第2天 汇编语言学习与Makefile入门
2019.12.28-2019.12.29
1. helloos.nas节选详解
helloos.nas
; hello-os ; TAB=4 ORG 0x7c00 ; 指明程序的装载地址 ; 以下的记述用于标准的FAT12格式的软盘 JMP entry DB 0x90 ---（中略）--- ; 程序核心 entry: ; 0x7c50 MOV AX,0 ; 初始化寄存器 MOV SS,AX MOV SP,0x7c00 MOV DS,AX MOV ES,AX MOV SI,msg putloop: MOV AL,[SI] ADD SI,1 ; 给SI加1 CMP AL,0 JE fin MOV AH,0x0e ; 显示一个文字 MOV BX,15 ; 指定字符颜色 INT 0x10 ; 调用先看BIOS JMP putloop fin: HLT ; 让CPU停止，等待指令 JMP fin ; 无限循环 msg: ; 0x7c74 DB 0x0a, 0x0a ; 换行2次 DB "hello, world" DB 0x0a ; 换行 DB 0ORG指令：这个指令会告诉nask，再开始执行的时候，把这些机器语言指令装载到内存的哪个地址。如果没有它，有几个指令就不能正确地被翻译和执行。另外，有了这条指令的话，美元符
$的含义也随之变化，它不再是输出文件的第几个字节，而是代表将要读入的内存地址。
ORG指令源自英文origin。它会告诉nask，程序要从指定的这个地址开始，也就是要把程序装载到内存中指定的地址。
这里指定的地址为0x7c00。这是规定，原因和1+1为什么等于2一样。JMP指令：来源于英文jump，相当于C语言的goto语句。
entry：这是标签的声明，用于指定JMP指令的跳转目的地等。
MOV指令：最常用的指令。功能：赋值。虽然简单，但是要是完全理解了MOV指令，汇编语言也就理解了一大半了。
MOV AX,0相当于AX=0；MOV SS,AX相当于SS=AX。后者赋值给前者。- MOV指令的另一种理解是COPY。执行
MOV SS,AX以后AX的值并没有空，还是保持原来的值不变。
CPU中的寄存器
- AX：accumulator，累加寄存器
- CX：counter，计数寄存器
- DX：data，数据寄存器
- BX：base，基址寄存器
- SP：stack pointer，栈指针寄存器
- BP：base pointer，基址指针寄存器
- SI：source index，源变址寄存器
- DI：destination index，目的变址寄存器
以上寄存器都是16位寄存器，因此可以存储16位的二进制数。
CX是为方便计数而设计的；BX适合作为计算内存地址的基点。
另外，CPU中还有8个8位寄存器：- AL：累加寄存器低位（accumulation low）
- CL：计数寄存器低位（counter low）
- DL：数据寄存器低位（data low）
- BL：基址寄存器低位（base low）
- AH: 累加寄存器高位（accumulation high）
- CH：计数寄存器高位（counter high）
- DH：数据寄存器高位（data high）
- BH: 基址寄存器高位（base high）
AX寄存器有16位，其中0~7位的低8位称为
AL，8~15位的高8位称为AH
因此，CPU还是那个CPU，依然只能存储16个字节。CPU的存储能力真的是太有限了。为什么BP、SP、SI和DI没有分H和L呢？
比如，要分别取SI的高8位和低8位。嘤特尔的设计人员是这样想的：先用>MOV AX,SI，将SI赋值到AX里面去，再用AH和AL取值。32位CPU寄存器
- EAX
- ECX
- EDX
- EBX
- ESP
- EBP
- ESI
- EDI
EAX的低16位是AX，高16位没有名字也没有寄存器编号。因此，我们可以把EAX当做2个16位寄存器来用，但是只有低16位用起来方便；我们想要用高16位的话，需要使用移位命令，将高16位移到低16位使用。
32位CPU的存储能力也只有32字节，同样小的可怜。
对于64位CPU，我们这次不使用64位模式。段寄存器
ES: 附加段寄存器（extra segment）
CS: 代码段寄存器（code segment）
SS: 栈段寄存器（stack segment）
DS: 数据段寄存器（data segment）
FS: 没有名称（segment part 2）
GS: 没有名称（segment part 3）以上段寄存器都是16位寄存器
MOV SI,msg
意思是SI=msg，msg是此行代码下面即将要出现的标号。这句话的意思是将标号赋值给寄存器么？
前面有
JMP entry，其实将它写成JMP 0x7c50是一样的。因为entry代表的就是0x7c50。这句指令的意思就是让CPU去执行内存地址为0x7c50的程序。在汇编语言中，所有的标号仅仅都是单纯的数字。
每个标号对应的数字，都是由汇编语言编译器根据ORG指令计算出来的。ORG指令：这个指令会告诉编译器，在开始执行的时候，把这些机器语言指令装载到内存的哪个地址。编译器计算出来的“标号的地方对应的内存地址”就是那个标号的值。
PS: 可以理解成，标号就是一个数字，这个数字是内存地址。因此，标号就是内存地址。
在这里msg的地址是
0x7c74，因此MOV SI,msg的含义就是，把内存地址0x7c74放入SI寄存器中。MOV AL,[SI]在汇编语言中，这个
[]代表内存。CPU的存储能力很差，因此想要让CPU处理大量的信息，就得必须给CPU另外准备一套用于存储的电路。
因为即便是32位的CPU，把所有的普通寄存器都加在一起，最多也只能存储32个字节，就算把所有的段寄存器也都用上，也才只有44个字节（6个16位的段寄存器，共12字节，加上普通寄存器32字节，共44字节）。内存
- 内存是CPU的外部存储器。
- CPU通过自己的一部分管脚（引线）向内存发送电信号，以读写内存中的数据。（严格来讲，CPU和内存之间还有称为芯片的控制单元）
- CPU与内存之间的电信号交换，并不仅仅是为了存取数据。因为从根本上来讲，程序本身也保存在内存里。程序一般都大于44字节，因此不可能存储在CPU中，所以规定程序必须放在内存里。
- CPU在执行机器语言时，必须从内存中一个命令一个命令地读取程序，顺序执行
- CPU访问内存的速度比访问寄存器的速度慢好几倍。记住这一点，我们才能开发出执行速度快的程序来。
MOV指令的数据传送源和传送目的地不仅可以是寄存器或常数，也可以是内存地址。这个时候，我们使用方括号
[]来表示内存地址。举个栗子
MOV BYTE [678], 123
这个指令是要用内存的“678”号地址来保存123这个数值。虽然指令里面有数字，看起来像那么回事，但实际上内存和CPU一样，根本没有什么是数值的概念。所谓的“678”不过就是一大串开（ON）或者关（OFF）的电信号而已。当内存收到这样的一串电信号时，电路中的某8个存储单元就会响应，这8个存储单元会记住代表“123”的开（ON）或关（OFF）的电信号。为什么是8位呢？因为指令里制定了“BYTE”（汇编语言保留字）。同样我们还可以写成：
MOV WORD [678],123
在这种情况下，内存地址中678号和旁边的679号都会做出反应，一共是16位。这时，123会被解释成为一个16位的数值（WORD是保留字，16位），也就是0000000001111011，低位的01111011保存在678号，高位的00000000保存在旁边的679号。高位高地址：小端模式
大小端模式数据大小 [地址]
这时一个固定的组合。如果我们指定“数据大小”为BYTE，那么使用的存储单元就只是地址所指定的字节。如果我们指定数据大小为WORD，则相邻（相邻的意思是指地址增加方向的相邻）的一个字节也会变成这个指令的操作对象。如果指定DWORD，则与WORD相邻的两个字节（加上这两个，共四个字节）也都会成为指令的操作对象。
至于内存地址的指定方法，我们不仅可以使用常数，还可以使用寄存器。比如
BYTE [SI]，如果SI中保存的是987，那么BYTE [SI]会被解释成BYTE [987]，即指定地址为987的内存。虽然我们可以使用寄存器来指定内存地址，但是只有
BX、BP、SI和DI。剩下的AX、CX、DX和SP都不能用来指定内存地址（嘤特尔大叔们的奇怪设计）。因此，我们想把DX内存里的内容赋值给AL的时候，应该这样写：
MOV BX, DX MOV AL, BYTE [BX]根据以上，我们可以用下面的指令将
SI地址的1字节内容写到AL中。
MOV AL, BYTE [SI]
同时，MOV指令有一个规则，那就是源数据和目的数据的位数必须相同。也就是说，能向AL里带入的只有BYTE，这样可以改写成：
MOV AL, [SI]
这个指令的意思是：把SI地址的一个字节的内容读入AL中。
这个规则的含义是：
[SI]的含义是一个地址，这个地址是8位的。AL也是8位的，所以是可以简写的。但是，MOV AX, CL就会编译出错，AX是16位，CL是8位。ADD SI, 1
ADD是加法指令。这句指令的意思是：SI = SI + 1，即让SI自加1。CMP AL, 0
CMP是比较指令。这句指令的意思是将AL中的值和0进行比较。一般来讲，CMP指令的后面都会有JE或其他指令。JE fin
JE指令是跳转指令之一。跳转指令：根据比较的结果决定跳转或者不跳转。
JE指令：如果比比较结果相等，就跳转；如果比较结果不等，就不跳转，继续执行下一条指令。
因此，CMP AL, 0 JE fin这两条指令在一起相当于，
if (AL == 0){ goto fin; }其实，
JE指令来源于英语“Jump if Equal”，意思是如果相等就跳转。
fin是一个标号，表示结束（finish）的意思。INT 0x10
INT指令是中断指令。中断指令以后再讲（PS：挖坑）。电脑里有个名叫
BIOS的程序，出厂时就组装在电脑主板上的ROM单元里。ROM：只读存储器，"Read Only Memory"的缩写。**切开单电源以后内容不会消失。电脑厂家在
BIOS中预先写入了操作系统开发人员经常会用到的一些程序，非常方便。
BIOS的全称是"Base Input Output System"。直译过来就是“基本输入输出系统（程序）”。
现在电脑的BIOS的功能非常多，甚至包括了电脑设定的画面。不够它的本质正如其名，就是为操作系统开发人员准备的各种函数的集合。INT指令就是用来调用这些函数的指令。INT指令后面紧跟着一个数字，使用不同的数字可以调用不同的函数。比如，0x10（即16）号函数，它的功能是控制显卡。关于BIOS的网址 PS:不知为啥访问不了qwq
比如，现在要显示文字，假设先显示一个字。
首先，显示文字，及得查看你与显卡有关的函数，即16号函数。查找有关16号函数的信息：显示一个字符
AH = 0x0e; AL = character code; BH = 0; BL = color code;无返回值
注：beep、退格（back space）、CR和LF都会当成控制字符处理。现在，
AH=0x0e，因为有代码：MOV AH, 0x0e。
AL=[SI]，因为有代码：MOV AL, [SI]。
BH=0，BL=15因为有代码：MOV BX, 15。HLT
HLT是“halt”的缩写，意思是停止。HLT指令是让CPU停止动作的指令，不过不是彻底停止（如果要彻底停止CPU的动作，只能切断电源），而是让CPU进入待机状态。只要外部发生变化，比如按下键盘，或是移动鼠标，CPU就会醒过来，继续执行程序。仔细观察程序，就会发现，其实有没有
HLT指令，也是进入无限循环。
但是，如果没有HLT指令，那么CPU就会不停地去执行JMP指令，让CPU的负荷达到100%。因此，使用HLT指令，既环保又节约电费（PS:手动狗头）。（PS：终于把这个程序从头到尾讲完了）
用C语言改写之后的helloos.nas程序节选
entry: AX = 0; SS = AX; SP = 0x7c00; DS = AX; ES = AX; SI = msg; putloop: AL = BYTE [SI]; SI = SI + 1; if (AL == 0){ goto fin; } AH = 0x0e; BX = 15; INT 0x10; goto putloop; fin: HLT; goto fin;有了这个程序，我们才能把
msg中写入的数据，一个字符一个字符地显示出来，并且当数据编程0的时候，HLT命令就会让程序进入无限循环。神奇的
0x7c00内存中的所有地址我们都可以用么？
显然，不可能。比如，内存的0号地址，也就是最开始的地方，是
BIOS程序用来实现不同功能的地方，如果我们使用的话，就会和BIOS发生冲突，这时，结果不但是BIOS会出错，我们的程序也会出错。另外，在内存的0xf0000号地址附近还放着BIOS程序本身，那里我们也不能使用。
内存中有不少地方是不能用的。详见"内存地图"。PS：不知道为啥访问不了
其中，
0x00007c00-0x00007dff：启动区内容的装载地址。
0x00007c00是嘤特尔大叔们规定的。只有程序的装载地址是0x7c00的时候，我们的程序才能正确地启动。
2. 制作启动区
projects/02_day的helloos4文件夹
考虑到以后的开发，我们不要一下纸就用nask来做整个磁盘映像，而是先只用它来制作512字节的启动区，剩下的部分我们用磁盘映像管理工具来做，这样以后用起来就方便了。
首先，我们把helloos.nas的后半部分裁掉了，这是因为启动区只需要最初的512字节。现在这个程序就仅仅是用来制作启动区的，所以我们把这个文件名也改成了ipl.nas。
ipl.nas
asm.bat..\z_tools\nask.exe ipl.nas ipl.bin ipl.lstmaking.bat..\z_tools\edimg.exe imgin:../z_tools/fdimg0at.tek wbinimg src:ipl.bin len:512 from:0 to:0 imgout:helloos.imgmaking.bat的大致意思是：用磁盘管理工具edimg.exe，先读入一个空白的磁盘映像文件，然后在开头写入ipl.nas的内容，最后将结果输出为名为helloos.img的磁盘映像文件。
这样，从编译到测试的步骤就变得非常简单了：打开终端，依次输入asm.bat->making.bat->run.bat。helloos4文件夹
打开终端进入目录，依次输入命令：
会看到在QEMU中运行:
3. Makefile入门
Makefile的写法
首先生成一个不带拓展名的文件Makefile，然后用文本编辑器写入如下内容：ipl.bin : ipl.nas Makefile ../z_tools/nask.exe ipl.nas ipl.bin ipl.lst helloos.img : ipl.bin Makefile ../z_tools/edimg imgin:../z_tools/fdimg0at.tek \ wbinimg src:ipl.bin len:512 from:0 to:0 imgout:helloos.img#代表注释。ipl.bin : ipl.nas Makefile的意思是，如果想要制作文件ipl.bin，就先检查一下ipl.nas和Makefile这两个文件是否都准备好了。如果这两个文件都有了，Make工具就会自动执行Makefile的下一行。同理，
helloos.img的生成方法类似，其中\的含义是续行符号，表示这一行写不下了，跳到下一行继续写。我们需要调用工具
make.exe来让这个Makefile发挥作用。为了方便地从命令行窗口运行这个工具，我们需要写一个make.bat。make.bat..\z_tools\make.exe %1 %2 %3 %4 %5 %6 %7 %8 %9打开命令行，然后输入
make -r ipl.bin，这样make.exe就启动了，它首先读取Makefile文件，寻找制作ipl.bin的方法。因为ipl.bin的制作方法就写在Makefile里面，make.exe找到了这一行就去执行其中的命令，顺利生成ipl.bin。然后我们再输入make -r helloos.img，同理，会启动make.exe，并按照的Makefile中制作helloos.img的方法去执行对应的命令，最终成功生成helloos.img。我们把
ipl.bin和helloos.img删除以后。在命令行输入make -r helloos.img，make首先很听话地去试图生成helloos.img，但是发现ipl.bin还不存在，于是make又去找生成ipl.bin的方法，找到以后，先生成ipl.bin然后又生成helloos.img。（PS：睿智的make）下面，我么在此基础上不删除任何文件，在命令行输入
make -r helloos.img，就会发现，命令行输出为:
会有'helloos.img' is up to date.的输出，什么命令都不会执行，也就是说，make知道helloos.img已经存在，没必要重新做一遍了。（PS：睿智的make*2）下面，我们编辑ipl.nas的内容，把它改成任意你喜欢的内容并保存起来。而ipl.nas和helloos.img保持原来的样子不变，在这种情况下，我们再次执行代码
make -r helloos.img。结果发现，make.exe又重新开始生成输出文件。也就是说，make.exe不仅仅判断输入文件是否存在，还会判断文件的更新时间，并根据此来决定是否重新生成输出文件。（PS：睿智的make*3）helloos5文件夹下的
Makefiledefault : ../z_tools/make.exe img ipl.bin : ipl.nas Makefile ../z_tools/nask.exe ipl.nas ipl.bin ipl.lst helloos.img : ipl.bin Makefile ../z_tools/edimg.exe imgin:../z_tools/fdimg0at.tek \ wbinimg src:ipl.bin len:512 from:0 to:0 \ imgout:helloos.img asm : ../z_tools/make.exe -r ipl.bin img : ../z_tools/make.exe -r helloos.img run : ../z_tools/make.exe img copy helloos.img ..\z_tools\qemu\fdimage0.bin ../z_tools/make.exe -C ../z_tools/qemu install : ../z_tools/make.exe img ../z_tools/imgtol.com w a: helloos.img clean : -del ipl.bin -del ipl.lst src_only : ../z_tools/make.exe clean -del helloos.img输入
make img即可生成helloos.img
输入make run即可生成相应文件，并出现QEMU。
输入make clean即可删除ipl.bin和ipl.lst。
输入make，即不带参数的make，执行默认（写在第一行），即执行make img。PS：make yes！
4. 今天是我的好哥们SX的生日，今晚我们大家吃了蛋糕，祝他生日快乐！
