操作系统是连接硬件和应用软件之间的纽带。至少目前是这样的。而操作系统这门课也是计算机专业的必修课之一。无奈当时混沌。并没有真正的上好这一门课，之所以叫胡言乱语。是因为这里面的水对我来说实在是太深了。任何一个小的问题背后都是一个深渊。所以第一篇，从最初的（大学课程最初）开始讲起。
8086，应该是学计算机最开始的地方。可以说是我们现在x86系列的最简单，最基础的实现。里面的设计都或多或少的影响到了后面系列的实现。所以，学校从这里开始，的确是非常明智的，虽然当时我不这么认为。但是想要了解或是明白8086的设计，那么也就要带出另外的那些更为底层的，计算机指令集，机器语言，引脚，门，电压等等。当然我不是说这些不重要，但是如果有这些基础，的确可以加快，加深8086以及其他系列的一些知识的理解。这里就略过这些东西。一是自己能力不足，二是我觉得现在谈这个真的不是很重要。想想，这2个原因其实也就一个 ：)。
存储器是计算机的核心部件。现在的计算机围绕存储器来构建，所以必须从存储器开始。
在CPU眼中，存储器保存的东东。只有2种：指令和数据。当然退而求其次，存储器中没有指令和数据之分，只有0和1。这个世界的确是非常的和谐简单。那么CPU是如何分别这2种东东呢。这完全取决于CPU自己。当遇到二进制信息如1000100111011000时，CPU可以把他看成大小为89D8H的数据处理，也可以看做是指令mov ax bx来执行。
存储器被划分为若干个存储单元，一般来说，一个存储单元大小为一个Byte。一个拥有128个存储单元的存储器。容量为128个字节。
那么存储器被划分为了多个存储单元，从0开始排序。CPU从内存中读取数据，首先需要的就是存储单元的地址，也就是CPU需要知道读取哪一个存储单元中数据。当然CPU不仅仅需要知道地址，还需要告诉存储器要做什么操作，是读还是写？而且在计算机中，也不仅仅只有一个存储器，也不仅仅只有一种设备需要去操作。还需要指明对哪一个设备操作。所以。CPU对数据的读写，需要以下的基本信息。
- 存储单元地址（地址）
- 设备选择，读写命令（控制）
- 读写的数据（数据）
那么CPU通过什么来将这些信息传递给设备呢？CPU计算机中的这些设备处理传输信息都是电信号,连接这些设备的导线为总线。总线根据传送信息不同，分为地址总线，控制总线，数据总线。
CPU从3号单元中读取数据过程：
- CPU通过地址线将地址信息3发出
- CPU通过控制线发出读命令，选中存储器，通知到读数据
- 将3号单元中的数据8通过数据线交给CPU
既然知道了CPU读取数据的流程，那么CPU能够找到多少个这样的地址是我们遇到的下面的问题。显然，地址总线上能传递多少种不同的地址，那么CPU就可以找到多少个存储单元的地址。
如果CPU有10根地址总线，1根能够提供2种信号：1、0。那么10根就能提供2^10个，也就是1024种。那么我们就说CPU的寻址大小为1K。或这个CPU的地址空间为1K。
CPU与各个设备之间传递数据是通过数据总线进行。所以，数据总线的宽度决定了CPU和外界数据传递的速度。我们很容易想到16根数据线可以一次传递2个字节。
同样类似的。控制总线的宽度，也决定了CPU对外部的控制种类。所以，决定了CPU对外部的控制能力。
当我们买电脑的时候。除了考虑CPU以外，还需要搞定一个好的主板。当我们打开电脑之后，看到的首先也是这个大家伙。而且如果你的电脑主板被烧坏的话，那么基本上这个电脑主机也就完蛋了。可见主板在现在计算机中的地位。
主板最基本的作用就是通过它把计算机的核心部分通过总线（地址、控制、数据总线）相连，并且还需要为扩展预留接口。当我们买到一个主板时，会看到有非常多的接口卡槽，而事实上CPU控制这些设备就是通过总线去控制这些接口卡来进行的。
上面的那些东东，不管是显卡，声卡，网卡。都有两点相同。
- 都和CPU总线相连
- CPU进行读写操作是，都是通过控制线发出内存读写命令。
也就是说，CPU操作他们的时候，都把他们当做内存来对待。把这些不同的设备组成一个大的逻辑存储器。这个逻辑存储器就是我们的地址空间。
在上面这个图中，所有的物理存储器都被看作一个由许多存储单元构成的逻辑存储器，每一个都有一个地址段，也就是一段地址空间。CPU往这段空间中读写数据，其实就是读写了物理存储器。
那么我们可以看出。CPU的地址总线宽度是在是太重要了。在我们的8086中，地址总线宽度为20，也就是可以搞定2^20个不同的地址。也就是说8086的地址空间大小为1MB。
不同的计算机系统，的地址空间分配是不同的。如下是8086的
看到这幅图，那么我们就可以从容的写一个HelloWorld程序输出到我们的屏幕上。
因为我们可以直接在A0000~BFFFF中写数据，而这些数据会跑到显卡中最后跑到屏幕上。
那么我们现在明白了。CPU访问内存单元时，需要给出这个内存单元的地址，所有的内存单元构成存储空间是一个一维线性空间。每一个内存单元在这个空间中都有唯一地址，这个唯一的地址，就是物理地址。
CPU通过地址总线送入存储器的。必须是一个内存单元的物理地址。同样，这个地址在CPU内部中必须搞定这个地址，再发送到地址总线之前。不同的CPU形成物理地址的方式也不同。而我们现在所考虑的就是8086是如何搞定这个物理地址的。
那么我们又必须要了解些其他知识。8086是16位结构的CPU。那么他的意思是
- 运算器一次最多处理16为数据
- 寄存器最大宽度16位
- 寄存器和运算器之间的内部线为16位。
也就是说，8086一次只能处理，传输，存储（寄存器）16位的地址。从我们大多数人的思维，一个地址，也就是一个指针，最好和一个整数的长度一致。但是，我们知道8086的地址总线为20位。达到了1MB的寻址。为什么会是这样的呢？在很久很久以前，当CPU的技术从8位发展到16位的时候，地址总线本来也应该是16位，也就是64K。但是大家发现这个太小了。然后intel决定采用1M。这个在当时，的确是非常的大，而盖茨甚至还有“无论对谁来说,640K内存都足够了”的言论。当然。这里并没有不敬在里面。只能说，计算机的发展实在是太迅速了。所以，地址总线的宽度为20位。但是这个带来了一个问题。面对16位的ALU，如何来填补这个呢？
Intel设计了一种在当时看来一个非常巧妙的方法。也就有了我们现在看到的8086地址翻译。16位段地址+16位偏移来形成这个20位的地址。
随着计算机的发展，我们越来越的希望计算机能够处理更多的事情，伴随着CPU运算能力的提升。整个计算机的性能主要是卡在了CPU利用率上。面对“优秀”的CPU，我们并没有充分的利用它实在是暴殄天物。所以我们希望我们的CPU能够给我们做更多的事情，最好不要停。就像老早的资本家总是希望工人天天干活一样。
不幸的是，在当时的DOS操作系统下面。是单任务的。并不支持多任务。我们不能在听音乐的时候打开文本文档编辑。那么，构造计算机的那些老前辈们，想到的一个招数是时间片。每个程序都有机会获得这些时间片，通过不断的轮询，只要这个时间足够短，那么人类是无法觉察出来。我们会有这个错觉，好多的程序再一起执行。
虽然我们在DOS可以利用内存驻留的技术实现类似的体验，但是这个却并不是安全的。因为我们往往是通过修改中断向量表来做。我们无法保证其他程序是否正确修改中断向量表。而且如果我们的程序通过这里修改，并成为我们程序的一部分时，也就意味着，其他的程序也能这么做。那么我们很难保证计算机中的各个程序能够互不影响。同样，包括操作系统。这也就意味着我们无法构建一个安全的环境，让我们的操作系统，以及各个程序不互相影响，制约。
同样，当我们将CPU时间片分给那些程序的时候。在一开始的初期，并不是我们这样的多任务。而是一种叫做协作式多任务。操作系统控制CPU的时间片，而每个程序形成一个队列。每个程序在获得CPU时间后必须归还CPU。注意，这里的归还是程序本身的事情，而不是操作系统的事情。也就是说，如果有一个程序不想归还时间片，或是他不小心陷入一个死循环，那么别的程序也就无法执行，甚至包括操作系统自己本身。因为他自己也在那个队列里面傻等。那么这整个世界也就变得混沌不堪了。因为操作系统，并不能识别哪一个程序是不良的程序。
造成这些问题的根本原因在于，我们并没有等级的概念。也就是说，整个硬件资源对我们的每一个程序都是平等的。事实上8086下我们看到了任何一个程序，都可以通过段+偏移来实现访问整个地址空间。甚至是中断向量表还有硬件。所以，在这个原始社会下。我们达到了真正意义上的公平，但是也验证了低下生产力的现实。
所以，为了实现这些功能。必须有硬件的支持。那么80386也就跳入了我们的视野。事实上，他就是为了支持我们的想法（实现多任务，实现各个任务互不影响）而诞生的。
在开始介绍80386之前。我们好好思考一下我们需要实现的功能。
- 实现等级观念，有些程序需要有特权。执行一些系统的核心部分，而一些程序必须在一些限制上运行。具体的讲则是有些地址空间不能访问，有些寄存器不能读取或是修改。
- 需要提供一个复杂的内存管理，来帮助我们实现各个任务的独立的地址空间。这样可以保证一个任务不会随意修改另一个任务的数据。
其实，让我们说到根上。其实我们需要实现针对地址空间的保护。只有实现了这种保护机制，我们才能保护操作系统的代码，维护操作系统的特权。而有了操作系统的支持下，我们才能继续去谈内存管理，和保护操作系统之上的各种程序之间不互相影响。搞定了这些之后，我们就不难理解8086的缺陷以及80386为什么要实现这些功能了。当然。这个过程肯定不会像8086那样平滑。因为这完全是一个不同的设计思路，思想。即使，他披着一张似乎有着段加偏移量的一层皮。
好吧，让我扯的远一点。随着生产力的发展，有一个超牛B的程序，他想做其他程序的老大。让他们乖乖听话。而这个程序，就是操作系统。可惜啊，在原始社会，生产力不足。并不能让所有的人都听话。让我们暂时告别原始社会，我们来到了奴隶社会。其实计算机发展也和人类社会一样。我们出现了阶级，让我们仔细看看这个维持统治阶级工具的核心——80386体系结构。
80386以后，CPU历经多种改进，虽然速度提高了几个量级，功能上也有很多改进。但并没有重大的质的改变。所以统称为i386结构，如果除去大量的3D密集型图形图像运算，并行等之后。其实，只是相当于一个更更快速80386而已。
80386是32位的CPU。也就是ALU数据总线是32位。这里，我们终于在地址总线和数据总线一致了。都是32位。当面对地址总线的宽度达到32位。也就是CPU的寻址能力达到了2^32 = 4G。这的确是一个相当大的空间。为了保证这个空间的和谐。80386增加了一个叫做保护模式的一个名词。但是为了和之前的8086体系兼容，又有了实模式和虚拟86模式。
这里只是简单的介绍。实模式，没有什么其他的意义。只是比原来的8086寄存器大了。CPU快了。一些指令和操作更加方便容易了。
保护模式则是重点。事实上，没有保护模式，现代操作系统是无法构建的，在x86下。
既然我们有了这么大的一个空间，那么该如何分配呢？很容易的想法是，我们可以把地址空间平均分给各个任务。那么他们都有了各自的地址，他们只要在各自地方做就好了。但是这个同样假设这各个程序都是善良的。而且，对于各种各样的硬件又该如何做呢？他们所映射的CPU地址空间该如何保护？而且，当我们真正的运行着相当多的任务的时候，我们的内存，是否还能经得住呢？而这些问题归根到底是因为CPU的地址空间每一个任务都是可见的，那么就想通过各种各样的渠道来搞破坏。所以，为了构建操作系统的核心地位，以及各个任务之间的互不干涉。操作系统中最重要的概念登场了——虚拟存储技术。
其实，这是一个很简单的道理。统治阶级（操作系统）为了维持他的权威，他把珍贵的核心资源（CPU地址空间）和被统治阶级（用户程序）之间加了一个中间层，从而核心资源（CPU地址空间）对被统治阶级（用户程序）是透明的而统治阶级（操作系统）所独占。然后他又对所有的被统治阶级（用户程序）整了一个弥天大谎:“你们有整个4G的CPU地址空间。而且你们在跑的时候（程序运行）是独占所有资源的”。然后被统治阶级（用户程序）就在这个统治阶级（操作系统）下勾画的这个美丽的世界下安分的生活下去了，至少是绝大多数。（这里的表达不准确，这里的用户程序，其实我的意思是任务，或是说，在普通程序，我们可以写这么一个地址，在高地址空间上，只是如果我们去操作他，操作系统不让我们这么做。但是我们还是能“看”到的。感觉还是不合适，这段可以去掉：)）
OK。操作系统给这个世界整个一个这么大的谎言。现在计算机的核心资源都在他的掌握下了，他的目的终于达到了。但是就和再苛刻的资本家也得给工人发工资一样。如果没有了被统治阶级，统治阶级还有什么存在意义呢？所以，操作系统也必须给用户程序一个高效的获得CPU资源的方式。也就是要给用户
