手写操作系统--读写硬盘操作

以下图片均来自王道考研视频我们先来看看硬盘的结构：

这是物理图上的磁盘构造。

一个盘片被分成一个个的磁道。

在划分一下就会出现我们的扇区，每个扇区的大小是固定的，一般来说是512个字节。最内侧的扇区面积小，因此数据密度就密。在我们操作磁盘的时候，一般就以扇区为最小单位。

这样许多个盘片组合起来就是一整个磁盘。下图是一个解剖图：

这些磁头都是连接在同一个磁臂上的。这样就组成了一个柱子形状，我们称之为柱面。有了上图的基础，我们就能用柱面号，盘面号，扇区号来唯一标识一块磁盘块。其实柱面号也可以理解为我们要指定的磁道是哪一个，也就是王道这句话：

如果想读写一个磁盘大致的操作分为如下几步：

我们有这些知识就足够我们理解磁盘读写了。

扇区也就是我们操作磁盘的最小单位，一次最少也要对一个扇区读写，最多能达到256个扇区。

想要操作硬盘读写，我们需要对端口进行输入输出，也就是IO端口形式。

这个端口不同于网络协议中的端口，它是外部设备内部的寄存器，是用来提供一个通道给我们操控这个外部设备的。也称之为端口。因此分配给硬盘的寄存器是需要我们查阅的。

硬盘读写是有两种形式：

-CHS模式也就是/柱面/磁头/磁道也就是用坐标系来标识一个磁盘块，这个模式比较复杂，一般不用。

在Linux中，硬件外部设备都被抽象成了文件，硬盘也不例外，每个扇区都可以任务是一个文件，因此产生出了另外一种模式 -LBA模式 /逻辑块地址/ 只需要知道想操作哪一块扇区就完事了很方便

LBA模式也有2种，一种是用28位比特来表示一个扇区，一个是48位比特来表示一个扇区，分别成为LBA28,LBA48,我们只用LBA28模式就好了。

下面我们介绍下硬盘控制器的端口：

一个Primary通道上是可以挂2个硬盘，一个主盘，一个从盘，但是做实验时我们只有一个主盘因此暂时不管从盘的问题。磁盘是很复杂的东西，我们写操作系统小麻雀的时候，用以上的端口完全足够了。下面介绍下这些端口的作用：

0x1F0 是一个16位的端口，用来读写数据的

0x1F1 检测前一个指令的错误（一般不用，出错的时候用）

0x1F2 用于读写扇区的数量

0x1F3 起始扇区的0-7位

0x1F4 起始扇区的8-15位

0x1F5 起始扇区的16-23位

0x1F6 第四位是存的剩下4位（28比特的最后四位），图示如下：

0x1F7 此端口是用来存储硬盘执行的命令只介绍三个我们用的：

0xEC 硬盘识别

0x20 读扇区

0x30 写扇区

基本上就介绍完了。下面我们开始上代码（我会给出相应详细的注释）：

;第一步 ;初始化一些寄存器（数据） mov edi,0x1000 ;读到内存的哪个位置 mov ecx,2 ;起始扇区 mov bl,4 ;扇区数量 call read_disk ;调用读扇区这个函数

;第二步实现read_disk函数 read_disk： mov dx,0x1f2 ;读写扇区数量，参考前面讲的寄存器 mov al,bl ;读取扇区数量放入al寄存器 out dx,al ;往端口写 inc dx ;0x1f3 mov al,cl ;起始扇区的低八位 out dx,al inc dx ;0x1f4 shr ecx,8 ;讲中八位移到低8位的操作 右移操作符 mov al,cl ;起始扇区的中八位 out dx,al inc dx ;0x1f5 shr ecx,8 ;将高八位移到低8位的操作 mov al,cl ;起始扇区的高八位 out dx,al inc dx ；0x1f6 shr ecx,8 and cl，0b1111 ;将高4位置为0 mov al,0b1110_0000 ;0x1f6的device寄存器 参考上图 or al,cl ;合二为一 inc dx ;0x1f7 mov al,0x20 ;读操作 out dx,al xor ecx,ecx ;ecx清0 mov cl,bl ;得到读写扇区的数量 循环变量作用于loop .read： push cx call .waits ;等待数据 call .reads； 读取扇区 pop cx loop .read ret .waits: mov dx,0x1f7 ;使用status寄存器 检索硬盘状态 .check: in al,dx ;往端口读 jmp $+2 ;空指令 jmp $+2 jmp $+2 and al,0b1000_1000 ;将第4位和第八位清0 cmp al,0b0000_1000 ;判断DRQ是否准备好数据 cmp指令影响ZF位 jnz .check ;如果不等于循环检查 直到DRQ为1为止 ret .reads: mov dx,0x1f0 ；读硬盘操作 mov cx,256 ;一次读取一个字 循环变量 .readw: in ax,dx jmp $+2 ;空指令 jmp $+2 jmp $+2 mov [edi],ax ;将读取的数据放到0x1000内存位置 add edi,2 ;每次加2 loop .readw ret

效果图可以参考内核加载器那篇文章，用的就是此套函数将加载器加载到0x1000的内存位置，写硬盘逻辑刚好是相反的，目前还没用到，就没有实现此功能。

今天的文章手写操作系统--读写硬盘操作分享到此就结束了，感谢您的阅读。

手写操作系统--读写硬盘操作

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