作 者：道哥，10+年的嵌入式開發老兵。
公眾號：【IOT物聯網小鎮】，專注於：C/C++、Linux作業系統、應用程式設計、物聯網、微控制器和嵌入式開發等領域。 公眾號回覆【書籍】，獲取 Linux、嵌入式領域經典書籍。
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在第一篇文章中，我們就提到，現代作業系統是從最古老的 8086 系統一步一步發展而來的。
處理器廠商為了向後相容，很多底層相關的原理都是一樣的(如果不相容，就會丟棄市場份額)。
特別是從系統上電之後，一直到作業系統中第一個程式(Linux 下就是 init 程式)執行起來，這其中經歷了 BIOS、載入程式、作業系統這三元大將的接力跑。
今天，我們從幾個特殊的地址的角度，來從巨集觀節點上看一下系統的啟動過程。
0xFFFF:0x0000
這個地址，是處理器上電之後的第一個重要的實體地址。
從地址的書寫形式上，就可以看出這是 8086 系統中真實模式下的段定址方式：段地址 * 16 + 偏移量。
段地址：0xFFFF
偏移地址：0x0000
計算得到實體地址：0xFFFF0
當處理器的 reset 引腳被觸發後，處理器首先進行硬體初始化，也就是把處理器內部的每個暫存器都設定為一個初始的預設狀態：
把段暫存器 cs 設定為 0xFFFF，指令暫存器 ip 設定為 0x0000;
把其它的所有暫存器設定為 0x0000;
當所有的初始化完成之後，CPU 就開始執行第一條指令。
之前說過，CPU 是很傻、很單純的，它只知道去 cs:ip 所指向的地址處，取出一條指令，執行完之後，再取出下一條指令繼續執行。。。
每一條指令的第一個位元組都是操作碼，CPU 根據操作碼，能夠知道當前指令的位元組長度，並把 ip 暫存器指向下一條指令。
既然硬體初始化時，已經把 cs 初始化為 0xFFFF，把 ip 初始化為 0x0000，經過段定址的公式計算之後，就得到了實體地址：0xFFFF0，也就是說，CPU 執行的第一條指令位於實體地址 0xFFFF0 這個地方。
那麼，這個實體地址中，存放著什麼指令呢？
首先來複習一下地址範圍的相關知識：
8086 處理器有 20 根地址線，定址範圍是：0x00000 ~ 0xFFFFF，最大就是 1 MB。
但是 8086 的處理器是 16 位的，暫存器最大表示的範圍是 0xFFFF，也就是 64 KB。
採用【段基址:偏移量】來表示一個段時，這個段的最大偏移範圍就是 64 KB。
我們再回到系統的啟動流程。
在上電之後，硬體會把一個 ROM 晶片，對映到記憶體地址空間的最高地址空間，也即是 1 MB 的位置，如圖：
ROM 晶片中存放的就是 BIOS 程式碼，稱作：基本輸入輸出系統(Basic Input/Output System)。
此時，cs:ip 計算得到的實體地址為 0xFFFF0，正好落在對映到 ROM 的這塊記憶體空間。
因此，從這個地址中獲取到指令，其實就是從 ROM 中讀取的。
所謂的對映：就是訪問某個地址空間中的內容時，就會自動定位到被對映的目標物理裝置中進行訪問，這是由硬體來保證的。
CPU 在執行指令的時候，ip 暫存器是遞增的，也就是說會從低地址到高地址，依次執行每一條指令。
但是此時第一條指令的地址就是 0xFFFF0，已經快接近 1 MB 地址空間的頂端了，只有 16 個位元組的地址空間。
如果執行到頂端，溢位之後，就會迴繞到最低地址 0x00000。
因此，在這個第一條指令的位置處，是一條跳轉指令：
跳轉目標是 0xF000:0xE05B，計算得到實體地址 0xFE05B，可以看到同樣是落在對映到 ROM 的地址空間中(好像是廢話：此時只能執行 BIOS 中的程式碼)。
0xF000:0xE05B
這個地址處的程式碼，才是 BIOS 真正開始執行的地方。BIOS 所做的事情包括：
偵測硬體裝置：系統中有哪些硬體裝置，工作狀態是什麼;
對硬體裝置進行初始化：比如最初始的中斷向量表;
偵測作業系統啟動裝置：選擇好一個系統盤之後，把系統盤中主引導扇區中的載入程式讀取到記憶體中;
在 BIOS 的最後一個步驟中，它把載入程式讀取到記憶體中 0x0000:0x7C00 地址處，計算得到實體地址就是：0x07C00。
這個地址的記憶體空間，被硬體對映到 RAM 晶片中。
具體的說就是，硬體把記憶體空間 0x00000 ~ 0x9FFFF 對映到隨機儲存器中，一共是 640 KB 的空間。
注意：雖然地址空間有 640 KB 這麼大，但是實際的 RAM 大小可能只有可憐的 32 KB，因此實際可用的空間取決於物理晶片。
中間空著的那塊地址空間，對映到一些外設。
0x0000:0x7C00
這個地址，就是作業系統的引導程式碼被讀取到記憶體中的地方。
在記憶體地址的剛開始位置(0x00000～0x003FF)，存放著中斷向量表。
可以看到：作業系統引導程式碼並沒有從中斷向量表之後的 0x00400 開始存放，而是被放在了 0x07C00 這個地方：
至於為什麼要這麼放置，有很多的說法，比較靠譜的解釋是這樣的：
假如實際的 RAM 晶片只有 32 KB(不要用現代的眼光來看，在 N久 之前，RAM 還是非常的珍貴)，那麼記憶體佈局就是這樣：
在此也鄙視一下現在很多的應用軟體，動不動就佔用那麼多的記憶體，都以為整個電腦只為它一家軟體服務的？！
可以看到，引導程式碼幾乎位於 RAM 的頂端了，這樣的話，從中斷向量開始的 0x00400，一直到引導程式碼的 0x07C00，這塊地址空間就是連續的一整塊，可以被作業系統更方便的操作。
另外，把引導程式碼放在 RAM 的高地址處，還有一個好處:
當引導程式碼最終把接力棒交給作業系統之後，引導程式碼就沒有任何用處了。
因此，作業系統就可以直接把引導程式碼所在的地址空間中內容，全部抹掉，為自己所用！
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