Что происходит при включении компьютера
Перейти к содержимому

Что происходит при включении компьютера

  • автор:

Что происходит при включении компьютера

Новости смартфонов, гаджетов и компьютерного железа

Что происходит при включении компьютера?

Этапы загрузки компьютера

Включение компьютера является довольно сложным процессом и происходит в несколько этапов:

1. Когда пользователь нажимает кнопку POWER системного блока компьютера, первым делом начинается тестирование блока питания на соответствие всех напряжений требованиям. В случае удачного завершения данной операции, спустя 0.1-0.5с, вырабатывается сигнал Power Good, свидетельствующий о том, что загрузку компьютера можно продолжать. Дальше на специальный вход центрального процессора подаётся сигнал сброса (Reset). Процессор обнуляет содержимое своей памяти и начинает работу.

2. На следующем этапе центральный процессор считывает из BIOS инструкции по проведению начального тестирования, инициализации и диагностики устройств персонального компьютера. Для этого запускается программа самотестирования (POST, Power-On Self Test). Программа POST выполняет тестирование процессора, оперативной памяти, чипсета, видеосистемы, накопителей, системы управления питанием, клавиатуры, портов LPT и COM (а также подключённых к ним устройств), других компонентов компьютера.… Результаты тестирования выводятся на экран. Если во время прохождения процедуры POST была обнаружена ошибка, на экран монитора также должно выводиться соответствующее сообщение, сопровождаемое звуковым сигналом (не всегда).

3. Выполняется поиск BIOS других устройств, подключённых к системной плате (видеокарты, сетевой платы, контроллера SCSI и т.д.). В случае обнаружения БИОС другого устройства управление переходит к программе инициализации данного устройства. Выполняется тестирование, инициализация соответствующего устройства. По окончании данных процессов управление опять передаётся BIOS системной платы.

4. После завершения проверки работоспособности всех компонентов и систем персонального компьютера BIOS выполняет распределение прерываний IRQ,портов ввода/вывода и каналов прямого доступа к памяти DMA.

5. В случае успешного прохождения предыдущих этапов управление загрузкой передаётся внесистемному загрузчику системы (MBR, Master Boot Record). Загрузчик MBR общий для всех операционных систем, поскольку расположен в стартовом секторе физического жёсткого диска (в главной загрузочной записи). Главной функцией данного загрузчика есть поиск, считывание и запуск загрузчика операционной системы (SB, System Bootstrap), который размещён в стартовом секторе логического диска винчестера. Если загрузчик ОК не найден, на экране появится соответствующее сообщение. В другом случае, начнётся загрузка операционной системы.

Глава 2 Процессы, происходящие при включении компьютера

Любой пользователь на этот вопрос ответит: «Компьютер тестирует память, находит подключенные жесткие диски и загружает операционную систему». Это верный ответ. Но отражает ли он действительную ситуацию? Процесс загрузки по своей структуре довольно сложен. Представлять последовательность событий иногда очень полезно, например, при диагностике неисправностей.

В первую очередь электроника блока питания проходит процесс самотестирования, а уже затем на внутренние компоненты компьютера подается напряжение питания. Это происходит менее чем 0,1–0,5 секунды. По окончании тестов на центральный процессор поступает сигнал RESET. Тот самый, который и вы можете вызвать нажатием кнопки RESET, расположенной на системном блоке. Блок питания, не прошедший самотестирования, не включается, и компьютер, естественно, не начнет свою работу. Делается это для уменьшения вероятности повреждения электроники, а в качестве управляющего сигнала используется специальный сигнал, именуемый как «Power Good» («хорошее напряжение»).

В итоге центральный процессор готов к выполнению программы. Но на данном этапе доступна всего одна программа – некий стартовый блок, записанный в микросхеме постоянной памяти, установленной на материнской плате, являющейся, как все мы знаем, самой главной платой. Благодаря работе этого самого стартового блока появляется возможность запуска других программ, а в итоге и операционной системы.

Сначала осуществляется проверка состояния центрального процессора, его рабочих характеристик. В частности, проверяется напряжение питания, температура, частота системной шины, множитель и т. п. параметры. Если они не соответствуют параметрам, заданным производителем для данной модели процессора, то компьютер может и не включиться, хотя встречаются и исключения. Проверка осуществляется выполнением простейших вычислений, по результатам которых можно определить исправность процессора.

Следующий этап – проверка содержимого микросхемы постоянной памяти, которая является хранилищем не только стартового блока, но и всех остальных подпрограмм, необходимых для осуществления дальнейшей инициализации оборудования, да и для загрузки операционной системы тоже. Обратите внимание, что ошибки в микросхеме ПЗУ могут повлечь за собой невозможность старта компьютера, особенно если речь идет о стартовом блоке. Вот такова зависимость аппаратного обеспечения от программного обеспечения.

Как только система убеждается в целостности программ, записанных в микросхеме постоянной памяти, она начинает последовательно их запускать.

Разработчики х86-х платформ в свое время предусмотрительно встроили в базовую систему ввода-вывода (BIOS) различные процедуры диагностики неисправностей. Весь комплекс по инициализации компонентов ПК и их проверке носит обобщающее название POST (Power-On Self Test, что в вольном переводе обозначает «Самотестирование по Включению Питания»).

Перед началом каждой операции POST генерирует специальный код, размером в один байт (от 00h до FFh), называемый POST-кодом, и записывает значение в диагностический порт с адресом 80h, который используется для этих целей еще со времен самого первого компьютера IBM PC. В случае возникновения неисправности процесс диагностики просто останавливается («зависает»), а POST-код, заранее выведенный на указанный порт, однозначно определяет операцию, при которой возникла неполадка.

Единственный минус подобной системы – таблицы POST-кодов для BIOS разных производителей различны, а в связи с постоянным появлением новых устройств, что приводит к необходимости внесения изменений в соответствующие спецификации, даже у одного производителя для разных моделей устройств могут использоваться не одинаковые таблицы диагностических кодов. Это несколько путает пользователя и мешает достоверно судить об источнике неполадки. Ориентироваться в таком случае приходится на оригинальные разработки, например, компании AWARD (точнее Phoenix под упомянутой торговой маркой). Остается только надеяться, что производители будут упоминать о внесенных изменениях в руководствах по установке материнских плат. В главе 15 приведены POST-коды AVARD BIOS.

Мониторинг старта осуществляется с помощью специальных плат – контроллеров состояния порта 0080h. Так называемые POST-платы предназначены для захвата диагностических кодов и наглядного их отображения на цифровом индикаторе, что позволяет выполнять раннюю диагностику до запуска операционной системы (рис. 2.1).

Рис. 2.1. Внешний вид POST-платы

В некоторых компьютерных системах для диагностических целей используется порт с номером, отличным от 0080h. Так, в системных платах с архитектурой EISA для диагностических целей используется порт 0300h. В последнее время производители серьезнее стали относиться к идее всеобщей стандартизации, так что особых проблем вы не будете испытывать, ведь старые компьютеры встречаются все реже и реже.

Существуют три основных типа POST-плат:

• «натуральные» POST-платы, отображающие ту информацию, к которой им удается получить доступ. При помощи таких плат определяют узел, в котором произошел сбой (например, если это подсистема оперативной памяти, то следует поменять модуль памяти, используемый слот и т. п.);

• платы, способные эмулировать часть функций любого узла материнской платы (например, PHD PCI). Такие платы позволяют получить более подробную информацию о состоянии компонентов ПК, временно обойтись без видеоконтроллера, произвести полную проверку накопителей и т. д.;

• платы, требующие для своей работы установки вместо BIOS материнской платы, точнее вместо микросхемы, другой микросхемы, содержащей диагностические программы. Например, таким образом работает технология Lite BIOS. Индикация процесса диагностики, как правило, осуществляется на обычной POST-плате. Коды, естественно, будут характерные для применяемой технологии.

Данный текст является ознакомительным фрагментом.

Продолжение на ЛитРес

Читайте также

2.3. Простое включение периферийных устройств от порта USB персонального компьютера

2.3. Простое включение периферийных устройств от порта USB персонального компьютера При включении компьютера (далее ПК), аудиоколонки надо включить отдельным включателем на их корпусе. Если колонки установлены поодаль от места оператора, такое положение вряд ли можно

Якорь стартера не вращается при включении замка зажигания

Якорь стартера не вращается при включении замка зажигания Неисправности системы пуска Проверить работу стартера одним из трех способов:1. Убедиться в надежности кабельных соединений наконечников на клеммах аккумуляторной батареи. Освободить зажимы наконечников.

Глава 4 Запуск компьютера

Глава 4 Запуск компьютера Процесс загрузки состоит из очень большого количества самых разнообразных процессов: от тестирования основных компонентов компьютера (например, оперативной памяти) до включения различных режимов работы установленных в компьютере устройств.

33. Обратимые и необратимые процессы

33. Обратимые и необратимые процессы Если термодинамическая система под действием внешних сил проходит ряд последовательных состояний, то их совокупность называют термодинамическим процессом. Этот процесс совершается рабочим телом, а его состояние изменяется таким

Глава 9 Резонансные процессы

Глава 9 Резонансные процессы Существенную роль во всех природных, так сказать, естественных процессах, играет явление резонанса, поэтому мы его рассмотрим подробнее. Начнем с резонансных явлений в эфире, которыми занимался Джон Кили (John Ernst Worrell Keely), основатель «физики

4.1.1 Процессы жизненного цикла

4.1.1 Процессы жизненного цикла В настоящем стандарте работы, которые могут выполняться в жизненном цикле программных средств, распределены по пяти основным, восьми вспомогательным и четырем организационным процессам. Каждый процесс жизненного цикла разделен на набор

С.2 Процессы, организации и взаимоотношения

С.2 Процессы, организации и взаимоотношения Процессы и организации (или стороны) связаны только функционально. Процессы не определяют структуру организации (или стороны).В настоящем стандарте термины «организация» и «сторона» являются близкими по значению. Организация

4.2.5 Использование ресурсов аппаратных средств компьютера

4.2.5 Использование ресурсов аппаратных средств компьютера Разработчик должен проанализировать требования контракта, относящиеся к использованию ресурсов аппаратных средств компьютера (например, максимально возможная производительность процессора, объем памяти,

7 Процессы разработки ПО

7 Процессы разработки ПО Процессы разработки ПО должны быть выполнены в соответствии с процессом планирования ПО (раздел 6) и Планом разработки ПО (12.2). Таблица А.2 содержит резюме целей и результатов процессов разработки ПО в зависимости от уровня ПО. Процессами

12.33 Руководство по эксплуатации компьютера

12.33 Руководство по эксплуатации компьютера Руководство по эксплуатации компьютера обеспечивает информацию, необходимую для эксплуатации компьютера, на котором будет выполняться разработанное ПО, и его периферийного оборудования. Данное руководство, главным образом,

12.34 Руководство по программированию для компьютера

12.34 Руководство по программированию для компьютера Руководство по программированию для компьютера содержит информацию, необходимую пользователю для создания программ для данного компьютера. Указанное руководство посвящено собственно описанию компьютера, а не

Процесс загрузки компьютера

Процесс загрузки компьютера: Power On Self Test (POST), инициализация, BIOS (BASIC INPUT/OUTPUT SYSTEM).

  1. Power On Self Test (POST) — запускается только один раз и сразу после включения питания. В этом тесте проверяется аппаратура на наличие грубых ошибок (функционирование аппаратуры вообще). Одним из видимых шагов на экране — тестирование памяти.
  2. Инициализация — запускается каждый раз, когда машина перегружается (например, когда пользователь нажимает Ctrl-Alt-Del) — инициализирует все доступные устройства на плате и в слотах расширения (ISA, PCI, AGP).
  3. Третья часть — это собственно BIOS (BASIC INPUT/OUTPUT SYSTEM) — базовая система ввода/вывода на низком уровне. Этими функциями пользуются некоторые операционные системы (DOS, Windows и др.) Обычно, весь BIOS располагается на отдельном чипе, который программируется на заводе, хотя в современных компьютерах может быть перепрограммирован прямо из системы. Т.е. сейчас используется Flash Memory.

Особенность существующих BIOS в том, что они весьма медленны (гораздо медленнее, чем обычная оперативная память). Поэтому, многие системы просто копируют весь BIOS в оперативную память.

Тест памяти — это наиболее видимая часть теста аппаратуры на этапе POST. Кстати, о видимости — видеоадаптер — тоже аппаратура, и его как раз необходимо инициализировать в первую очередь — чтобы пользователь мог видеть процесс тестирования и инициализации устройств. Так же, необходимо установить еще и режим (частоту обновления, разрешение) экрана. Ведь видеокарты могут быть сделаны разными фирмами, да еще и разные модели — кому как не БИОСу самой карточки знать досконально, как ее нужно инициализировать?
На каждой видеокарте есть свой BIOS, который опрашивается на его наличие при тестировании аппаратуры. Сначала системный БИОС ищет видео по стандартным адресам ISA VGA, — если там нет адаптера, то он ищется на PCI , потом на AGP (или сначала AGP, а потом PCI — это прописывается в установках BIOS SETUP). И если, видеобиос найден в одном из слотов, то управление передается на него.

И вообще, присутствие БИОСа на различных адаптерах заставляет системный БИОС отдавать им управление — в случае с видеоадаптером — это включение режима и т.д., в случае с сетевой картой — загрузка с сети (в случае с без дисковыми машинами — удаленная загрузка с сети) — при наличие BIOS на сетевой карте и наличие жесткого диска БИОС, например, может спросить — как будем грузиться — с сети или с имеющегося HDD? При наличии SCSI адаптера — он должен проинициализировать свои устройства (диски, CD-приводы, ленточные накопители и т.п.) и если таковые найдутся из числа дисков SCSI — необходимо будет поддержать int13 для того, чтобы система могла обращаться к ним, как к обычным жестким дискам. Хотя, инициализация SCSI устройств необязательна — например, при старте, ее можно отключать — если SCSI устройство не является загрузочным, это разумно.

Дальше проверяется наличие жестких дисков (IDE) на контроллере ввода-вывода, дисководов для дискет и пр. подобной периферии. Проверяется клавиатура и после успешной проверки выдается одиночный звуковой сигнал, указывающий, что инициализация прошла успешно (если нет — различным сочетанием звуковых сигналов BIOS сигнализирует об ошибках и/или сообщает о них на экране).

Итак, коротко можно описать следующим образом: все, кроме SCSI, IDE, USB «оживает» сразу — из адаптеров исключение составляет видеоадаптер, который инициализируется даже до проверки памяти.

Далее — если в слотах ISA находятся другие устройства, имеющие свои ПЗУ (с BIOS) — они инициализируются на этапе проверки внешних устройств, потом проходит проверка и назначение PCI (проверка устройств Plug and Play). Кстати, PnP есть и на ISA адаптерах.
Только после этого начинается проверка наличия устройств на IDE шине.

Тут может возникнуть вопрос — а как быть, если на ISA нет видеоадаптера, а есть на PCI — но ведь он «оживает» сразу — не дожидаясь даже проверки всего PCI? Просто на PCI есть BIOS, отображаемый в обычное пространство памяти, и все VGA PCI имеют еще и стандартную VGA программную часть, находящуюся в тех же регистрах, как и в случае, если бы это был ISA адаптер. Системный BIOS проверяет, есть ли VGA на ISA шине — если да, то на PCI шину и «не лезет», если нет — то сканирует PCI.

Ну, и в конце концов, после инициализации — считывается первый сектор первой дорожки первой головки жесткого диска и управление передается загрузочному сектору, который уже управляет дальнейшими действиями (либо выдается сообщение типа «NO SYSTEM TO BOOT»). Или подобным же образом система грузится с дискеты.

Как происходит загрузка компьютера

Это статья для повышения компьютерного кругозора. Если сегодня хочется попрограммировать, сделайте проект с колесом фортуны, а если нужны задачи — вот подборка самых интересных задач на логику.

Сегодня покажем, что происходит в обычном стационарном компьютере, когда вы его включаете и загружаете. Прямо по шагам, углубляясь в детали.

Воткнули вилку в розетку

Чаще всего компьютер включён в сеть постоянно, и это значит, что блок питания подаёт на материнскую плату совсем небольшой ток. Ток настолько мал, что внутри блока питания ничего не греется, поэтому не нужно включать никакие вентиляторы.

Ток поступает на контакты питания материнской платы, а оттуда — на системный контроллер. Системный контроллер — специальная микросхема (или группа микросхем), которая управляет всем, что находится на материнской плате, включая процессор и оперативную память. Когда есть питание, системный контроллер просто ждёт, пока пользователь не нажмёт кнопку включения компьютера.

Получается, даже когда компьютер условно выключен, на самом деле он включён — работает системный контроллер, который, как сторож, проверяет, нужно ли подавать электричество на остальные устройства внутри компьютера.

Нажали кнопку включения

После нажатия кнопки включения системный контроллер получает от неё сигнал и говорит блоку питания: «Мне нужно больше тока». Блок начинает полноценно работать и подаёт полноценное питание на материнскую плату и остальные компоненты — теперь начинают работать все основные компоненты компьютера:

  • процессор,
  • оперативная память,
  • микросхемы BIOS или UEFI (про них позже),
  • жёсткий диск.

Когда всё это заработало, системный контроллер берёт содержимое микросхемы BIOS, загружает его в оперативную память и говорит «Ну всё, дальше ты». С этого момента управление компьютером переходит к BIOS.

Загрузился BIOS

BIOS — это аббревиатура от Basic Input/Output System, базовая система ввода-вывода. Она отвечает за первоначальную загрузку компьютера. Все данные BIOS хранятся в отдельной микросхеме на материнской плате, а чтобы настройки не пропали после отключения от розетки, ставят батарейку. Если питания от сети не будет, батарейка будет поддерживать память в микросхеме около 10 лет.

Как происходит загрузка компьютера

Первое, что делает BIOS, — запускает POST (Power On Self Test), самотестирование при включении. Тест проверяет работу процессора, оперативной памяти, контроллеров, загрузчиков и всего остального оборудования, важного для загрузки компьютера. Если всё в порядке, то компьютер пропищит один раз и продолжит загрузку — так он сообщает о результатах тестирования. А если будут ошибки — пропищит иначе, например:

  • короткий и длинный — ошибка с оперативной памятью;
  • длинный и 2 коротких — проблемы с видеокартой;
  • постоянно длинный и короткий гудки — что-то с процессором;
  • всё время пищит — ошибки с блоком питания.

Когда POST пройден, BIOS начинает искать загрузчик операционной системы. Для этого он смотрит у себя в настройках порядок загрузки — список дисков по очереди, с которых можно загрузиться. Например, вот порядок загрузки на экране BIOS компьютера Lenovo. Видно, что сначала нужно попробовать загрузиться с USB (первые три строчки), потом, если USB-дисков нет, — с жёсткого диска (п. 4), а если и диска нет — то попробовать с CD-дисковода или загрузиться по сети:

Как происходит загрузка компьютера

Как только загрузчик найден, BIOS считывает его код и передаёт ему всё дальнейшее управление компьютером.

Немного про UEFI

У BIOS есть проблема — устаревший интерфейс и мало возможностей для настроек компьютера. Чтобы это исправить, придумали UEFI — мини-операционную систему, которая так же, как и BIOS, может управлять основными настройками, но ещё обладает дополнительными возможностями. Например, у неё есть полноценный графический интерфейс с мышкой, расширенные возможности по настройке устройств и более полный доступ к возможностям железа.

Основное отличие от BIOS в том, что UEFI требуется больше памяти для первоначальных программ загрузки компьютера. Для этого UEFI забирает себе первые 100 мегабайт на диске и берёт эти данные оттуда, а сам раздел делает скрытым.

Как происходит загрузка компьютера

Работа загрузчика

Загрузчик — это сборное название всех программ и драйверов, которые понадобятся операционной системе для полноценной загрузки.

Можно провести такую аналогию: операционная система — это строительная бригада, которая может сделать что угодно. Но для её работы нужен менеджер, чтобы он заранее съездил к заказчику, выяснил, что нужно сделать, составил смету, закупил материалы и прикинул график работ. Загрузчик — это как раз тот самый менеджер, который делает все предварительные работы. Если менеджер не сделает свою часть, бригада не сможет приступить к работам.

Сам загрузчик находится на жёстком диске, и как только BIOS его находит и отправляет в оперативную память, загрузчик начинает действовать:

  • включает нужный режим работы процессора, который защищает одни процессы от других;
  • распределяет оперативную память и сгружает туда файл с параметрами загрузки операционной системы;
  • загружает драйверы устройств и проверяет их цифровую подпись;
  • подключает файловую систему, чтобы компьютер мог полноценно работать со всеми дисками.

На финальном этапе загрузчик находит ядро операционной системы, загружает его в память и передаёт управление ему.

Запуск ядра операционной системы

Если процесс загрузки дошёл до этой точки, то компьютер понимает, что скоро загрузится операционная система, а значит, можно показать пользователю стартовый экран. На Windows он выглядит так:

Пока крутится индикатор загрузки, ядро занимается тем, что загружает и запускает все служебные программы и скрипты:

  • смотрит, какое подключено железо и какие драйверы для него нужны прямо сейчас;
  • считывает настройки системы и запускает скрипты сразу с нужными параметрами;
  • запускает службы и демоны;
  • настраивает графический интерфейс;
  • включает систему входа пользователей в систему.

Смысл ядра — запустить все программы, которые будут нужны для дальнейшей работы операционной системы. В нашей аналогии со строительной бригадой, ядро — это прораб, который находится всё время на объекте от начала работ до их полного окончания. Прораб следит за ключевыми процессами и вмешивается, если что-то идёт не так. Ядро действует точно так же: обеспечивает работоспособность всей ОС и регулирует ключевые процессы.

Вход пользователя в систему

Последний шаг загрузки компьютера — вход пользователя в систему. Он может быть автоматическим, если нет пароля на вход — в противном случае система попросит его ввести:

Как происходит загрузка компьютера

После входа операционная система загружает все пользовательские настройки и программы — ставит нужный фон на рабочий стол, применяет какую-то схему оформления и запускает те программы, которые выбрал этот пользователь.

Нейросети победили. Победите нейросети

Проходите подготовку на продвинутых курсах, чтобы не нейросети заменили вас, а вы создали нейросети. «Практикум» подобрал для вас фундаментальные и навыковые курсы, чтобы это сделать. Начните здесь, это бесплатно:

Нейросети победили. Победите нейросети Нейросети победили. Победите нейросети Нейросети победили. Победите нейросети Нейросети победили. Победите нейросети

Получите ИТ-профессию

В «Яндекс Практикуме» можно стать разработчиком, тестировщиком, аналитиком и менеджером цифровых продуктов. Первая часть обучения всегда бесплатная, чтобы попробовать и найти то, что вам по душе. Дальше — программы трудоустройства.

Добавить комментарий

Ваш адрес email не будет опубликован. Обязательные поля помечены *