ASM

Уроки ОСдева №1

В прошлом посте я представил свою операционку и игру, которую пишу под неё в свободное время. Там же я сделал несколько заявок на будущие посты. Среди прочего я сказал, что, возможно, сделаю серию образовательных постов про разработку операционных систем и низкоуровневое программирование. Сегодня будет первый такой пост. Для понимания материала не нужно знать ассемблер или разбираться в устройстве ОС - про всё это я буду рассказывать. Нужно иметь представление об архитектуре компьютера в общих чертах: понимать, что такое BIOS, процессор, материнская плата, оперативная память, видео-, звуковая и сетевая карты, жёсткий диск, оптические и флоппи-приводы и как примерно всё это между собой скрепляется. Неплохо бы знать, что такое бит, байт и слово. Вообще супер, если вы в курсе, чем десятичная система счисления отличается от двоичной и шестнадцатеричной и умеете переводить из одной в другую. Поехали.

P.S.: если знаете английский, советую зайти сюда. Это довольно старая серия уроков по ОСдеву для новичков. Я в своё время почерпнул там очень много и в своих постах наверняка буду невольно цитировать оттуда.

Часть 1, теоретическая.

С чего начать? Вопрос, который возникает в голове любого, кто собрался писать ОС с нуля. В интернете полно тематических ресурсов, но не так много обучающих, где бы задача написания операционной системы разбивалась на небольшие последовательные этапы-уроки. Например, на OSDev.org очень много информации, распределённой по тематическим разделам, но составить на её основе у себя в голове необходимую последовательность действий для новичка будет очень сложно.

Я думаю, стоит начать с включения компьютера. Это не шутка: чтобы создать свою операционную систему, надо до определённой степени понимать как работает компьютер. Что происходит, когда вы нажимаете кнопку POWER на системном блоке и как у вас на экране оказывается ваш заваленный ярлыками и "новыми папками" рабочий стол? Для того, чтобы программа (а наша ОС - это, конечно же, программа) начала исполняться, она должна сначала попасть в оперативную память. Содержимое оперативной памяти же на момент включения пусто. Если среди читающих есть инженеры, советую зажмуриться и пропустить до следующего абзаца: сейчас будет упрощённая модель.

1. Нажатая кнопка POWER посылает электрический сигнал на материнскую плату.

2. Сигнал доходит до материнской платы и отправляется к блоку питания.

3. Блок питания просыпается и начинает подавать энергию подключенным устройствам.

4. Блок питания посылает сигнал на материнскую плату, начинает исполняться программа BIOS.

5. BIOS проводит POST (power-on self-test), посылая сигналы разным устройствам и получая (или не получая) от них ответ. Если устройство не отправило ответ, оно помечается как нерабочее или отсутствующее. Тут же BIOS определяет количество оперативной памяти и некоторые другие параметры системы.

6. Если POST окончен и никаких критических поломок не выявлено, BIOS сверяется со списком загрузочных устройств. Наверняка вы хоть раз его видели, если устанавливали Windows: его обычно можно настроить через интерфейс BIOS, выбрав, с чего загружать ОС (floppy, HDD, USB, ...).

Вот тут начинается часть, которая интересует нас. Предположим, мы вставили дискету с нашей ОС в привод и настроили приоритет загрузки следующим образом: CD-ROM, флоппи-привод, жёсткий диск, USB. Как BIOS определит, что на одном из носителей есть операционная система для загрузки? Физическое устройство цифровых носителей и способы доступа к информации на них это тема для отдельного урока или даже нескольких, так что пока удовольствуемся упрощённой схемой: BIOS считывает с 0 по 511 байты носителя и проверяет, чему равны байты 510 и 511. Если они равны 170 и 85 (AAh и 55h в шестнадцатеричной системе), BIOS считает, что нашёл программу-загрузчик. После этого считанный участок носителя размером в 512 байт загружается в оперативную память и запускается центральный процессор компьютера, который начинает выполнять загруженную программу. Программа-загрузчик догружает остальные файлы ОС и располагает их в памяти нужным образом, а потом говорит процессору, откуда нужно начать выполнение ОС.

Какие выводы можно сделать из полученной информации?

1. Помимо операционной системы на носителе должна быть программа-загрузчик, т.к. компьютер не знает, как именно структурированы файлы ОС и куда их надо загружать. Загрузка ОС - тоже задача разработчика.

2. Загрузчик должен быть не больше 510 байт, ведь BIOS считывает 512 и последние два из них заняты меткой загрузчика.

3. Последние два байта программы-загрузчика должны быть равны AA55h.

3. Загрузчик должен занимать строго определённое место на носителе: с 0 по 511 байты. Думаю, вы замечали, что когда копируете файлы на носитель обычными методами, никто не спрашивает вас, в какой именно участок памяти вы хотите их поместить. Значит, копировать загрузчик нужно каким-то особенным способом.

Это была короткая вводная, но теперь мы имеем представление о том, как операционная система попадает в оперативную память и начинает исполняться при включении компьютера. Предлагаю пока помедитировать над этим. В следующий раз наверное будем говорить об устройстве цифровых носителей и потихоньку погружаться в волшебный мир ассемблера.

Олдфажного геймдева пост

Привет, реактор. Заxожу сюда за xорошим настроением (или как получится) уже давно, но написать собрался впервые.

Несколько лет назад я по приколу начал пилить с нуля ОС для ПК с x86-ми процами. Без комментариев, просто заxотелось. Потиxоньку занимаюсь ею и по сию пору. Появилось порядка 20 нерабочиx версий, одна полурабочая и одна (будем надеяться) нормальная, которая ещё не окончена. Операционка получилась как я люблю: грузится с дискеты, даёт минимальный интерфейс к  клавиатуре, дисплею и флоппи-приводу, позволяет запускать плоские бинарники с точкой вxода 500000h и не мешает. В следующей версии будут ещё всякие излишества вроде поддержки жёсткого диска и графическиx режимов VGA, но сейчас не о том.

Мне стало жаль просто убрать в ящик ту полурабочую версию оси и я решил написать под неё игру. Конечно, в дуxе самой ОС: олдфажный текстовый рогалик, как бы плод запретной связи Colossal Cave Advenure и Rogue. От первой достались текстовые описания и перемещение по "комнатам", от второй - процедурная генерация, голод, xолод и пермасмерть.

Сразу опишу основные фишки проекта и приведу немного цифр:

- 1000 комнат

- 7 концовок

- износ, ремонт и апгрейд снаряжения

- прокачка атрибутов, заклинаний и навыков от использования

- около 50 видов монстров

- около 25 видов магии

- около 1,5 часов на успешную партию

- дружелюбный интерфейс

Ну и напоследок несколько скринов из последней и старыx версий:

Игра в процессе разработки, текущая версия готова процентов на 30 в смысле меxаник и примерно на 5 в смысле контента. Если кому интересно, в следующем посте выложу ссыль и инструкцию для запуска. Ну а так - приветствую комменты и просто потрепаться за жизнь, низкоуровневое программирование и геймдев.

Моя игровая история ч. 2. Предыдущая часть : http://old.reactor.cc/post/3008832 Следующая: http://old.reactor.cc/post/3009593

Моя игровая история ч. 3. Предыдущая часть : http://old.reactor.cc/post/3009594

Обычно я публикую ничем не связанные со мной комиксы, но сегодня решил поговорить о себе (у каждого великого человека должна быть биография :) ). За графон извините, со временем я найду свой формат. Итак, время лихих 90-ых. Новые возможности, импортные товары и ... игры! В нашем и чужом дворе мы организовывали конкурс игр. Каждый кто мельком знал программировать участвовали в этом конкурсе. Победитель получал денежный приз и какой-нибудь компьютерный диск. Конкурс просуществовал 3 года, но потом все разбежались и он остался в тьме прошлого. Но не в этом суть. Сегодня я вам расскажу об одном из этих конкурсов (так-то у меня куча этих историй связанных с этим мероприятием, но о них потом).