裸机上运行起来，那能不能把操作系统给换成我们写的一个程序，直接在计算机裸机上跑起来，而不让计算机加载我们的操作系统呢？答案是：肯定可以的！不过在这之前，我们要首先明白一下，计算机一开始是怎样加载我们的操作系统的，以下还是以Intel 8086处理器为例讲述。

Intel 8086处理器的地址线为20根，因此它可以访问的存储大小最大为2的20次方字节，即1MB。因为每条地址线的值要么为0，要么为1，因此总共有2的20次方种可能，因此，访问的存储大小最大就为2的20次方。然后Intel 8086处理器采用独立编址的方式，对内存、外围板卡和ROM三部分采用独立编址的方式。地址为00000~9FFFF的是内存的编址范围，地址为A0000~EFFFF的是外围板卡的编址范围，外围板卡指的是一些外围硬件设备的存储器，例如显卡的存储器（显存）。地址为F0000~FFFFF的是ROM的编址范围，ROM是只读存储器，里面的程序和数据一旦写入后就不能改变，其内容是固定的而且断电之后内容不丢失。其里面主要存放着BIOS程序，BIOS是输入输出系统的简称。

另外，CPU中有两个寄存器，名字分别叫做CS和IP。CS寄存器是用来存储代码段的起始地址，IP是用于存储指令在代码段中的偏移地址，很明显，这两个寄存器是配合使用来表明指令在内存中的哪个位置，然而两个寄存器都是16位的，我们上面说Intel 8086处理器寻址的地址一共是20位的，那这两个寄存器怎么构成20位的地址的呢？很简单，是这样的，CS左移四位然后再加上IP，就形成了代码最终的地址，一共20位。OK，明白了这些基本内容之后，我们开始讲述以下操作系统是如何被加载到，也就是“计算机是如何跑起来的”。

1. 首先，重启计算机或者启动计算机的时候，CS寄存器初始化为FFFF，IP寄存器初始化为0000。CS寄存器左移4位变为FFFF0，因为一位16进制相当于4位的二进制，此时刚开始CPU取出的第一条指令就位于FFFF0+0000=FFFF0的位置处，可以看到，这个地址位于ROM，由于FFFF0~FFFFF只有16个字节是不够存放我们的BIOS程序的，因此FFFF0处的代码为一条跳转指令jmp F000:005C，此时CS为F000，IP为005C，跳转到最终地址的位置为F005C。
2. 因此BIOS程序正是存放在ROM中F005C开始的位置处，然后CPU开始执行BIOS程序，BIOS程序主要作用就是为了对计算机硬件进行一个检查，BIOS做的最后一件事就是把硬盘主引导扇区的内容加载到内存中的07C00处，在这里简单说一下主引导扇区，主引导扇区位于硬盘的开头的512个字节，它里面的代码是起到引导操作系统的作用的。接下来CPU要取出并执行位于内存地址为07C00处的操作系统的引导代码指令了，因此BIOS最后一条指令是jmp 0000:7C00。
3. CPU执行主引导扇区中的指令，主要作用是加载操作系统自举代码到内存中，然后最后通过一条跳转指令，使处理器去执行操作系统的自举代码。
4. 执行操作系统的自举代码，这样，操作系统就跑起来了，计算机就“动起来”了！

那么，我们是不是也可以把我们的代码放到主引导扇区，然后让BIOS程序把我们的代码同样加载到07C00处然后接着让CPU去直接执行我们的代码呢？答案是：肯定可以！因为操作系统其本身和我们的代码同样都是一堆代码构成。

这样，我们的代码不就可以实现直接在计算机裸机上运行而不需要基于操作系统了吗？下一篇推文，我会继续给大家通过一个实际的例子，自己写一小段代码，直接在没有操作系统的计算机裸机上运行。我们下期再见！感谢大家的阅读和支持！

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