386+处理器中的复位向量

Question

维基百科关于重置向量的页面（适用于386+处理器）：CS寄存器的选择器部分值在重置时为F000h，CS寄存器的基址部分值为FFFF0000h，在实模式下，重置时IP寄存器的值为FFF0h，形成分段地址FFFFF000h:FFF0h。我阅读有关计算机启动的所有文献都说处理器以实模式启动，因此“选择器”不应涉及。那么为什么这里提到了选择器？还有，这里所指的“基址部分”是什么，并存储在哪个寄存器中？基本上，我不明白386处理器与之前的处理器如何设置重置向量。

- Cygnus

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请参见 https://dev59.com/GWDVa4cB1Zd3GeqPbTxF，这是一个非常相关的问题，并提供了额外有见地的答案。 - wmjdgla

Answer 1

需要访问的地址是存储重置向量的最后16个字节的内存地址。 由于8086/80186和80286+处理器之间的差异，CS的值不同。在80286处理器及以上版本中，存在一个全局描述符表（GDT），用于指定系统上的内存访问和利用方式。8086没有GDT，因此内存访问基本上是固定的。即使在286+的实模式下，也存在GDT条目。您提到的“基址”和“选择器”仅是GDT条目的“基址”和“选择器”部分。因此，由于存在GDT条目并且对286+处理器在所有处理器模式下都产生影响，重置向量的设置会发生变化。在新启动的系统上，使用以下段：偏移值：

8086/80186 (16-bit):             0xFFFF:0x0000
80286      (16-bit):             0xF000:0xFFF0
80386+     (32-bit):         0xFFFFF000:0xFFF0
           (64-bit): 0xFFFFFFFFFFFFF000:0xFFF0

基本上，在80286和更高版本的处理器上，偏移量和段值是相同的，除了在32位和64位处理器上，段值被符号扩展。

- Adrian Collado

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@fante - 我已经重新表述了我的答案，以更好地反映我对我的陈述的意思。此时不应该有任何错误或歧义。 - Adrian Collado

Answer 2

是的，在上电后，所有x86 CPU都处于Real Mode下，但在找到CS赋值之前会有奇怪的行为!!!。

读完一些x86文档，这些是事实:

上电后，'CS register'、'CS cache register'和'EIP'的初始值为:

CS= F000h (16位宽度，应该始终如此!)

CS_segment_start_address= FFFF_0000h (一个32位的值，指向RAM中的某个位置?)。 CS_segment_lenght= 0_FFFFh (20位大小值，是的，这是64KB)。

CS_segment在内存中是'Present'。

CS_segment是一个'可读/可写'的块。

CS_segment已经被'访问'。

EIP= 0000_FFF0h

现在，请注意以下生命的事实。

==SOF==（事实开始）

在获取新指令时（无论处于哪种模式：实模式、保护模式等），似乎硬件寻址逻辑始终使用某些“CS缓存寄存器”值来确定要放置在地址总线引脚上的地址。具体来说：

下一条指令地址 = CS段起始地址 + EIP

==EOF==（事实结束）

因此，在上电后，我们有以下数字：

下一条指令地址 = FFFF_0000h + 0000_FFF0h = FFFF_FFF0h

这意味着，我们是否可以在上电后访问RAM的最后一个角落，远离1MB限制？是的！！！圣杯！！！

但是，请等一等，不要着急跑和跳！！！这只是旨在（由软件开发人员）将“far jump”放置到BIOS ROM区域中的某些代码块中！

然而，是主板确保重置向量（0xFFFFFFF0h）处的指令是跳转到映射到系统BIOS入口点（0x0000: 0x000F0000h）的内存位置的远跳转。总之，每个“主板”都实现了这个“跳跃黑客”。 [Gustavo Duarte有一个很好的解释，请查看他的博客：http://duartes.org/gustavo/blog/post/how-computers-boot-up/]

根据上面的解释，最后提到的那个“远跳转”会使用良好行为的“实模式”值更新“CS_segment_start_address”： 类似于CS= XYZWh（使用远程'jump'、远程'call'或任何其他方法完成）的赋值将被翻译为： CS_segment_star_address= 000X_YZW0h（其中XYZW是CS nibbles值）

回到通常的业务中，进行4位左移，1MB限制，64KB段长度等操作！

最后几句话，我猜这个行为是为了确保您的上电(启动?)代码始终位于RAM的最后一个角落。这样它将为未来的操作系统处理留下足够的RAM空间。

[对我来说，把这个“重置”向量放在中断向量表中的第0个向量位置会更有意义。]

如果我错了，请纠正我。希望这可以帮助你。

附注：什么是CS缓存寄存器？它是与正在使用的CS选择器相关联的描述符值。所有其他段也具有这些“缓存寄存器”值以进行快速访问。请记住，在x86 CPU上，您不能随意禁用“分段”。您必须处理它。阅读一些涉及分段的“保护模式”了解更多信息...不幸的是（或者幸运的是？）分段已经过时了。分页已经取代了它作为保护机制。

顺便说一句，一些维基百科文章似乎带着错误的逻辑进行编辑。要小心！！！

- fante

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在你的回答中，你提到了“CS_segment_start_address= FFFF_0000h（一个32位的值，指向RAM中的某个地方？）”。我很好奇这个位置的物理位置在哪里？显然它应该在主存储器带的某个地方，但如果我们假设地址按字节映射，那么实际上是4G-16个字节，但不是所有32位计算机都有4G的内存。如果计算机只有2G的内存，那么这个0xFFFFFFF0h将指向哪里？我能否假设这个地址是“已安装的任何内存- 16个字节”？ - jimx

@jimx：你已经理解了一个我之前没有想明白的“黑点”。并且解释也有一点不同于你提出的。维基百科说：“平台逻辑将该地址映射到系统ROM，而镜像地址000FFFF0h。”这一点被Gustavo Duarte阐述得更加清楚：“主板确保复位向量（0xFFFFFFF0h）处的指令是跳转到映射到BIOS入口点的内存位置。”总之，每个“主板”都实现了这个“跳转黑客”。请查看他聪明的博客网站：http://duartes.org/gustavo/blog/post/how-computers-boot-up/ - fante

“CS=XYWZh” 是打错了吗？下一行你用的是 XY_ZW_。另外，BIOS 的入口点是 0x0000:0x000F0000h 吗？假设 BIOS 镜像大小为1MB（0x100000），因此在镜像中，复位向量位于偏移量0xFFFF0。由于复位向量映射到0xFFFFFFF0，这意味着BIOS映像映射到0xFFFFFFF0 - 0xFFFF0 = 0xFFF00000.反推0x000F0000的计算结果得到一个不可能的BIOS映像大小0xFFF10000。 - wmjdgla