Реферат по предмету "Программирование"


Настоящий "Hello World"

Настоящий
"Hello World"

Станислав
Иевлев

С чего
начинается изучение нового языка (или среды) программирования? С написания
простенькой программы, выводящей на экран краткое приветствие типа "Hello
World!". Например, для C это будет выглядеть приблизительно так:

main() {

   printf("Hello
World!n");

}

Показательно,
но совершенно неинтересно. Программа, конечно, работает, приветствие свое
пишет; но ведь для этого требуется целая операционная система! А что если
хочется написать программку, для которой ничего не надо? Вставляем дискетку в
компьютер, загружаемся с нее и ..."Hello World"! Можно даже
прокричать это приветствие из защищенного режима... Сказано - сделано. С чего
бы начать?.. Набраться знаний, конечно. Для этого очень хорошо полазить в
исходниках Linux и Thix. Первая система всем хорошо знакома, вторая менее
известна, но не менее полезна.

Подучились?
Теперь займемся. Понятно, что первым делом надо написать загрузочный сектор для
нашей мини-операционки (а ведь это будет именно мини-операционка!). Поскольку
процессор грузится в 16-разрядном режиме, то для создания загрузочного сектора
используется ассемблер и линковщик из пакета bin86. Можно, конечно, поискать
еще что-нибудь, но оба наших примера используют именно его; и мы тоже пойдем по
стопам учителей. Синтаксис этого ассемблера немного странноватый, совмещающий
черты, характерные и для Intel и для AT&T, но после пары недель мучений
можно привыкнуть.

Загрузочный
сектор (boot.S)

Сознательно не
буду приводить полных листингов программ. Так станут понятней основные идеи, да
и вам будет намного приятней, если все напишете своими руками. Для начала
определимся с основными константами.

START_HEAD = 0
- Головка привода, которою будем использовать.

START_TRACK = 0
- Дорожка, откуда начнем чтение.

START_SECTOR =
2 - Сектор, начиная с которого будем считывать наше ядрышко.

SYSSIZE = 10 -
Размер ядра в секторах (каждый сектор содержит 512 байт)

FLOPPY_ID = 0 -
Идентификатор привода. 0 - для первого, 1 - для второго

HEADS = 2 -
Количество головок привода.

SECTORS = 18 -
Количество дорожек на дискете. Для формата 1.44 МБ это количество равно 18.

В процессе
загрузки будет происходить следующее. Загрузчик BIOS считает первый сектор
дискеты, положит его по адресу 0000:0x7c00 и передаст туда управление. Мы его
получим и - для начала - переместим себя пониже по адресу 0000:0x600, перейдем
туда и спокойно продолжим работу. Собственно вся наша работа будет состоять из
загрузки ядра (сектора 2 - 12 первой дорожки дискеты) по адресу 0x100:0000,
переходу в защищенный режим и скачку на первые строки ядра. В связи с этим еще
несколько констант:

BOOTSEG =
0x7c00 - Сюда поместит загрузочный сектор BIOS.

INITSEG = 0x600
- Сюда его переместим мы.

SYSSEG = 0x100
- А здесь приятно расположится наше ядро.

DATA_ARB = 0x92
- Определитель сегмента данных для дескриптора

CODE_ARB = 0x9A
- Определитель сегмента кода для дескриптора.

Первым делом
произведем перемещение самих себя в более приемлемое место.

cli

xor ax, ax

mov ss, ax

mov sp, #BOOTSEG

mov si, sp

mov ds, ax

mov es, ax

sti

cld

mov di, #INITSEG

mov cx, #0x100

repnz

movsw

jmpi go, #0

Теперь
необходимо настроить как следует сегменты для данных (es, ds) и для стека.
Неприятно, конечно, что все приходится делать вручную, но что поделаешь - ведь
кроме нас и BIOS в памяти компьютера никого нет.

go:

mov ax, #0xF0

mov ss, ax

mov sp, ax

;Стек разместим
как 0xF0:0xF0 = 0xFF0

mov ax, #0x60

;Сегменты для
данных ES и DS зададим в 0x60

mov ds, ax

mov es, ax

Наконец, можно
вывести победное приветствие. Пусть мир узнает, что мы смогли загрузиться!
Поскольку у нас есть все-таки целый BIOS, воспользуемся готовой функцией 0x13
прерывания 0x10. Можно, конечно, его презреть и написать напрямую в
видеопамять, но у нас каждый байт команды на счету, а байт таких всего 512.
Потратим их лучше на что-нибудь более полезное.

mov cx,#18

mov bp,#boot_msg

call write_message

Функция
write_message выглядит следующим образом

write_message:

push bx

push ax

push cx

push dx

push cx

mov ah,#0x03

;прочитаем
текущее положение курсора,

;дабы не
выводить сообщения где попало.

xor bh,bh

int 0x10

pop cx

mov bx,#0x0007

;Параметры
выводимых символов:

;видеостраница
0, атрибут 7 (серый на черном)

mov ax,#0x1301

;Выводим строку
и сдвигаем курсор

int 0x10

pop dx

pop cx

pop ax

pop bx

ret

;А сообщение
так

boot_msg:

.byte 13,10

.ascii "Booting data ..."

.byte 0

К этому времени
на дисплее компьютера появится скромное "Booting data ...". Это в
принципе не хуже, чем "Hello World", но давайте добьемся чуть большего.
Перейдем в защищенный режим и выведем этот "Hello" уже из программы,
написанной на C. Ядро 32-разрядное. Оно будет у нас размещаться отдельно от
загрузочного сектора и собираться уже с помощью gcc и gas. Синтаксис ассемблера
gas соответствует требованиям AT&T, так что тут все будет попроще. Но для
начала нам нужно прочитать ядро. Опять воспользуемся готовой функцией 0x2
прерывания 0x13.

recalibrate:

mov ah, #0

mov dl, #FLOPPY_ID

int 0x13

;проведем
реинициализацию дисковода.

jc recalibrate

call read_track

;вызов функции
чтения ядра

jnc next_work

;если во время
чтения не произошло

;ничего
плохого, то работаем дальше

bad_read:

;если чтение
произошло неудачно -

;выводим
сообщение об ошибке

mov bp,#error_read_msg

mov cx,7

call write_message

inf1: jmp inf1

;и уходим в
бесконечный цикл. Теперь

;нас спасет
только ручная перезагрузка

Сама функция
чтения предельно простая: долго и нудно заполняем параметры, а затем одним
махом считываем ядро. Сложности начнутся, когда ядро перестанет помещаться в 17
секторах (то есть 8.5КБ); но это пока в будущем, а сейчас вполне достаточно
такого молниеносного чтения

read_track:

pusha

push es

push ds

mov di, #SYSSEG

;Определяем

mov es, di

;адрес буфера
для данных

xor bx, bx

mov ch, #START_TRACK

;дорожка 0

mov cl, #START_SECTOR

;начиная с
сектора 2

mov dl, #FLOPPY_ID

mov dh, #START_HEAD

mov ah, #2

mov al, #SYSSIZE

;считать 10
секторов

int 0x13

pop ds

pop es

popa

ret

;Вот и все.
Ядро успешно прочитано,

;и можно
вывести еще одно радостное

;сообщение на
экран.

next_work:

call kill_motor

;останавливаем
привод дисковода

mov
bp,#load_msg

;выводим
сообщение

mov cx,#4

call
write_message

;Вот содержимое
сообщения

load_msg:

.ascii "done"

.byte 0

;А вот функция
остановки двигателя привода.

kill_motor:

push dx

push ax

mov dx,#0x3f2

xor al,al

out dx,al

pop ax

pop dx

ret

На данный
момент на экране выведено "Booting data ...done" и лампочка привода
флоппи-дисков погашена. Все затихли и готовы к смертельному номеру - прыжку в
защищенный режим. Для начала надо включить адресную линию A20. Это в точности
означает, что мы будем использовать 32-разрядную адресацию к данным.

mov al, #0xD1

;команда записи
для 8042

out #0x64, al

mov al, #0xDF

;включить A20

out #0x60, al

Выведем
предупреждающее сообщение - о том, что переходим в защищенный режим. Пусть все
знают, какие мы важные.

protected_mode:

mov bp,#loadp_msg

mov cx,#25

call write_message

Сообщение:

loadp_msg:

.byte 13,10

.ascii "Go to protected mode..."

.byte 0

Пока у нас еще
жив BIOS, запомним позицию курсора и сохраним ее в известном месте (0000:0x8000
). Ядро позже заберет все данные и будет их использовать для вывода на экран
победного сообщения.

save_cursor:

mov ah,#0x03

;читаем текущую
позицию курсора

xor bh,bh

int 0x10

seg cs

mov [0x8000],dx

;сохраняем в
специальном тайнике

Теперь
внимание, запрещаем прерывания (нечего отвлекаться во время такой работы) и
загружаем таблицу дескрипторов

cli

lgdt GDT_DESCRIPTOR

;загружаем
описатель таблицы дескрипторов.

У нас таблица
дескрипторов состоит из трех описателей: нулевой (всегда должен
присутствовать), сегмента кода и сегмента данных.

align 4

.word 0

GDT_DESCRIPTOR: .word 3 * 8 - 1 ;

;размер таблицы
дескрипторов

.long 0x600 +
GDT

;местоположение
таблицы дескрипторов

.align 2

GDT:

.long 0, 0

;Номер 0:
пустой дескриптор

.word 0xFFFF, 0


;Номер 8:
дескриптор кода

.byte 0, CODE_ARB, 0xC0, 0

.word 0xFFFF, 0

;Номер 0x10:
дескриптор данных

.byte 0, DATA_ARB, 0xCF, 0

Переход в
защищенный режим может происходить минимум двумя способами, но обе ОС,
выбранные нами для примера (Linux и Thix) используют для совместимости с 286
процессором команду lmsw. Мы будем действовать тем же способом

mov ax, #1

lmsw ax

;прощай
реальный режим. Мы теперь

;находимся в
защищенном режиме.

jmpi 0x1000, 8

;Затяжной
прыжок на 32-разрядное ядро.

Вот и вся
работа загрузочного сектора – не мало, но и не много. Теперь с ним мы
попрощаемся и направимся к ядру. В конце ассемблерного файла полезно добавить
следующую инструкцию.

org 511

end_boot: .byte 0

В результате
скомпилированный код будет занимать ровно 512 байт, что очень удобно для
подготовки образа загрузочного диска.

Первые вздохи
ядра (head.S)

Ядро, к
сожалению, опять начнется с ассемблерного кода. Но теперь его будет совсем
немного. Мы собственно зададим правильные значения сегментов для данных (ES,
DS, FS, GS). Записав туда значение соответствующего дескриптора данных.

cld

cli

movl $(__KERNEL_DS),%eax

movl %ax,%ds

movl %ax,%es

movl %ax,%fs

movl %ax,%gs

Проверим,
нормально ли включилась адресная линия A20 - простым тестом записи. Обнулим для
чистоты эксперимента регистр флагов.

xorl %eax,%eax

1: incl %eax

movl %eax,0x000000

cmpl %eax,0x100000

je 1b

pushl $0

popfl

Вызовем
долгожданную функцию, уже написанную на С: call SYMBOL_NAME(start_my_kernel). И
больше нам тут делать нечего.

Поговорим на
языке высокого уровня (start.c)

Вот теперь мы
вернулись к тому, с чего начинали рассказ. Почти вернулись, потому что printf()
теперь надо делать вручную. Поскольку готовых прерываний уже нет, то будем
использовать прямую запись в видеопамять. Для любопытных - почти весь код этой
части, с незначительными изменениями, позаимствован из части ядра Linux,
осуществляющей распаковку (/arch/i386/boot/compressed/*). Для сборки вам
потребуется дополнительно определить такие макросы как inb(), outb(), inb_p(),
outb_p(). Готовые определения проще всего одолжить из любой версии Linux.

Теперь, дабы не
путаться со встроенными в glibc функциями, отменим их определение

#undef memcpy

//Зададим
несколько своих:

static void puts(const char *);

static char *vidmem = (char *)0xb8000; /*адрес видеопамяти*/

static int vidport; /*видеопорт*/

static int
lines, cols; /*количество линий и строк на экран*/

static int
curr_x,curr_y; /*текущее положение курсора*/

И начнем,
наконец, писать код на языке высокого уровня... правда, с небольшими ассемблерными
вставками.

/*функция
перевода курсора в положение (x,y).

Работа ведется
через ввод/вывод в видеопорт*/

void gotoxy(int x, int y)

{

int pos;

pos = (x + cols * y) * 2;

outb_p(14, vidport);

outb_p(0xff & (pos >> 9), vidport+1);

outb_p(15, vidport);

outb_p(0xff & (pos >> 1), vidport+1);

}

/*функция
прокручивания экрана. Работает,

используя
прямую запись в видеопамять*/

static void scroll()

{

int i;

memcpy ( vidmem, vidmem + cols * 2, ( lines - 1 ) *
cols * 2 );

for ( i = ( lines - 1 ) * cols * 2; i

vidmem[i] = ' ';

}

/*функция
вывода строки на экран*/

static void puts(const char *s)

{

int x,y;

char c;

x = curr_x;

y = curr_y;

while ( ( c = *s++ ) != '


Не сдавайте скачаную работу преподавателю!
Данный реферат Вы можете использовать для подготовки курсовых проектов.

Поделись с друзьями, за репост + 100 мильонов к студенческой карме :

Пишем реферат самостоятельно:
! Как писать рефераты
Практические рекомендации по написанию студенческих рефератов.
! План реферата Краткий список разделов, отражающий структура и порядок работы над будующим рефератом.
! Введение реферата Вводная часть работы, в которой отражается цель и обозначается список задач.
! Заключение реферата В заключении подводятся итоги, описывается была ли достигнута поставленная цель, каковы результаты.
! Оформление рефератов Методические рекомендации по грамотному оформлению работы по ГОСТ.

Читайте также:
Виды рефератов Какими бывают рефераты по своему назначению и структуре.