目次

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イントロダクション

コンピュータが数を数えるしくみとC言語への応用

• 0.1　コンピュータが数を数えるしくみ
• 0.2　C言語の基礎
• 0.3　C言語の構造とフローチャート

第1部　コンピュータの基礎を理解する

第1章　ハードウェアの基礎

• 1.1　ハードウェアで何ができるのか
• 1.2　ハードウェアに計算させる方法
• 1.3　計算に必要なハードウェア
• 1.4　外部記憶装置のしくみ

第2章　ソフトウェアの基礎

• 2.1　チューリングマシン――問題解決の手順の考察
• 2.2　OSの主な役割
• 2.3　プロセスとは何か
• 2.4　カーネルとは何か
• 2.5　同期処理の必要性とその実現方法
• 2.6　デッドロックの発生要因とその回避方法
• 2.7　スケジューリング――プロセスの実行を制御する手法

第3章　メモリ管理のしくみ

• 3.1　メモリの種類と用途
• 3.2　セクションとメモリの関係
• 3.3　メモリを効率的に利用する手法

第4章　ファイルシステムのしくみ

• 4.1　ファイル情報――属性とデータの管理
• 4.2　ファイル操作――汎用的なインターフェイス
• 4.3　通常ファイルと特殊ファイル
• 4.4　シーケンシャルアクセスとランダムアクセス
• 4.5　ファイルシステムの階層構造
• 4.6　ファイル名――記録データの識別方法
• 4.7　ディレクトリ――論理的グループによるデータ管理
• 4.8　ブロック単位でのデータ管理方法

第5章　入出力のしくみ

• 5.1　入出力デバイスの種類
• 5.2　入出力ソフトウェアの階層構造
• 5.3　デジタル通信の基礎
• 5.4　GUID

第2部　x86系PCのアーキテクチャを理解する

第6章　コンピュータの基本構成

• 6.1　CPU、メモリ、外部記憶装置の関係
• 6.2　電源投入時に行われる処理
• 6.3　入出力装置（ポート）の役割
• 6.4　割り込みコントローラの役割

第7章　CPUの基本機能

• 7.1　8086のレジスタ
• 7.2　80386のレジスタ
• 7.3　64ビットCPUのレジスタ
• 7.4　外部インターフェイス――CPUと周辺機器の接続

第8章　CPU命令の使い方

• 8.1　CPU命令によるプログラムの作成手順
• 8.2　CPU命令とその使用例
• 8.3　リアルモードとプロテクトモードの違い

第9章　アセンブラ（NASM）の使い方

• 9.1　アセンブルの手順
• 9.2　擬似命令とその使用例
• 9.3　プリプロセッサとその使用例

第10章　周辺機器の制御方法

• 10.1　メモリマップ――メモリの配置を確認する
• 10.2　I/Oマップ――接続されている周辺機器を確認する
• 10.3　ビデオ出力――VGAハードウェアを制御する方法
• 10.4　キーボードコントローラ（8042）の機能と使い方
• 10.5　割り込みコントローラ（8259）の機能と使い方
• 10.6　RTC（リアルタイムクロック）の機能と使い方
• 10.7　タイマー（8254）の機能と使い方
• 10.8　APICタイマーの機能と使い方
• 10.9　数値演算コプロセッサの機能と使い方
• 10.10　SSE2の機能と使い方
• 10.11　大容量記憶装置――複数のファイルシステムを管理する

第11章　BIOSの役割

• 11.1　BIOSが提供するサービス
• 11.2　ビデオサービスとその使用例
• 11.3　ディスクサービスとその使用例
• 11.4　システムサービスとその使用例
• 11.5　キーボードサービスとその使用例
• 11.6　その他のサービス
• 11.7　UEFI――BIOSの新しいインターフェイス
• 11.8　ACPIによる電源管理と制御例

第3部　BIOS環境で起動する32ビットOSを実装する

第12章　開発環境を構築する

• 12.1　作業ディレクトリを作成する
• 12.2　アセンブラの使用環境を整える
• 12.3　ソースファイルを作成する
• 12.4　アセンブルを行う
• 12.5　短いコマンドに置き換える
• 12.6　マウス操作で開発環境を開く
• 12.7　動作確認を行う

第13章　アセンブラによる制御構文と関数の記述例

• 13.1　if文を記述する
• 13.2　switch〜case文を記述する
• 13.3　do〜while文を記述する
• 13.4　for文を記述する
• 13.5　関数を作成する

第14章　リアルモードでの基本動作を実装する

• 14.1　「何もしない」ブートプログラムを作成する
• 14.2　BIOSパラメータブロックの領域を確保する
• 14.3　ブートプログラム内にデータを保存する
• 14.4　文字を表示する
• 14.5　文字列を表示する
• 14.6　数値を表示する
• 14.7　コンピュータを再起動する
• 14.8　セクタを読み出す
• 14.9　セクタ読み出し関数を作成する
• 14.10　ドライブパラメータを取得する
• 14.11　BIOSのフォントデータを取得する
• 14.12　メモリの実装状況を確認する
• 14.13　KBC（キーボードコントローラ）を制御する
• 14.14　A20ゲートを有効化する
• 14.15　キーボードLEDを制御する
• 14.16　カーネルをロードする
• 14.17　ビデオモードを変更する

第15章　プロテクトモードへの移行を実現する

• 15.1　セグメントディスクリプタを作成する
• 15.2　割り込みディスクリプタテーブルを作成する
• 15.3　プロテクトモードへ移行する
• 15.4　カーネルを起動する

第16章　プロテクトモードでの画面出力を実現する

• 16.1　文字の表示位置からVRAMアドレスを計算する
• 16.2　プレーンを選択する
• 16.3　表示色とプレーンを制御する
• 16.4　文字を描画する
• 16.5　フォントを一覧表示する
• 16.6　文字列を描画する
• 16.7　カラーバーを表示する
• 16.8　点を描画する
• 16.9　線を描画する
• 16.10　矩形を描画する

第17章　現在時刻を表示する

• 17.1　現在時刻を取得する（RTCの読み込み）
• 17.2　数値を文字に変換する
• 17.3　現在時刻を表示する
• 17.4　RTCへのアクセスタイミングを制御する

第18章　プロテクトモードでの割り込みを実現する

• 18.1　デフォルトの割り込み処理を作成する
• 18.2　割り込みゲートディスクリプタを作成する
• 18.3　ゼロ除算割り込みを実装する
• 18.4　割り込みと例外の違いを確認する
• 18.5　割り込みコントローラを再設定する
• 18.6　RTC割り込みを実装する
• 18.7　デフォルトの割り込み処理を修正する
• 18.8　キーボード割り込みを実装する
• 18.9　タイマー割り込みを実装する

第19章　マルチタスクを実現する

• 19.1　タスクの生成とTSSの関係を確認する
• 19.2　タスクごとのメモリ空間を定義する
• 19.3　協調型マルチタスクの動作を確認する
• 19.4　プリエンプティブなマルチタスクを実現する

第20章　特権状態を管理する

• 20.1　タスクの特権レベルを制限する
• 20.2　コールゲートを実装する
• 20.3　トラップゲートを実装する
• 20.4　システムコールを実装する
• 20.5　同期処理を実現する

第21章　小数演算を行う

• 21.1　FPUの動作を確認する
• 21.2　複数のタスクで小数演算を行う
• 21.3　バラ曲線を描画する

第22章　ページング機能を利用する

• 22.1　ページ変換テーブルを作成する
• 22.2　ページフォルト例外の動作を確認する

第23章　コードを共有する

• 23.1　TSSを作成する
• 23.2　TSSをGDTに登録する
• 23.3　タスクごとのパラメータを設定する
• 23.4　タスクごとのページ変換テーブルを作成する
• 23.5　タイマー処理を修正する

第24章　ファイルシステムを利用する

• 24.1　BPBを作成する
• 24.2　ディレクトリエントリを確認する
• 24.3　メディアをフォーマットする

第25章　PCの電源を切る

• 25.1　電断契機を検出する
• 25.2　電断処理を実装する

第4部　UEFI環境で起動する64ビットOSを実装する

第26章　開発環境を整える

• 26.1　UEFIの実行環境を整える
• 26.2　MAKEツールを導入する
• 26.3　CRC32計算プログラムを作成する

第27章　起動ディスクイメージを作成する

• 27.1　GPTディスクイメージを作成する
• 27.2　ファイルシステムを作成する
• 27.3　何もしないブートプログラムを作成する
• 27.4　起動ディスクイメージを作成する

第28章　文字列を出力する

• 28.1　メイン関数を作成する
• 28.2　文字列出力関数を作成する
• 28.3　数値を出力する
• 28.4　プログラムを終了する

第29章　CPU情報を出力する

• 29.1　レジスタ情報を出力する
• 29.2　GDT/IDT情報を出力する
• 29.3　メモリ領域を確保する
• 29.4　メモリマップを出力する

第30章　グラフィックス出力を実装する

• 30.1　プロトコルを利用する
• 30.2　フォント情報を取得する
• 30.3　画面モードを確認する
• 30.4　ピクセルを描画する
• 30.5　文字を描画する
• 30.6　時刻を描画する
• 30.7　タイマー処理を実装する
• 30.8　画面の解像度を選択する
• 30.9　ブートサービスを終了する
• 30.10　セグメントディスクリプタを再設定する
• 30.11　タイマー割り込み処理を実装する
• 30.12　時刻を描画する
• 30.13　キーボード割り込み処理を実装する

第31章　マルチタスクを実装する

• 31.1　タスクを初期化する
• 31.2　タスクパラメータを設定する
• 31.3　ページングを設定する
• 31.4　特権レベルを変更する
• 31.5　システムコールを実装する

第32章　小数演算を行う

• 32.1　SSE2の動作を確認する
• 32.2　バラ曲線を描画する
• 32.3　ウェイト処理を作成する

付録

仮想環境を構築する方法

• A.1　QEMUの利用方法
• A.2　Bochsの利用方法

実機での確認方法

• B.1　Rufusの利用方法

• 参考文献
• 索引