intelx86为何从0xFFFF0处执行

第一条指令的地址

　　在用户按下计算机电源开关之后，CPU会自动的将其CS寄存器设定为0xFFFF，将其IP寄存器设定为0x0000。由于CS:IP指出了下一条指令的地址^[1]，因此CPU会跳到0xFFFF:0x0000处进行执行。为什么是这个地址而不是其它地址呢？这其实是一个很巧妙的设计。

　　我们知道，从80386开始，到后面80486、奔腾，它们都是32位的CPU，但是它们都与Intel先前开发的8086兼容。也就是说，在默认情况下，80386、80486等，只不过是一台运行得更快一些的8086罢了。因此，这里我们只讨论8086^[2]。

　　8086是16位的CPU，但是却有20根地址线^[3]。也就是说它可以寻址 2²⁰ = 1M 内存空间。这段内存空间由RAM、ROM组成。ROM是随机只读存储器，里面的程序是在计算机出厂的时候直接烧录在里面的，完成一些主机自检等操作，并提供一些访问磁盘等基本输入输出服务，因而这段程序常被称为BIOS（Basic Input/Ouput Service）。由于不同的计算机厂商生产的计算机所带的外设不一样，因此，这段程序大小也限机型的不同而不一样，有可能A厂出产的计算机所带的这段程序的大小为1K，而B厂出产的这段程序的大小为2K。如果将这段程序放在0x0000处，那么用户写的程序就可能从0x0400处开始也可能从 0x0800处开始，非常不统一。故而，将此段程序放在1M内存的顶部，那么用户写的程序就都可以从0x0000处开始了。

　　但将BIOS这段程序放在1M内存的顶部，如果这段程序大小为1K，那么应当从0xFFC00开始放。如果这段程序的大小为2K，那么应当从0xFF800开始放，对于CPU而言，到底是应当从0xFFC00开始执行还是应当从0xFF800开始执行呢？为了解决这个问题，8086规定，CPU均从0xFFFF0处开始执行，而在0xFFFF0处，放一条无条件转移指令JMP。如果A厂的BIOS是从0xFFC00开始放的，那么这条转移指令就跳转到0xFFC00处开始执行。如果B厂的BIOS是从0xFF800开始放的，那么这条转移指令就跳转到0xFF800处开始执行，各个厂家可以跟据自己所生产的BIOS程序的大小，来决定此转移指令具体跳转到的位置。

　　这里有一点需要清楚的是，通常认为，内存编址是连续的，不会出现空洞，其实完全不是这样。比如，假设BIOS的编址是从 0xF0000开始，而RAM，即通常讲的内存编址是从0x00000开始，那么，如果用户只安装了32K内存，那么内存的编址范围就是 0x00000~0x07FFF，那么从0x08000至0xEFFFF处就没有安装内存，这就是一个内存空洞。

　　好了，当CPU执行了放在0xFFFF0处的第一条指令后，就跳转到BIOS程序内部去执行了，下面就来看看BIOS都做了些什么。

BIOS的工作

　　BIOS的工作相当简单，主要的工作就是执行主机自检（POST），然后查找操作系统存在在哪个磁盘上，将操作系统载入。BIOS在查找各磁盘的操作系统时，主要是查找磁盘上的第一个扇区（0面0磁道1扇区），每个扇区是512字节，如果这是一个引导扇区，那么就将它载入0x7C00的内存地址上，然后跳转到此地址上执行。如果此不是一个引导扇区，就继续查找下一个磁盘，看其上面是否存在引导扇区。如果所有的磁盘上都不存在引导扇区，则在屏幕上打印出一条出错信息。

引导扇区的工作

　　引导扇区只有一扇区即512字节大，因此它的主要目的是把操作系统的内核读进内存，然后跳转到操作系统内核处开始执行。从编写操作系统角度来说，前面的CPU上电及BIOS的工作都不是操作系统能控制的，而从引导扇区开始，就完完全全可由操作系统来控制了，因此，编写引导扇区也是编写操作系统必要的工作之一。从BIOS跳入引导扇区后，计算机系统引导工作就算完成，怎样把操作系统内核读进内存，然后再安排一条跳转指令跳到内核处执行就是操作系统开发人员的工作了。