按下电源后的几秒钟，CPU在干嘛？
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2021-04-03 19:59
来电了
“来电了，来电了，起来干活了”，一大早，我还在睡梦中就被吵醒了。
我是CPU一号车间的阿Q，好久不见，不知道大家有没有想我呢？
“今天不是星期六吗？怎么还要工作”，我有些不开心，本以为能睡一个懒觉，谁知道大周末的程序员还开机，这是来加班了吗。
一边抱怨，一边还得赶紧起来干活。
来到我所在的工作车间，提取指令的小A、分析指令的小胖和负责结果回写的老K都已经到了，就差执行指令的我了。
我们几个各就各位，做起了准备工作。
“小A，报告一下各个寄存器的值”，我嘱咐小A，这是我们每天开始工作前必做的检查项。
每次一通电，咱们的电路就会启动自检工作，把所有的寄存器全部重置，如果哪里有异常的话，就会把错误记录到EAX寄存器中，如果发现EAX的值不是0，那可就大事不好了。
“报告，寄存器已确认：”
EAX，EBX, ECX, ESI, EDI, EBP, ESP: 0x00000000
EFLAGS: 0x00000002
CS: 0xF000
EIP: 0xFFF0
······
看起来没什么问题，尤其是CS和IP这两个寄存器，决定着一会儿该从哪里开始执行代码呢。
我们是一个64位的CPU，平时都是工作在保护模式下，使用虚拟地址来访问内存，由厂里的内存管理单元MMU负责给转换成真实的物理地址。
不过在刚刚开机的这会儿功夫，虚拟地址翻译所需要的页目录、页表这些信息都还没准备好，MMU还没法工作，这时候我们只能使用16位的寄存器，工作在实地址模式下，使用段+基址的方式来跟内存打交道，最多只能使用1MB的内存空间，实在是有点局促。
开始执行
“大家都准备好了吗，打起精神来，要准备开始今天的工作了哦！”
“Q哥，这刚刚通电，内存条那家伙应该还是一片空白吧，咱们要去执行哪里的指令啊？”，小A问到。
“这你不用担心，在主板上，咱们CPU隔壁不远处有个叫BIOS的伙计，是一个ROM芯片，咱们已经跟他约定好了，一通电他就映射到地址空间中，你尽管按照CS:IP（0xF000:0xFFF0）指向的地方开始取指令就对了，他会安排好的”
“原来是这样”，小A点了点头，似懂非懂的样子。
正式开始干活了，小A熟练的从F000:FFF0处，也就是0xFFFF0处取到了第一条指令：jmp xxxx
好家伙，上来就是一个大跳转，我们一下来到了BIOS那家伙地盘的中央，开始执行他准备的程序了。
接下来执行的这一堆指令我已经做过无数次了，对主板上各单位进行检测，看看有没有异常情况，还有初始化我们工作需要的中断向量表等等，我早已经轻车熟路了。
“哥几个忙着呐”，我们正忙的热火朝天，发现有人在门口围观，回头看去，原来是隔壁二号车间、五号车间、八号车间的几个家伙。
“你们几个这么闲，要不来帮我们干会儿活？”
“哎，你想得美，你们一号核是引导处理器（BSP），待遇比我们好，这开机启动的活儿我们怎么能抢呢？”，二号车间的虎子阴阳怪气的说到。
真是羡慕他们，比我们1号车间上班时间晚，每次都可以多睡会儿。
MBR
我继续执行BIOS中的代码，一切检查完毕，没什么异常，要准备启动操作系统大佬了。
接下来，我检查了BIOS中配置的启动顺序，排在第一位的是硬盘兄弟。
于是我把硬盘老哥第0盘第0道第1扇区的内容读取到了内存中的0x7C00位置，他们把这玩意叫做主引导记录MBR，一共512个字节。
听硬盘那哥们说，这是操作系统老大在安装的时候，写到他那里的。
他还告诉我，这个位置很重要，曾经就有病毒占据了这个位置，最后没办法只好重装系统。
读取到了MBR后，还得检查最后两个字节必须是0x55和0xAA，看起来没什么问题，是一个合法的MBR，我们又跳到了0x7C00的位置开始执行。
操作系统
终于来到操作系统的地盘儿了，在操作系统的指示下，我们切换了工作模式，开始在保护模式下工作了！
刚刚切换到保护模式下，MMU仍然没法做地址翻译工作，我们还是只有直接使用物理地址跟内存联系，所以得赶紧把页目录和页表准备妥当才行。
忙活了一阵子之后，总算把需要的东西都弄好了，我激动的打开了内存分页的开关，通知MMU部门开始工作，现在我们可以使用虚拟地址访问内存了，这感觉棒多了！
这时，一旁围观的二号车间、五号车间、八号车间那几个家伙见状赶紧遛了回去，因为他们知道，马上就该他们工作了。
我们继续执行操作系统的代码，给咱们CPU其他所有核都准备好了数据和指令，创建了多个线程出来，把他们也叫起来一起工作，咱们这个八核CPU终于全面开动起来，一下子热闹了不少。
再后来，不知执行了多少指令，创建了多少线程，才把操作系统老大完整的运行了起来，成功完成了这一次的启动。
这就是通电后，我们CPU开始工作的日常，我已经记不清这是第多少次启动了，也不知道，我们还能启动多少次···
彩蛋
“Q哥，隔壁BIOS芯片老哥摊上事儿了，程序员嫌我们启动太慢 ，拿他开刀了”
“纳尼，那以后还怎么启动？”
“听说用了一个新方案，叫UEFI”
预知后续如何，请关注下回精彩···
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