计算机启动过程

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计算机启动过程

计算机启动过程

计算机启动过程

介绍

操作系统⽼师说,平时⾯试学⽣或者毕业答辩的时候他都会问这个问题,可见这个问题对于计算机专业的学⽣来说是如此重要。那么,从打开计算机电源到计算机的屏幕显⽰,

中间经历了哪些过程呢?

启动的英⽂是boot,来⾃于⼀个谚语

pull oneself up by one's bootstraps

通过拉⾃⼰的鞋带把⾃⼰拽起

这个很明显是⽭盾的。⼯程师早期⽤这句谚语⽤来⽐喻早期的计算机开机,

因为计算机启动需要运⾏程序,⽽运⾏程序⼜需要计算机启动。这个是⼀个很⽭盾的过程。直到后来开机程序被刷⼊ROM芯⽚后,这个开机的boot

⼤概过程是这样的:

1. Turn on

2. CPU jump to physical address of BIOS(In Intel it is 0xFFFF0)

3. BIOS runs POST(Power-On Self Test)

4. Find bootable devices

5. Loads boot sector from MBR

6. BIOS yields control to OS BootLoader

1. BIOS

BIOS介绍:

BIOS(Basic Input/Output System)是基本输⼊输出系统的简称。BIOS 能为电脑提供最低级、最直接的硬件控制与⽀持,是联系最底层的硬件系统和软件系统的桥梁。为了在关机后使 BIOS 不会丢失,

BIOS 设置程序是被固化到电脑主板上地 ROM 芯⽚中的⼀组程序,其主要功能是为电脑提供最底层的、最直接的硬件设置和控制。 BIOS 通常与

简单描述计算机硬件的启动过程

简单描述计算机硬件的启动过程

简单描述计算机硬件的启动过程

计算机硬件的启动过程是指从打开电源到操作系统开始运行的一系列步骤。下面是一个简单的描述:

1. 电源供电:当用户按下计算机电源按钮时,电源开始向计算机提供电力。

2. 硬件自检:计算机的主板上有一个基本输入输出系统(BIOS),它会在开机时进行自我检查,以确保所有硬件设备都正常工作。这个过程称为 POST(开机自检)。

3. 引导设备选择:BIOS 会根据用户设置或默认设置,尝试从优先级最高的引导设备(通常是硬盘)加载操作系统。

4. 引导加载程序:引导设备上的第一个扇区被称为主引导记录(MBR),其中包含一个引导加载程序。引导加载程序的职责是读取并加载操作系统。

5. 操作系统加载:引导加载程序会将操作系统加载到内存中,并将控制权转移给操作系统。

6. 操作系统初始化:操作系统开始执行一系列的初始化任务,例如加载设备驱动程序、创建系统进程、初始化网络等。

7. 用户登录:在操作系统完成初始化后,它会显示登录界面,等待用户输入用户名和密码进行登录。

8. 进入操作系统:用户登录成功后,操作系统将进入桌面环境或命令行界面,用户可以开始使用计算机进行各种操作。

需要注意的是,上述过程是一个简化的描述,实际的启动过程可能因计算机的配置和操作系统的不同而有所差异。此外,现代计算机还可能涉及到安全启动、UEFI 等技术,以增强启动过程的安全性。

UEFI启动流程

UEFI启动流程

UEFI启动流程

UEFI (Unified Extensible Firmware Interface) 是一种用于计算

机启动的接口标准。相比传统的 BIOS (Basic Input/Output System) ,UEFI 提供了更加灵活和先进的启动方式。本文将详细介绍 UEFI 启动的

流程。

1.电源启动:当计算机接收到电源信号后,会首先进行电源自检,并

加载供电电路、内存和一部分固化代码用于系统启动。

2.第一阶段UEFI启动:一旦电源自检完成,计算机会开始从UEFI存

储设备(如硬盘、固态硬盘或USB驱动器)中加载UEFI固件。固件会进

行一些基本的系统设置和初始化,包括检测硬件配置、建立系统内存映射

表等。

3. 第二阶段 UEFI 启动:在第一阶段启动完成后,计算机会加载

UEFI 定义的启动管理器 (Boot Manager)。启动管理器是一个可配置的程序,它可以在多个 UEFI 启动选项(如操作系统或其他启动负载)中进行

选择。启动管理器通常显示一个菜单,用户可以选择需要启动的操作系统

或其他加载项。

4. 操纵系统启动:一旦用户选择了一个启动选项,启动管理器会将

控制权转交给操作系统负责加载的程序。这通常是位于硬盘上的引导程序,如 Windows 的 Bootmgr 或 Linux 的 GRUB。

5. 操作系统启动:引导程序会加载操作系统内核文件(如 Windows

的 ntoskrnl.exe 或 Linux 的 vmlinuz)到内存中,并将控制权转交给

操作系统内核。操作系统内核会初始化硬件设备,加载驱动程序,并执行

电脑开机全过程详解

电脑开机全过程详解

电脑开机全过程详解

一、操作步骤

1、开机时,电脑会先执行电脑的自检程序,这一过程也叫做POST (Power on Self Test),这个过程会先检查CPU,内存,硬盘驱动器,硬盘,显卡等硬件设备中的芯片,确保这些硬件能正常使用。

2、检查完毕后,系统会根据BIOS设置找到引导设备,通常是从光驱中读取系统引导程序,这些引导程序由操作系统的发行商编写,如果是Windows系统,那么就是WINNTLDR文件了,此时,BIOS程序的工作就完成了,引导文件的工作就开始了;

3、引导程序会对计算机硬件的特性和系统中已安装的软件的特性进行检测,检测完后,引导程序会找到计算机中装有操作系统的硬盘,然后把操作系统的核心文件装入内存,接着进入系统的初始化配置程序;

4、系统的初始化程序会读取操作系统的参数配置,如时间设置,文件路径,注册表,系统文件,设备驱动程序,服务程序,系统环境变量,用户设置,等等;

5、当这一切配置完毕后,系统就完成了开机启动的过程,用户就可以使用电脑了,在这一过程中,显示器会显示出操作系统的一些信息和版权声明等内容,确认一切已准备就绪后。

了解电脑操作系统的开机流程

了解电脑操作系统的开机流程

了解电脑操作系统的开机流程电脑操作系统被广泛应用于各个领域,已成为现代社会生活中不可

或缺的一部分。然而,了解电脑操作系统的开机流程对于许多人来说

仍然是一项挑战。在本文中,我将向大家详细介绍电脑操作系统的开

机流程,以帮助读者更好地理解和应用。

一、加电启动

当我们打开电脑电源时,电能开始供给给计算机的各个部件。主板

上的电源按钮通过信号传输给电源装置,引导电源以正确的方式启动。同时,主板还会将电源信号发送给其他硬件设备,以保证它们处于待

机或启动状态。

二、主板自检

接下来,主板开始进行自检。主板上的BIOS(基本输入输出系统)负责开机自检,也称为POST(Power-On Self Test)。自检的目的是确

保计算机硬件的正常工作。在自检期间,主板会检查各个硬件组件是

否齐全以及是否正常运作。如果发现异常情况,比如内存不良或显卡

故障等,主板将会发出蜂鸣声或者显示错误代码。

三、引导顺序确定

在主板自检通过后,BIOS将会选择启动设备。这些启动设备可以

是硬盘、光盘、或者USB设备等。BIOS根据事先设定好的引导顺序,按照顺序检查这些设备上是否有可用的引导程序。一旦找到了可用的

引导程序,BIOS将会将控制权交给该程序。

四、引导加载程序

引导加载程序(Boot Loader)是一段小型的程序,其作用是加载操

作系统内核。一般情况下,引导加载程序存储在存储介质的引导扇区,比如硬盘的主引导记录(MBR)或EFI系统分区。引导加载程序会将

内核加载到计算机的内存中。

五、操作系统加载

接下来,引导加载程序会将操作系统内核从存储介质中加载到内存中。然后,操作系统开始初始化各个关键部件,比如文件系统、设备

boot计算机术语

boot计算机术语

boot计算机术语

Boot是计算机术语中的一个重要概念,它指的是计算机开机启动的过程。计算机开机启动需要经过多个步骤,这些步骤都是为了能够

让计算机系统能够正常运行。下面来详细介绍一下计算机的开机启动

过程。

1. BIOS自检

当计算机开机时,第一件事情就是进行BIOS自检。BIOS是计算

机上的一组程序,它为计算机提供了基本的输入输出服务,并且帮助

计算机识别连接到计算机上的所有设备。当计算机启动时,BIOS会自

动检测计算机的所有硬件设备,例如内存、硬盘、键鼠,以确保它们

正常工作,并且配置这些设备以便在运行期间使用。

2. 寻找引导设备

BIOS自检完成后,它会开始寻找引导设备来启动计算机。引导设备是计算机中一个重要的设备,通常是硬盘或者U盘。在BIOS自检中,它会从一个预先设定的设备列表中搜索引导设备,如果找到了引导设备,就会将启动过程交给引导设备继续进行。

3. MBR引导

传统计算机上,引导设备通常是硬盘,并且硬盘上的引导扇区叫

做MBR(Master Boot Record)。MBR是硬盘分区表的一部分,当BIOS 找到硬盘的MBR后,会将启动过程交给MBR。MBR会检查分区表,然后

找到活动分区启动。

4. 系统启动

在MBR引导完成之后,操作系统的加载就开始了。操作系统的加

载通常分两个阶段进行。首先,操作系统内核被加载到内存中,随后,操作系统内核开始初始化设备、加载驱动和程序,准备启动系统。

5. 用户登录

操作系统启动后,计算机会进入用户登录界面。用户可以使用账

号和密码进行登录,或者直接访问桌面。此时,计算机已经处于可使

计算机开机的基本流程

计算机开机的基本流程

计算机开机的基本流程

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计算机开机基本流程:

①通电自检(POST):按下电源键后,系统首先进行加电自检,检查CPU、内存、硬盘等关键硬件状态。

②BIOS启动:自检成功后,BIOS(基本输入输出系统)启动,加载CMOS 设置,初始化硬件配置。

③引导加载器搜索:BIOS根据设置的启动顺序(硬盘、USB、网络等),寻找并加载主引导记录(MBR)或GUID分区表(GPT)上的引导加载器。

④操作系统加载:引导加载器(如Windows的NTLDR或Linux的GRUB)读取并执行操作系统内核文件,开始加载操作系统。

⑤内核初始化:操作系统内核初始化,加载驱动程序,配置系统服务,建立内存管理与进程管理机制。

⑥用户界面启动:内核加载完毕,启动图形界面(GUI)系统如Windows Explorer或Linux的Desktop Environment,或命令行界面(CLI)。

计算机的启动过程

计算机的启动过程

计算机的启动过程

计算机的启动过程好比一场接力赛,各选手如上图所示,BIOS, MBR, OSLoader, OS, 一个程序接一个程序的运行,而传递的接力棒便相当于对计算机的控制权。

本文也就围绕着这四个程序进行介绍,隐去了部分细节后续讲解,着重于理清启动的顺序、过程。

BIOS

BIOS运行

启动的第一步便是运行BIOS程序,平常要运行某个程序时一般分为两步:

1、将程序载入内存

2、使cs:ip指向程序入口地址

而BIOS作为开机运行的第一个程序,运行方式与普通程序有所不同,但方法过程是相通的:

1、BIOS程序不需要由谁加载,本身便固化在ROM只读存储器中,位置如下图

所示:

据图可知,BIOS位于内存底部1M的顶端64KB处。

2、开机的一瞬间cs:ip便被初始化为0xf000 : 0xfff0。开机的时候处于实模

式,其等效地址为0xffff0,如上图所示此地址为BIOS的入口地址。

内存说明:计算机中的内存靠地址总线进行访问,而地址总线能访问到不仅仅是内存条,还有ROM,显存等等。一般是将地址总线能访问到的地址空间低端的一部分划给除内存条之外的其他储存空间。这也是电脑中显示的已安装的内存与实际不符的原因,总是会小上一点,不信右击此电脑点属性查看内存。

BIOS功能

BIOS程序有如下功能:

1、检验外设,初始化硬件

2、在0x000~0x3ff处建立终端向量表并填写终端例程

3、基本的I/O功能

4、权力交接给MBR

BIOS最后一项工作便是检验启动盘0盘0道1扇区(CHS表示方法,LBA表示方法为0盘0道0扇区),如果此扇区末尾两个字节是0x55和0xaa,则认为此扇区存在可执行的程序(MBR),随后将其加载到0x7c00处,再跳转到此处运行,此时便将接力棒交给了MBR.

电脑启动操作方法

电脑启动操作方法

电脑启动操作方法

电脑启动操作方法是指控制电脑硬件、软件、固件等资源,按照特定顺序将计算机系统启动并进入工作状态的过程。电脑的启动操作方法可以分为硬件启动、固件启动和软件启动三个步骤来描述。

一、硬件启动

当我们按下电脑的电源开关,电脑硬件开始启动。这时的电脑处于关机状态,即主板没有电源,所有硬件设备都处于停止状态。按下电源开关时,主板得到电源,主板内部各部件也开始运转,硬盘、光驱、风扇等设备也开始工作。

二、固件启动

硬件启动之后,电脑进入了固件启动状态。固件可以是BIOS或UEFI,是计算机系统中一个可编程的软件,通常存在于主板上一个特定的芯片上。其作用是将各硬件配置参数读取出来,根据启动设备顺序,并以此控制计算机进入操作系统或其他可启动环境。

在这个过程中,电脑会启动自检程序进行硬件检测。在自检程序运行过程中,电脑必须完成一系列自检工作,如检测硬盘、内存、显卡、光驱等硬件设备的运行状态,同时检测主板带电是否正常、是否存在废弃的硬件地址等问题。如果硬件出现故障会出现错误提示信息。

固件启动的另一个重要功能是设置启动项。当电脑接通电源后,固件会读取BIOS 或UEFI中的设置信息,之后根据设置的优先级顺序判断应该从哪个设备启动操作系统,如果设置到光驱,电脑就会开始从光驱启动,而如果设置到硬盘,计算机就会开始从硬盘开机。如果一台电脑有多个硬盘或多个操作系统,则需要在BIOS或UEFI中选择启动项。

三、软件启动

软件启动是电脑启动过程的最后一个步骤。一旦从硬盘、光驱或U盘中选择了某个操作系统启动项后,控制权就被移交到了操作系统本身,计算机就会像通常一样进入工作状态,接收指令并执行各种操作。不同的操作系统启动时的界面和启动过程有所不同,但基本的操作流程是类似的。

电脑开机流程

电脑开机流程

计算机的开机流程① 加电––––打开电源开关,给主板和内部风扇供电。② 启动引导程序––––CPU开始执行存储在ROM BIOS中的指令。③ 开机自检––––计算机对系统的主要部件进行诊断测试。④ 加载操作系统––––计算机将操作系统文件从磁盘读到RAM中。⑤ 检查配置文件,定制操作系统的运行环境––––读取配置文件,根据用户的设置对操作系统进行定制。⑥ 准备读取命令和数据––––计算机等待用户输入命令和数据。(一) 加电引导过程的第一步就是通电。电扇开始运转,电源指示灯应该变亮,否则说明系统电源供应有问题,或是主板等部件和机箱发生短路。(二) 启动引导程序CPU是从内存地址FFFF0H处开始执行指令的,从前面的介绍可知,这个地址实际上在系统BIOS的地址范围内,无论是哪家公司的 BIOS,放在这里的只是一条跳转指令,跳到系统BIOS中真正的启动代码处。(三) 开机自检系统BIOS的启动代码首先要做的事情就是进行POST(Power-On Self Test,加电后自检),POST的主要任务是检测系统中一些关键设备是否存在和能否正常工作,例如内存和显卡等设备。由于POST是最早进行的检测过程,此时显卡还没有初始化,如果系统BIOS在进行POST的过程中发现了一些致命错误,例如没有找到内存或者内存有问题(此时只会检查640K常规内存),那么系统BIOS就会直接控制喇叭发声来报告错误。正常情况下,POST过程进行得非常快。POST结束之后,系统BIOS将查找显卡的BIOS并调用它的初始化代码,由显卡BIOS来初始化显卡,此时多数显卡都会在屏幕上显示出一些初始化信息,介绍生产厂商、图形芯片类型等内容。系统BIOS接着会查找其他设备的BIOS程序,找到之后同样要调用这些BIOS内部的初始化代码来初始化相关的设备。查找完所有其他设备的BIOS之后,系统BIOS将显示出它自己的启动画面,其中包括系统BIOS的类型、序列号和版本号等内容。然后检测和显示CPU的类型和工作频率,然后开始测试所有的RAM,并同时在屏幕上显示内存测试的进度。内存测试通过之后,系统BIOS将开始检测系统中安装的一些标准硬件设备,包括硬盘、CD-ROM、串口、并口、软驱等设备,另外绝大多数较新版本的系统BIOS在这一过程中还要自动检测和设置内存的定时参数、硬盘参数和访问模式等。标准设备检测完毕后,系统BIOS内部支持即插即用的代码将开始检测和配置系统中安装的即插即用设备,每找到一个设备之后,系统BIOS都会在屏幕上显示出设备的名称和型号等信息,同时为该设备分配中断、DMA通道和I/O端口等资源。

系统启动详细过程

系统启动详细过程

系统启动详细过程

系统启动详细过程

一、引言

计算机系统的启动过程是从开机到操作系统完全加载并运行的整个过程。了解系统启动的详细过程有助于理解计算机的工作原理,并对系统进行优化和维护。本文将对系统启动的详细过程进行详细介绍。

二、BIOS启动过程

1.电源自检:当计算机接通电源后,首先进行电源自检,检测电源是否正常。

2.BIOS启动:电源自检完成后,BIOS(基本输入输出系统)开始运行。BIOS

固化在计算机主板上的ROM芯片中,负责控制和管理计算机硬件,并提供基本的输入输出功能。

3.硬件检测:BIOS会对计算机硬件进行检测,包括CPU、内存、硬盘、显卡

等。如果检测到硬件故障,BIOS会发出警告声音或在屏幕上显示错误信

息。

4.启动顺序设置:BIOS会根据设置的启动顺序,从指定的存储设备(如硬

盘、U盘等)中查找启动文件。一般情况下,启动顺序设置为硬盘优先。

5.加载启动文件:BIOS找到启动文件后,将其加载到内存中,并将控制权交

给启动文件。

三、操作系统启动过程

1.引导加载程序:启动文件通常是引导加载程序(Bootloader),如Windows

的NTLDR或Linux的GRUB。引导加载程序负责加载并启动操作系统内核。

2.加载内核:引导加载程序会将操作系统内核加载到内存中,并将控制权交给

内核。内核是操作系统的核心部分,负责管理系统资源和提供基本服务。

3.初始化内核:内核加载完成后,开始进行初始化工作,包括设置内存管理、

设备驱动等。

4.加载驱动程序:内核初始化完成后,开始加载硬件设备的驱动程序。驱动程

计算机启动过程简单解释

计算机启动过程简单解释

计算机启动过程是指从计算机通电到操作系统启动并运行在计算机上的过程。这个过程可以分为以下几个步骤:

1. 硬件初始化:计算机启动的第一步是电源管理单元(PMU)接收到电源按钮信号,然后向主板发送电源开启信号。一旦电源供应正常,主板上出厂时候固化的程序BIOS(基本输入输出系统)会开始初始化。BIOS负责计算机硬件的初始化,在计算机通电后,BIOS首先执行自检,或称为POST (Power-On Self-Test)。POST是一系列的硬件自检步骤,旨在检测计算机主要组件的完整性。这些组件包括:CPU、RAM、显卡和显示器、硬盘和其他存储设备等。如果POST 检测到问题,计算机通常会发出蜂鸣声或显示错误信息。否则,计算机将继续启动过程。BIOS在自检后,需要确定从哪个设备启动操作系统。通常,BIOS会按以下顺序尝试启动设备:硬盘驱动器、光盘驱动器、USB驱动器和网络启动等。BIOS的启动设备顺序可以在BIOS设置中进行配置,这允许用户根据需求自定义启动设备。

2. 引导加载程序:一旦BIOS确定了启动设备,它将查找该设备上的引导加载程序(Boot Loader)。引导加载程序是一个小型的程序,位于启动设备的特定区域,其任务是加载操作系统内核并启动它。

以上是计算机启动过程的基本步骤,但具体细节可能会因计算机硬件和操作系统的不同而有所差异。

计算机的工作过程

计算机的工作过程

计算机的工作过程

计算机在现代社会中起着非常重要的作用,几乎融入了生活的各个方面。而计算机的工作过程,尤其是其核心组件的工作原理,是我们理解计算机运行机制的关键。本文将详细介绍计算机的工作过程,包括硬件和软件两方面的内容。

一、硬件层面

计算机的硬件主要由中央处理器(CPU)、内存、输入设备、输出设备和存储设备等组成。下面将一一介绍这些硬件组件的工作过程。

1. 中央处理器(CPU)

中央处理器是计算机的"大脑",负责执行计算机指令、进行算术和逻辑运算等。它由控制单元和算术逻辑单元组成。其工作过程主要包括指令获取、指令译码、指令执行和结果写回等步骤。

当计算机启动时,CPU从内存中读取指令。指令包含操作码和操作数,控制单元负责解析指令中的操作码,并将操作数传递给算术逻辑单元进行运算。运算结果可以存储在寄存器中或者写回到内存中,以供后续的指令使用。

2. 内存

内存是计算机用于存储数据和指令的地方,它可以被CPU直接访问。内存按照地址划分成多个存储单元,每个存储单元可以存储一个字节的数据。内存的工作过程包括数据的读取和写入。

当CPU需要读取数据或指令时,它会将地址发送给内存控制器,并请求数据。内存控制器会将相应地址的数据传送给CPU。当CPU需要写入数据时,它将数据和地址发送给内存控制器,控制器将数据写入相应的地址。

3. 输入设备

输入设备用于将外部信息转换为计算机可识别的格式并传输给计算机。典型的输入设备包括键盘、鼠标、触摸屏等。

当用户操作输入设备时,设备会将输入信息转换成计算机可识别的码,并通过数据总线传输给CPU。CPU接收到输入信息后,可以根据程序的要求对其进行处理。

计算机的启动过程

计算机的启动过程

计算机的启动过程

打开电源启动机器就几乎是每个电脑爱好者每天必做的事情,面对屏幕上出现的一幅幅启动画面,每个计算机用户都不会感到陌生。但是,计算机在显示这些画面的时候都做了些什么工作,相信普通计算机用户还是不很清楚,下面就介绍一下从打开电源到出现windows 的蓝天白云时,计算机的启动过程。

系统BIOS是本节讨论的主角,因为计算机的启动过程正是在其控制下进行的。BIOS 一般被存放在rom(只读存储芯片)之中,即使在关机或掉电以后,这些代码也不会消失。按下计算机电源开关,到计算机正常开机,将执行以下过程:

(1)当按下电源开关时,电源就开始向主板和其它设备供电,此时电压还不太稳定,主板上的控制芯片组会向CPU发出并保持一个RESET(重置)信号,让CPU内部自动恢复到初始状态,但CPU在此时不会马上执行指令。当芯片组检测到电源已经开始稳定供电了(从不稳定到稳定的过程只是一瞬间的事情),便撤去RESET信号(如果是手工按下计算机上的RESET按钮来重启机器,那么松开该按钮时芯片组就会撤去RESET信号),CPU马上就从地址FFFF0H处开始执行指令,这个地址实际上在系统BIOS的地址范围内,无论是Award BIOS还是AMI BIOS,放在这里的只是一条跳转指令,跳转到系统BIOS中真正的启动代码处。(系统BIOS一般占用了最后的64KB后者更多一点的空间)

(2)系统BIOS的启动代码首先要做的事情就是进行POST(Power-on self test,加电后自检),POST的主要任务是检测系统中一些关键设备是否存在和能否正常工作,例如内存和显卡等设备。由于POST是最早进行的检测工程,此时显卡还没有初始化,如果系统BIOS 在进行POST的过程中发现一些致命错误,例如没有找到内存或者内存有问题(此时只会检测640KB常规内存),那么系统BIOS就会直接控制喇叭发声来报告错误,声音的长短和次数代表了错误的类型。在正常情况下,POST过程进行的非常快,几乎无法感觉到其存在,POST结束之后就会调用其他代码来进行更完整的硬件检测。

电脑启动原理

电脑启动原理

电脑启动原理

电脑启动原理就是通过一系列的硬件和软件的协作完成的。当我们按下电源按钮时,电源开始向电脑的各个硬件提供电能。

首先,电源会给主板供电,主板是电脑的核心设备。主板上的BIOS芯片会自动被电源供电,然后BIOS会开始执行。BIOS

是基本输入输出系统的缩写,其作用是初始化各个硬件设备并启动操作系统。

接下来,BIOS会检查主板上各个硬件设备是否正常,比如内存、硬盘、显卡等。它会搜索并读取硬盘上的引导扇区,该扇区包含了引导加载程序(Boot Loader)。引导加载程序会加

载操作系统内核,并将控制权交给操作系统。

而操作系统开始运行后,它会初始化各个硬件设备、加载并执行各个驱动程序。然后,操作系统会启动各个后台程序和服务,为用户提供一个可用的桌面环境。

总结来说,电脑启动的过程主要涉及到电源提供电能、BIOS

初始化硬件、加载引导加载程序、引导加载程序加载操作系统内核和操作系统初始化硬件等一系列步骤。

系统启动流程

系统启动流程

系统启动流程

系统启动是计算机开机后进行的一系列操作,它包括了硬件自检、引导加载操作系统、初始化系统环境等步骤。系统启动流程的

顺利进行对计算机的正常运行至关重要。下面将详细介绍系统启动

流程的各个步骤。

首先,当计算机通电后,硬件自检(POST)将会被触发。硬件

自检是计算机硬件进行自我诊断的过程,它会检测计算机的各个硬

件设备,如内存、CPU、硬盘、显卡等,以确保它们的工作状态正常。如果硬件自检过程中发现故障,计算机将会发出蜂鸣声或在显示器

上显示错误信息,提示用户硬件存在问题。

接着,计算机会根据BIOS中的设置来选择启动设备。BIOS是

计算机的基本输入输出系统,它保存了计算机的基本设置和启动顺序。在这一步,计算机会根据BIOS设置的启动顺序,选择首先启动

的设备,通常是硬盘或光盘。如果用户需要从其他设备启动,如U

盘或网络启动,可以在BIOS设置中进行相应的调整。

然后,计算机将加载操作系统。当确定了启动设备后,计算机

会读取该设备的引导扇区,其中包含了引导加载程序。引导加载程

序的作用是加载操作系统的核心文件,如Windows的ntldr和bootmgr,以及Linux的GRUB或LILO。通过引导加载程序,计算机

将启动相应的操作系统。

接着,操作系统开始初始化系统环境。在操作系统启动后,它

会进行一系列的初始化操作,包括加载驱动程序、建立系统服务、

初始化用户界面等。这一步骤是系统启动流程中最为复杂的部分,

它涉及到了各种系统资源的管理和分配,以确保系统能够正常运行。

最后,用户可以登录系统并开始使用计算机。当系统环境初始

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从打开电源到开始操作,计算机的启动是一个非常复杂的过程。

零、boot 的含义

先问一个问题,"启动"用英语怎么说?

回答是boot。可是,boot 原来的意思是靴子,"启动"与靴子有什么关系呢?原来,这里的boot 是bootstrap(鞋带)的缩写,它来自一句谚语:

"pull oneself up by one's bootstraps"

字面意思是"拽着鞋带把自己拉起来",这当然是不可能的事情。最早的时候,工程师们用它来比喻,计算机启动是一个很矛盾的过程:必须先运行程序,然后计算机才能启动,但是计算机不启动就无法运行程序!

早期真的是这样,必须想尽各种办法,把一小段程序装进内存,然后计算机才能正常运行。所以,工程师们把这个过程叫做"拉鞋带",久而久之就简称为boot 了。

计算机的整个启动过程分成四个阶段。

一、第一阶段:BIOS

上个世纪70 年代初,"只读内存"(read-only memory,缩写为ROM)发明,开机程序被刷入ROM 芯片,计算机通电后,第一件事就是读取它。

这块芯片里的程序叫做"基本輸出輸入系統"(Basic 无效/Output System),简称为BIOS。1. 1 硬件自检

BIOS 程序首先检查,计算机硬件能否满足运行的基本条件,这叫做"硬件自检"(Power-On Self-Test),缩写为POST。

如果硬件出现问题,主板会发出不同含义的蜂鸣,启动中止。如果没有问题,屏幕就会显示出CPU、内存、硬盘等信息。

1. 2 启动顺序

硬件自检完成后,BIOS 把控制权转交给下一阶段的启动程序。

这时,BIOS 需要知道,"下一阶段的启动程序"具体存放在哪一个设备。也就是说,BIOS 需要有一个外部储存设备的排序,排在前面的设备就是优先转交控制权的设备。这种排序叫做"启动顺序"(Boot Sequence)。

打开BIOS 的操作界面,里面有一项就是"设定启动顺序"。

二、第二阶段:主引导记录

BIOS 按照"启动顺序",把控制权转交给排在第一位的储存设备。

这时,计算机读取该设备的第一个扇区,也就是读取最前面的512 个字节。如果这512 个字节的最后两个字节是0x55 和0xAA,表明这个设备可以用于启动;如果不是,表明设备不能用于启动,控制权于是被转交给"启动顺序"中的下一个设备。

这最前面的512 个字节,就叫做"主引导记录"(Master boot record,缩写为MBR)。

2. 1 主引导记录的结构

"主引导记录"只有512 个字节,放不了太多东西。它的主要作用是,告诉计算机到硬盘的哪一个位置去找操作系统。

主引导记录由三个部分组成:

(1)第1-446 字节:调用操作系统的机器码。

(2)第447-510 字节:分区表(Partition table)。

(3)第511-512 字节:主引导记录签名(0x55 和0xAA)。

其中,第二部分"分区表"的作用,是将硬盘分成若干个区。

2. 2 分区表

硬盘分区有很多好处。考虑到每个区可以安装不同的操作系统,"主引导记录"因此必须知道将控制权转交给哪个区。

分区表的长度只有64 个字节,里面又分成四项,每项16 个字节。所以,一个硬盘最多只能分四个一级分区,又叫做"主分区"。

每个主分区的16 个字节,由6 个部分组成:

(1)第 1 个字节:如果为0x80,就表示该主分区是激活分区,控制权要转交给这个分区。四个主分区里面只能有一个是激活的。

(2)第2-4 个字节:主分区第一个扇区的物理位置(柱面、磁头、扇区号等等)。

(3)第 5 个字节:主分区类型。

(4)第6-8 个字节:主分区最后一个扇区的物理位置。

(5)第9-12 字节:该主分区第一个扇区的逻辑地址。

(6)第13-16 字节:主分区的扇区总数。

最后的四个字节("主分区的扇区总数"),决定了这个主分区的长度。也就是说,一个主分区的扇区总数最多不超过2 的32 次方。

如果每个扇区为512 个字节,就意味着单个分区最大不超过2TB。再考虑到扇区的逻辑地址也是32 位,所以单个硬盘可利用的空间最大也不超过2TB。如果想使用更大的硬盘,只有2 个方法:一是提高每个扇区的字节数,二是增加扇区总数。

三、第三阶段:硬盘启动

这时,计算机的控制权就要转交给硬盘的某个分区了,这里又分成三种情况。

3. 1 情况A:卷引导记录

上一节提到,四个主分区里面,只有一个是激活的。计算机会读取激活分区的第一个扇区,叫做"卷引导记录"(Volume boot record,缩写为VBR)。

"卷引导记录"的主要作用是,告诉计算机,操作系统在这个分区里的位置。然后,计算机就会加载操作系统了。

3. 2 情况B:扩展分区和逻辑分区

随着硬盘越来越大,四个主分区已经不够了,需要更多的分区。但是,分区表只有四项,因此规定有且仅有一个区可以被定义成"扩展分区"(Extended partition)。

所谓"扩展分区",就是指这个区里面又分成多个区。这种分区里面的分区,就叫做"逻辑分区"(logical partition)。

计算机先读取扩展分区的第一个扇区,叫做"扩展引导记录"(Extended boot record,缩写为EBR)。它里面也包含一张64 字节的分区表,但是最多只有两项(也就是两个逻辑分区)。计算机接着读取第二个逻辑分区的第一个扇区,再从里面的分区表中找到第三个逻辑分区的位置,以此类推,直到某个逻辑分区的分区表只包含它自身为止(即只有一个分区项)。因此,扩展分区可以包含无数个逻辑分区。

但是,似乎很少通过这种方式启动操作系统。如果操作系统确实安装在扩展分区,一般采用下一种方式启动。

3. 3 情况C:启动管理器

在这种情况下,计算机读取"主引导记录"前面446 字节的机器码之后,不再把控制权转交给某一个分区,而是运行事先安装的"启动管理器"(boot loader),由用户选择启动哪一个操作系统。

Linux 环境中,目前最流行的启动管理器是Grub。

四、第四阶段:操作系统

控制权转交给操作系统后,操作系统的内核首先被载入内存。

以Linux 系统为例,先载入/boot 目录下面的kernel。内核加载成功后,第一个运行的程序是/sbin/init。它根据配置文件(Debian 系统是/etc/initab)产生init 进程。这是Linux 启动后的第一个进程,pid 进程编号为1,其他进程都是它的后代。

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