电脑开机.docx

1、电脑开机 打开电源启动机器几乎是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，我们一点儿也不会感到陌生，但是，计算机在显示这些启动画面时都做了些什么工作呢？相信有的朋友还不是很清楚，本文就来介绍一下从打开电源到出现Windows 9x的蓝天白云时，计算机到底都干了些什么事情。 首先让我们来了解一些基本概念。第一个是大家非常熟悉的BIOS（基本输入输出系统），BIOS是直接与硬件打交道的底层代码，它为操作系统提供了控制硬件设备的基本功能。BIOS包括有系统BIOS（即常说的主板BIOS）、显卡BIOS和其它设备（例如IDE控制器、SCSI卡或网卡等）的BIOS，其中系统BIOS是本文

2、要讨论的主角，因为计算机的启动过程正是在它的控制下进行的。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。 第二个基本概念是内存的地址，我们的机器中一般安装有32MB、64MB或128MB内存，这些内存的每一个字节都被赋予了一个地址，以便CPU访问内存。32MB的地址范围用十六进制数表示就是01FFFFFFH，其中0FFFFFH的低端1MB内存非常特殊，因为最初的8086处理器能够访问的内存最大只有1MB，这1MB的低端640KB被称为基本内存，而A0000HBFFFFH要保留给显示卡的显存使用，C0000HFFFFFH则被保留给BIOS使用，其中系统

3、BIOS一般占用了最后的64KB或更多一点的空间，显卡BIOS一般在C0000HC7FFFH处，IDE控制器的BIOS在C8000HCBFFFH处。 好了，下面我们就来仔细看看计算机的启动过程吧。 第一步： 当我们按下电源开关时，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在此刻不会马上执行指令。当芯片组检测到电源已经开始稳定供电了（当然从不稳定到稳定的过程只是一瞬间的事情），它便撤去RESET信号（如果是手工按下计算机面板上的Reset按钮来重启机器，那么松开该按钮时芯片组就会撤

4、去RESET信号），CPU马上就从地址FFFF0H处开始执行指令，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Award BIOS还是AMI 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。 第二步： 系统BIOS的启动代码首先要做的事情就是进行POST（PowerOn 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

5、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，声音的长短和次数代表了错误的类型。在正常情况下，POST过程进行得非常快，我们几乎无法感觉到它的存在，POST结束之后就会调用其它代码来进行更完整的硬件检测。 第三步： 接下来系统BIOS将查找显卡的BIOS，前面说过，存放显卡BIOS的ROM芯片的起始地址通常设在C0000H处，系统BIOS在这个地方找到显卡BIOS之后就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，不过这个画面几乎是一闪而过。系统BIOS接着会查找其它设备的BIOS程序，找到

6、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。 查找完所有其它设备的BIOS之后，系统BIOS将显示出它自己的启动画面，其中包括有系统BIOS的类型、序列号和版本号等内容。 第五步： 接着系统BIOS将检测和显示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，我们可以在CMOS设置中自行决定使用简单耗时少或者详细耗时多的测试方式。 第六步： 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、CDROM、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

7、和访问模式等。 第七步： 标准设备检测完毕后，系统BIOS内部的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。 第八步： 到这一步为止，所有硬件都已经检测配置完毕了，多数系统BIOS会重新清屏并在屏幕上方显示出一个表格，其中概略地列出了系统中安装的各种标准硬件设备，以及它们使用的资源和一些相关工作参数。 第九步： 接下来系统BIOS将更新ESCD（Extended System Configuration Data，扩展系统配置数据）。ESCD是系统BIO

8、S用来与操作系统交换硬件配置信息的一种手段，这些数据被存放在CMOS（一小块特殊的RAM，由主板上的电池来供电）之中。通常ESCD数据只在系统硬件配置发生改变后才会更新，所以不是每次启动机器时我们都能够看到“Update ESCD Success”这样的信息，不过，某些主板的系统BIOS在保存ESCD数据时使用了与Windows 9x不相同的数据格式，于是Windows 9x在它自己的启动过程中会把ESCD数据修改成自己的格式，但在下一次启动机器时，即使硬件配置没有发生改变，系统BIOS也会把ESCD的数据格式改回来，如此循环，将会导致在每次启动机器时，系统BIOS都要更新一遍ESCD，这就是

9、为什么有些机器在每次启动时都会显示出相关信息的原因。 第十步： ESCD更新完毕后，系统BIOS的启动代码将进行它的最后一项工作，即根据用户指定的启动顺序从软盘、硬盘或光驱启动。以从C盘启动为例，系统BIOS将读取并执行硬盘上的主引导记录，主引导记录接着从分区表中找到第一个活动分区，然后读取并执行这个活动分区的分区引导记录，而分区引导记录将负责读取并执行IO.SYS，这是DOS和Windows9x最基本的系统文件。Windows 9x的IO.SYS首先要初始化一些重要的系统数据，然后就显示出我们熟悉的蓝天白云，在这幅画面之下，Windows将继续进行DOS部分和GUI（图形用户界面）部分的引导

10、和初始化工作。 如果系统之中安装有引导多种操作系统的工具软件，通常主引导记录将被替换成该软件的引导代码，这些代码将允许用户选择一种操作系统，然后读取并执行该操作系统的基本引导代码（DOS和Windows的基本引导代码就是分区引导记录）。 上面介绍的便是计算机在打开电源开关（或按Reset键）进行冷启动时所要完成的各种初始化工作，如果我们在DOS下按CtrlAltDel组合键（或从Windows中选择重新启动计算机）来进行热启动，那么POST过程将被跳过去，直接从第三步开始，另外第五步的检测CPU和内存测试也不会再进行。我们可以看到，无论是冷启动还是热启动，系统BIOS都一次又一次地重复进行着这

11、些我们平时并不太注意的事情，然而正是这些单调的硬件检测步骤为我们能够正常使用电脑提供了基础。 系统启动过程简介 系统启动过程主要由一下几步组成(以硬盘启动为例):BIOS芯片是主板上一块长方型或正方型芯片，BIOS中主要存放：自诊断程序：通过读取CMOS RAM中的内容识别硬件配置，并对其进行自检和初始化； CMOS设置程序：引导过程中，用特殊热键启动，进行设置后，存入CMOS RAM中； 系统自举装载程序：在自检成功后将磁盘相对0道0扇区上的引导程序装入内存，让其运行以装入DOS系统； 主要IO设备的驱动程序和中断服务； 1. 开机 :-) 2. BIOS 加电自检 ( Power On S

12、elf Test - POST ) 内存地址为 0ffff:0000 3. 将硬盘第一个扇区 (0头0道1扇区, 也就是Boot Sector) 读入内存地址 0000:7c00 处. 4. 检查 (WORD) 0000:7dfe 是否等于 0xaa55, 若不等于 则转去尝试其他启动介质, 如果没有其他启动介质则显示 No ROM BASIC 然后死机. 5. 跳转到 0000:7c00 处执行 MBR 中的程序. 6. MBR 首先将自己复制到 0000:0600 处, 然后继续执行. 7. 在主分区表中搜索标志为活动的分区. 如果发现没有活动 分区或有不止一个活动分区, 则转停止. 8.

13、 将活动分区的第一个扇区读入内存地址 0000:7c00 处. 9. 检查 (WORD) 0000:7dfe 是否等于 0xaa55, 若不等于则 显示 Missing Operating System 然后停止, 或尝试 软盘启动. 10. 跳转到 0000:7c00 处继续执行特定系统的启动程序. 11. 启动系统 . 以上步骤中 2,3,4,5 步是由 BIOS 的引导程序完成. 6,7,8,9,10步由MBR中的引导程序完成. 一般多系统引导程序 (如 SmartFDISK, BootStar, PQBoot 等)都是将标准主引导记录替换成自己的引导程序, 在运行系统启动程序之前让用户

14、选择要启动的分区. 而某些系统自带的多系统引导程序 (如 lilo, NT Loader 等)则可以将自己的引导程序放在系统所处分区的第一个扇区中, 在 Linux中即为 SuperBlock (其实 SuperBlock 是两个扇区). 注: 以上各步骤中使用的是标准 MBR, 其他多系统引导程序的引导过程与此不同.了解计算机系统启动过程此文译自 Windows XP Resource Kit Web Resource 中 Understanding the Startup Process 一章为了诊断和修复启动故障，您需要理解启动过程中发生了什么。第一步隔离启动问题，判断问题是发生在Mic

15、rosoft Windows XP Professional 启动之前还是之后。 启动失败的根本原因，包括相关因素，可能是来自多方面的， 比如用户错误，应用程序错误，硬件问题，病毒问题。如果问题过于严重，您可能需要重新安装 Windows XP Professional 或者从备份介质中恢复文件。在基于x86的系统上，发生在启动故障 operating system loader (Ntldr) 可能意味着启动文件丢失或者被删除，或者硬盘主引导记录 (MBR)损坏， 或者分区表，或者引导扇区的损坏。如果问题发生在启动期间，那么系统可能存在不兼容的软件或者驱动，不兼容或者设置错误的硬件，或者系统

16、文件损坏。基于 Itanium 系统的计算机启动或者和 x86 系统类似。详见后面的章节 Startup Phases for Itanium-based Systems 基于 x86 系统的启动过程Windows XP Professional 启动过程和 Microsoft Windows NT version 4.0 and Microsoft Windows 2000 类似，区别于 Microsoft MS-DOS, Microsoft Windows 95, Microsoft Windows 98, and Microsoft Windows Millennium Edition

17、(Windows Me) 这些系统。所有运行 Windows XP Professional 的系统都遵循如下启动顺序：上电自检 (POST) 阶段 初始化启动阶段 启动装载阶段 检测、设置硬件阶段 系统核心装载阶段 登陆阶段上述的启动过程适用于正常关机后的系统启动或者重新启动，从休眠或者待机状态恢复的情况例外，后者请参考后面的章节 Resolving Power Management Problems on x86-based Systems 为了 Windows XP Professional 能够引导，系统和启动分区必须包含表 28.1.中的文件。表 28.1 基于x86 系统上 Win

18、dows XP Professional 的启动文件文件名 文件所处位置 描述 Ntldr 系统分区根目录 操作系统装载器 Boot.ini 系统分区根目录 该文件指定 Windows XP Professional 的安装路径。对于多引导系统 Boot.ini 包含一个显示在启动菜单上的操作系统选择菜单。 Bootsect.dos (仅适用于多引导系统) 系统分区根目录 Ntldr 将会装载此文件，以读取可能包含 MS-DOS, Windows 95, Windows 98, or Windows Me 等OS的Windows XP Professional 多引导系统设定。 Bootsec

19、t.dos 包含这些操作系统的引导扇区，文件属性为系统、隐藏。 N 系统分区根目录 此文件将扫描硬件设置信息，并传递给 Ntldr Ntbootdd.sys 系统分区根目录 (SCSI 或者ATA 等固件本身禁用或者不支持 INT-13 中断扩展调用的设备需要此文件). 该驱动程序用于访问不使用 BIOS，而连接到 SCSI 或者 ATA 的硬盘驱动器， The contents of this file depend on the startup controller used. Ntoskrnl.exe systemrootSystem32 Windows XP Professional操

20、作系统的核心 (也被叫做 kernel) 。作为 kernel的一部分，运行在处理器特权模式下的代码，允许直接访问系统数据和硬件。 在安装Windows XP Professional 操作系统期间，如果是单处理器系统，setup程序从操作系统光盘上复制 Ntoskrnl.exe 文件，如果是多处理器系统，Setup 从安装光盘上复制 Ntoskrnlmp.exe 并将它重命名为Ntoskrnl.exe. Hal.dll systemrootSystem32 硬件抽象层动态(HAL)链接库文件。HAL abstracts 从操作系统提取底层硬件信息，并给相同类型的设备，提供公用编程接口。 Mi

21、crosoft Windows XP Professional 操作系统光盘包含若干 Hal 文件，Setup 将适合您系统硬件设置的文件复制到您的计算机，并重命名为 Hal.dll. System registry file systemrootSystem32ConfigSystem 此注册表文件包含创建KEY_LOCAL_MACHINESYSTEM 注册表键值所需要的数据。该键值包含了操作系统启动设备和系统服务所需要的信息。 Device drivers systemrootSystem32Drivers 一些硬件设备的驱动程序文件，比如键盘、鼠标、显卡。 注：Windows NT 4.

22、0, Windows 2000, and Windows XP Professional 定义 系统 和 启动 分区有别于启动操作系统。系统卷包含启动Windows XP Professional所必须的文件，比如 Windows loader (Ntldr)。启动卷 Windows XP Professional 操作系统文件和文件夹比如 systemroot 和 systemrootSystem32。在基于 x86 系统的计算机上，启动卷和系统卷可以但不一定是同一个卷。在表 28.1中，systemroot是众多环境变量之一，用于将象文件和文件路径这样的字符串关联到变量，以便Windows

23、 XP Professional应用程序和服务使用。例如，通过使用环境变量，脚本不同修改就可以运行在不同环境设置的计算机上。您可以通过在命令行执行 set 命令查看环境变量列表。关于环境变量，请参考Windows XP Professional中关于 To add or change the values of environment variables 的描述；关于系统文件的信息，详见 System Files Reference 上电自检当您打开计算机的时候，中央处理器单元 (CPU) 开始执行存放在基本输入输出系统 (BIOS)中的指令。 BIOS, 一种固件，包含一些代码，处理器依靠这

24、些代码启动计算机，与外围标准设备通讯，形成一个最小环境，从而得以加载其他复杂代码，它与计算机所安装的操作系统无关。 计算机启动过程的第一步就是上电自检 (POST)，POST 负责完成如下系统和检测功能：执行硬件初始化检测，比如测试当前内存总数 校验启动操作系统所必须的设备，比如硬盘 从位于主板上的CMOS中检索系统设置 即便当您停机后， CMOS 存储器中也会保持一些信息，例如存储在CMOS存储器中的硬件设置包含启动设置和即插即用信息。当主板上电自检（POST）完成后，那些拥有自己固件的附加板卡 (比如显卡和硬盘控制器) 开始执行自我检测。设定这些系统和外围设备固件参数，请参考相关厂商提供的

25、系统文档。初始化启动阶段在上电自检（ POST）阶段后，存储在CMOS存储器中的那些设定，比如启动设定，指明了可以引导操作系统的设备。比如，如果启动设定指定软盘作为启动的首选设备，而将硬盘作为次要设备(有些固件中显示为 A, C)，那么启动时将可能发生如下情形：软驱中插有软盘BIOS将搜索设定为启动软盘的软驱，如果存在，将会把0面0道1扇区（软盘的启动扇区）加载到内存。如果软盘不能启动，将会提示如下错误：Non-system disk or disk errorReplace and press any key when ready计算机将会一直显示上面的信息，直到您插入一张启动软盘或者驱出软

26、盘重新启动计算机。软驱中没有软盘如果您重新启动计算机后没有插入软盘，计算机将会装载位于主引导记录 (MBR)所在区域的指令。MBR 位于启动硬盘的第一个扇区，包含一些指令(称为启动代码)和一个标示主分区和扩展分区的表(称为分区表)。 BIOS 将 MBR 加载到内存，并将控制权移交给 MBR中的代码。计算机然后搜索分区表，查找激活分区。激活分区的第一个扇区包含启动代码，这些代码允许计算机进行如下操作：确定所使用的文件系统 定位并启动操作系统装载文件, Ntldr.如果激活分区不存在或者启动扇区信息丢失、错误，系统将提示如下信息：Invalid partition tableError load

27、ing operating systemMissing operating systemBOOT: Couldnt find NTLDRNTLDR is missing如果激活分区定位成功，启动分区中的代码将会找到并开始启动 Ntldr ，随后 BIOS 完成使命，释放控制权关于磁盘和文件系统，MBR, 分区以及启动扇区的一些更为详细的信息，请查看 File Systems 和 Troubleshooting Disks and File Systems 指定其他启动设备的启动顺序除此之外，一些计算机固件允许从其他设备引导操作系统，比如：CD-ROMs 网卡 可移动存储介质，比如 LS-120

28、 驱动器或者 Iomega Zip 驱动器 接驳在便携式计算机上的一些存储器在大多数的计算机上都允许您指定启动次序，比如CDROM, A, C. 当您指定 CDROM, A, C 这样的启动顺序的时候，那么启动时就会是如下情况：计算机搜索 CD-ROM 作为启动介质。如果存在可以启动的 CD （光盘）, 计算机将使用作为启动设备，否则计算机将按照设定的启动次序寻找下一个启动设备。 计算机搜索软盘作为启动介质。如果存在可以启动的软盘，计算机将使用软盘作为启动设备。否则将给出错误信息，并按照设定的启动次序寻找下一个启动设备。 计算机使用硬盘作为启动设备。当 CD-ROM 驱动器和软盘驱动器都是空的

29、时候，计算机将只会使用硬盘作为启动设备。 不过，引导介质上的代码对硬盘进行传输控制的情况是个例外。比如，当您使用可引导的Windows XP Professional 操作系统光盘引导系统的时候，Setup 程序将会检测是否存在可用的硬盘以用于 Windows XP Professional 安装过程，如果检索到，那么系统将会提示如下字样 Press any key to boot from CD ，这将给您一个选择，如果不按任何键就会跳过 CD-ROM 启动。您不能使用一个不能启动的光盘引导系统，同时一张无法启动的光盘将可能增加系统启动时间，如果不打算从光盘引导系统，请在启动前将光盘从 CD

30、-ROM 驱动器中取出。关于启动顺序的选项，请参考您的系统文档。启动装载阶段Ntldr 从启动分区装载启动文件，然后进行如下步骤：设置x86系统处理器进入32位内存保护模式运行基于x86的计算机启动的时候运行在实模式，此在模式下，处理器禁止了一些功能，以便兼容于运行于8位和16位处理上的软件。随后 Ntldr 将处理器切换到32位模式，这种模式下，允许访问大容量内存，并可以运行 Windows XP Professional 启动文件系统 Ntldr 包含一些允许 Windows XP Professional 读写 NTFS 或者文件分配表(FAT16 or FAT32) 文件系统所需要的程

31、序代码。读取Boot.ini 文件Ntldr分析Boot.ini 文件以确定操作系统启动分区的位置。如果使用单系统启动设定，那么 Ntldr 将随后启动 N初始化硬件检测. 如果存在多系统启动，这可能包括 Windows XP Professional, Windows 2000, Windows NT 4.0, Windows 95, Windows 98, Windows Me, 或者 MS-DOS以及其他可能的操作系统，您将会在启动的时候看到一个操作系统的选择菜单。注：运行 Windows NT 4.0 的计算机如果需要访问之前挂载在Windows 2000 or Windows XP Professional下的NTFS卷，需要安装至少 Service Pack 4 。关于 NTFS 互操作性信息，请参考 File Systems 如果您选择 Windows XP Professional, Windows 2000, or Windows NT 4.0, Ntldr 将随后启动硬件检测阶段，如果没有就会引导启动扇区的其他系统。如果您选择 Windows 95, Windows 98, Windows Me, or MS-DOS, Ntldr 将会扫描 Bootsect.dos 文件，读取其中所包含的 MBR 代码，并执行它。关于Boot.ini的其他信