### 操作系统引导探究
#### 一、计算机从加电开始的工作流程
当计算机电源键被按下时，一系列复杂的步骤开始被执行，最终使操作系统能够运行起来。这些步骤大致可以分为以下几个阶段：
1. **电源激活**：电源键的按下会触发一个电信号，通过主板传递给电源供应单元(PSU)，PSU随即开始为整个系统供电。
2. **BIOS启动**：随着电源的稳定供应，BIOS(Basic Input/Output System)被唤醒并开始执行其内置的启动程序。该程序首先进行自检(Post, Power-On Self Test)，确保所有硬件设备如内存、键盘、鼠标、磁盘控制器等都处于正常状态。
3. **加载引导扇区**：一旦自检完成，BIOS会查找可以用于引导操作系统的驱动器。根据BIOS设置中的启动顺序，BIOS会尝试从每个驱动器（如硬盘、光驱、USB设备等）中读取第一个扇区（通常称为引导扇区），并将其加载到内存中特定位置（例如0x0000:0x7c00）。如果该扇区的最后两个字节为“55AA”，则BIOS确认这是一个有效的引导扇区，并将控制权交给该扇区内的引导程序。
4. **引导程序执行**：引导程序负责从磁盘读取操作系统核心部分，并将其加载到内存中。随后，引导程序将控制权转移给操作系统核心，开始执行操作系统的初始化过程。
#### 二、引导程序的关键特征
引导程序的设计需要满足以下关键条件：
1. **大小限制**：引导程序的大小必须精确为512字节，这是由于BIOS只读取磁盘的第一个扇区。
2. **标志位**：引导扇区的最后两个字节必须是“55AA”，这是BIOS识别有效引导扇区的重要标志。
3. **位置固定**：引导程序始终位于磁盘的第一个扇区上，即0磁头、0磁道、1扇区的位置。
#### 三、通过BIOS读取磁盘扇区
为了实现操作系统引导，引导程序需要读取磁盘上的数据并将之加载到内存中。这一过程可以通过两种主要方式实现：
1. **直接访问I/O端口**：这是一种低级别的方法，允许直接访问磁盘的输入输出端口来读写数据。这种方法具有高度灵活性，但编程复杂度较高。
2. **通过BIOS中断**：这是一种相对高级的方法，利用BIOS提供的中断服务程序来读取磁盘数据。这种方式比直接访问I/O端口简单，但在某些方面（如内存地址选择）可能受到限制。
##### BIOS中断处理
BIOS通过中断处理机制实现了对外部事件的响应。每当发生中断时，BIOS内部会形成一个中断向量地址，并通过该地址跳转到相应的中断服务程序。中断向量地址表位于内存的起始位置（0x0000:0x0000至0x0000:0x03FF），每个中断向量地址指向一条跳转指令，用于定位具体的中断服务程序入口点。这种方式确保了BIOS能够有效地管理各种硬件事件，并为后续的操作系统引导提供必要的支持。
通过以上几个方面的介绍，我们可以看出操作系统引导是一个涉及多个层次技术和细节的过程。从电源激活到BIOS启动，再到引导程序的执行，每一步都至关重要。通过对这些过程的理解，开发者可以更好地掌握操作系统启动的基础知识，为进一步研究和发展打下坚实的基础。
