为嘛BIOS将MBR读入0x7C00地址处(x86平台下)

本文介绍了0x7C00地址在x86平台BIOS启动过程中的重要作用,详细解释了为什么BIOS会选择将MBR读入0x7C00地址,并讨论了该地址的历史演变。

对于很多人来讲0x7C00这个地址是很神秘的,不知道这是干什么的。但是对于了解过x86平台下BIOS启动过程的人,对这个地址再熟悉不过了。BIOS就是将MBR读入0x7C00地址,然后进行后续的引导的。操作系统或是bootloader开发者必须假设 他们的汇编代码被加载并从0x7C00处开始执行。

0x7C00的定义

对于这个地址,它不属于Intel x86平台规范的,而是属于BIOS规范中定义的内容。0x7C00第一次出现在IBM PC 5150BIOS处理int 1919号中断)的时候,IBM PC 5150x8632位)IBM PC/AT系列的祖先,这款PC1981年发布,使用了intel 808816位)的处理器和16KBRAM内存,BIOS和微软的基本指令均放在该内存中。

当打开电源,BIOS开始自检,然后出发19号中断,在处理19号中断时,BIOS检测电脑是否具有软盘、硬盘或是固定磁盘,如果有任何可以使用的磁盘,BIOS酒吧磁盘的第一个扇区(512B)加载到内存的0x7C00地址处。

0x7C00的前身

0x7C00地址第一次出现在IBM PC 5150ROM bios中,在此之前使用的地址是0×200。使用该地址的原因主要有:当时8086中断向量使用地址为0×0-0x3FF86-DOS0×400处被加载;而它不使用0×200-0x3FF这段中断向量地址。因此这段0×200-0x3FF地址不能被其他程序使用,Tim Paterson86-DOS开发者)选择0×200作为MBR加载地址。

 

0x7C00的意义

他们想留下32kb内更多的空间给操作系统来加载自己;8086/8088使用0×0-0x3FF作为中断向量,然后BIOS数据紧随之后;引导扇区是512字节,但是用于引导程序的栈或数据区域需要多于512字节;因此0x7C0032kb中的最后1kb被选中。

一旦操作系统被引导并开始,引导扇区将一直不会被使用指导重启,因此操作系统和应用程序可以自由的使用32KB的最后1kb空间。在操作系统被加载后,内存布局如下:

+——————— 0×0
| Interrupts vectors
(中断向量表)
+——————— 0×400
| BIOS data area
BIOS的数据区域)
+——————— 0×5??
| OS load area
(操作系统加载区域)
+——————— 0x7C00
| Boot sector
(引导区域)
+——————— 0x7E00
| Boot data/stack
(引导数据/堆栈)
+——————— 0x7FFF
| (not used)
+——————— (…)

 

参考:

http://www.glamenv-septzen.net/en/view/6

<think>嗯,用户的问题是关于x86汇编中为什么使用将0x7c00赋值给ds寄存器而不是使用org 0x7c00指令。首先,我需要回忆一下x86引导扇区的加载过程。BIOS会把引导扇区加载到0x7c00地址,这是确定的。但为什么在代码中需要设置ds寄存器而不是用org指令呢? 可能的原因涉及到org指令的作用和段寄存器的影响。org指令通常用于告诉汇编器程序在内存中的起始地址,以便正确计算标签和数据的偏移量。但x86是分段内存架构,物理地址由段寄存器左移4位加上偏移量组成。例如,如果ds是0x0000,那么数据访问的物理地址就是ds*16 + offset。如果引导扇区被加载到0x7c00,那么此时cs:ip可能被设置为0x0000:0x7c00或者某个段基址使得物理地址正确。 用户提到的两种情况:一种是手动设置ds为0x7c00,另一种是使用org 0x7c00。这时候需要分析两者的区别。如果使用org 0x7c00,那么汇编器会假设程序的起始地址0x7c00,因此所有标签的偏移量都会基于这个地址计算。但如果此时段寄存器(比如ds)是0x0000,那么实际访问的物理地址会是0x0000 + offset,而offset已经被汇编器计算为基于0x7c00的,这样实际地址就变成了0x7c00 + offset,可能超出预期。 或者,如果程序中使用org 0x0000,那么标签的偏移量从0开始计算。此时,如果将ds设置为0x07c0(因为0x07c0 << 4 = 0x7c00),那么访问数据时,物理地址0x07c0*16 + offset = 0x7c00 + offset,这样标签的偏移量正确。所以这时候org应该是0x0000,而ds设置为0x07c0,这样组合起来才能正确访问到数据。 可能用户看到的是代码中直接设置ds为0x7c00,这似乎有问题,因为段寄存器是16位的,左移4位后是20位的地址,所以0x7c00作为段值的话,实际基地址0x7c00 << 4 = 0x7c000,这显然不对。正确的应该是将ds设置为0x07c0,因为0x07c0 <<4 = 0x7c00。所以这里可能用户提到的例子中有错误,或者用户记错了数值。 因此,正确的做法应该是设置段寄存器为0x07c0,而不是0x7c00。同时,使用org 0x0000,因为此时段基址加上偏移量就能正确访问到0x7c00的数据。或者,如果使用org 0x7c00,同时段寄存器设为0x0000,这时候偏移量是基于0x7c00的,但段基址是0x0000,这样物理地址就是0x0000 + 0x7c00 + offset,显然超过了预期的位置。这会导致错误。 所以可能用户混淆了段寄存器的设置和org指令的使用。正确的做法是,org指令设置的是段内的偏移量基址,而段寄存器需要正确设置以匹配加载地址。例如,当引导扇区被加载到0x7c00物理地址时,可以选择将段寄存器设为0x0000,org设为0x7c00;或者将段寄存器设为0x07c0,org设为0x0000。这两种方式都能正确计算出物理地址,但设置段寄存器的方式更为灵活,尤其是在理不同段时。 此外,BIOS在跳转到引导扇区时可能会设置CS:IP为0x0000:0x7c00或者0x07c0:0x0000,这会影响代码的执行环境。因此,代码中可能需要根据实际情况设置ds,以确保数据访问的正确性。而org指令的作用是告诉汇编器如何计算标签的地址,所以必须与段寄存器的设置相匹配,否则会导致地址计算错误。 总结来说,手动设置ds寄存器的原因是为了正确计算数据访问的物理地址,而org指令需要与段寄存器的值配合使用。在某些情况下,可能不使用org指令,而是通过设置段寄存器来调整基址,确保汇编器生成的偏移量正确。</think>在x86汇编中,将`0x7c00`赋值给`ds`寄存器与使用`org 0x7c00`指令的区别源于BIOS加载引导扇区的机制和x86分段内存模型的特点。以下是详细解释: --- ### 1. **BIOS加载引导扇区的行为** BIOS会将引导扇区的512字节代码加载到物理地址`0x7c00`[^1]。此时: - CPU默认从`cs:ip=0x0000:0x7c00`开始执行代码(部分BIOS可能设置`cs:ip=0x07c0:0x0000`,但最终物理地址均为`0x7c00`)。 - **关键问题**:汇编代码中如何正确访问数据? --- ### 2. **分段内存模型的影响** x86使用`段寄存器:偏移`计算物理地址: $$物理地址 = 段寄存器 \times 16 + 偏移$$ 若代码中通过`ds`访问数据(如`mov ax, [label]`),实际地址为: $$ds \times 16 + \text{label的偏移}$$ --- ### 3. **`ORG`指令的作用** `org 0x7c00`告诉汇编器:“所有标签的偏移量均基于`0x7c00`计算”。例如: ```nasm org 0x7c00 msg db 'Hello' ``` 此时`msg`的偏移为`0x7c00 + 5`(假设代码从`0x7c00`开始)。但若未正确设置段寄存器(如`ds=0x0000`),实际访问地址为: $$0x0000 \times 16 + (0x7c00 + 5) = 0x7c05$$ 这仅在`ds=0x0000`时正确,若段寄存器值变化则会导致错误。 --- ### 4. **手动设置`ds`的必要性** 若未使用`org`指令,默认偏移从`0x0000`开始。此时需手动设置`ds`为`0x07c0`(而非`0x7c00`),因为: $$0x07c0 \times 16 = 0x7c00$$ 这样,标签的偏移量直接加上`ds`的基址即可正确访问物理地址`0x7c00`的数据[^2]。 --- ### 5. **两种方法的对比** | 方法 | 优点 | 缺点 | |---------------------|--------------------------|--------------------------| | `org 0x7c00` | 代码逻辑直观 | 依赖默认段寄存器值 | | 手动设置`ds=0x07c0` | 显式控制段基址,兼容性强 | 需要额外初始化段寄存器 | --- ### 6. **实际代码示例** ```nasm ; 方法1:使用org org 0x7c00 mov ax, 0 mov ds, ax ; 假设ds=0x0000 mov al, [msg] ; 实际地址: 0x0000*16 + (0x7c00 + msg_offset) ; 方法2:手动设置ds org 0x0000 mov ax, 0x07c0 mov ds, ax mov al, [msg] ; 实际地址: 0x07c0*16 + msg_offset = 0x7c00 + msg_offset ``` --- ###
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