1、PART開啟電源啟動機器幾乎是電腦愛好者每天必做的事情，面對螢幕上出現的一幅幅啟動畫面，我們一點兒也不會感到陌生，但是，電腦在顯示這些啟動畫面時都做了些什麼工作呢？相信有的朋友還不是很清楚，本文就來介紹一下從開啟電源到出現 Windows 的藍天白雲時，電腦到底都幹了些什麼事情。 首先讓我們來瞭解一些基本概念。第一個是大家非常熟悉的 BIOS（基本輸入輸出系統） ，BIOS 是直接與硬體打交道的底層程式碼，它為操作系統提供了控制硬體設備的基本功能。BIOS 包括有系統 BIOS（即常說的主機板 BIOS） 、顯示卡 BIOS 和其它設備（例如 IDE 控制器、SCSI 卡或網路卡等）的 BIO
2、S，其中系統 BIOS 是本文要討論的主角，因為電腦的啟動程序正是在它的控制下進行的。BIOS 一般被存放在 ROM(只讀存儲晶片) 之中，即使在關機或掉電以後，這些程式碼也不會消失。 第二個基本概念是記憶體的位址，我們的機器中一般安裝有 32MB、64MB 或 128MB 記憶體，這些記憶體的每一個字元都被賦予了一個位址，以便 CPU 訪問記憶體。32MB 的位址範圍用十六進制數表示就是 01FFFFFFH，其中 0FFFFFH 的低端 1MB 記憶體非常特殊，因為最初的 8086 處理器能夠訪問的記憶體最大只有 1MB，這 1MB 的低端640KB 被稱為基本記憶體，而 A0000HBFF
3、FFH 要保留給顯示卡的顯示記憶體使用，C0000HFFFFFH 則被保留給 BIOS 使用，其中系統 BIOS 一般佔用了最後的 64KB 或更多一點的空間，顯示卡 BIOS 一般在 C0000HC7FFFH 處，IDE 控制器的 BIOS 在C8000HCBFFFH 處。 第一步： 當我們按下電源開關時，電源就開始向主機板和其它設備供電，此時電壓還不太穩定，主機板上的控制晶片組會向 CPU 發出並保持一個 RESET（重置）信號，讓 CPU 內部自動恢復到初始狀態，但 CPU 在此刻不會馬上執行指令。當晶片組檢測到電源已經開始穩定供電了（當然從不穩定到穩定的程序只是一瞬間的事情） ，它便撤
4、去 RESET 信號（如果是手工按下電腦面板上的 Reset 按鈕來重啟機器，那麼鬆開該按鈕時晶片組就會撤去 RESET 信號） ，CPU 馬上就從位址 FFFF0H 處開始執行指令，從前面的介紹可知，這個位址實際上在系統BIOS 的位址範圍內，無論是 Award BIOS 還是 AMI BIOS，放在這裡的只是一條跳轉指令，跳到系統 BIOS 中真正的啟動程式碼處。 第二步： 系統 BIOS 的啟動程式碼首先要做的事情就是進行 POST（PowerOn Self Test，電源後自我檢驗） ，POST 的主要工作是檢測系統中一些關鍵設備是否存在和能否正常工作，例如記憶體和顯示卡等設備。由於
5、POST 是最早進行的檢測程序，此時顯示卡還沒有啟始化，如果系統 BIOS 在進行 POST的程序中發現了一些致命錯誤，例如沒有找到記憶體或者記憶體有問題（此時只會檢查 640K一般記憶體） ，那麼系統 BIOS 就會直接控制喇叭發聲來報告錯誤，聲音的長短和次數代表了錯誤的類型。在正常情況下，POST 程序進行得非常快，我們幾乎無法感覺到它的存在，POST 結束之後就會使用其它程式碼來進行更完整的硬體檢測。 第三步： 接下來系統 BIOS 將搜尋顯示卡的 BIOS，前面說過，存放顯示卡 BIOS 的ROM 晶片的起始位址通常設在 C0000H 處，系統 BIOS 在這個地方找到顯示卡 BIOS
6、 之後就使用它的啟始化程式碼，由顯示卡 BIOS 來啟始化顯示卡，此時多數顯示卡都會在螢幕上顯示出一些啟始化資訊，介紹生產廠商、圖形晶片類型等內容，不過這個畫面幾乎是一閃而過。系統 BIOS 接著會搜尋其它設備的 BIOS 程序，找到之後同樣要使用這些 BIOS 內部的啟始化程式碼來啟始化相關的設備。 第四步： 搜尋完所有其它設備的 BIOS 之後，系統 BIOS 將顯示出它自己的啟動畫面，其中包括有系統 BIOS 的類型、序列號和版本號等內容。 第五步： 接著系統 BIOS 將檢測和顯示 CPU 的類型和工作頻率，然後開始測試所有的RAM，並同時在螢幕上顯示記憶體測試的進度，我們可以在 CM
7、OS 設定中自行決定使用簡單耗時少或者詳細耗時多的測試方式。 第六步： 記憶體測試通過之後，系統 BIOS 將開始檢測系統中安裝的一些標準硬體設備，包括硬碟、CDROM、串列阜、並列阜、軟式磁碟機等設備，另外絕大多數較新版本的系統BIOS 在這一程序中還要自動檢測和設定記憶體的定時參數、硬碟參數和訪問模式等。第七步： 標準設備檢測完畢後，系統 BIOS 內部的支持即插即用的程式碼將開始檢測和配置系統中安裝的即插即用設備，每找到一個設備之後，系統 BIOS 都會在螢幕上顯示出設備的名稱和型號等資訊，同時為該設備分配中斷、DMA 通道和 I/O 連接阜等資源。 第八步： 到這一步為止，所有硬體都已
8、經檢測配置完畢了，多數系統 BIOS 會重新清屏並在螢幕上方顯示出一個表格，其中概略地列出了系統中安裝的各種標準硬體設備，以及它們使用的資源和一些相關工作參數。 第九步： 接下來系統 BIOS 將更新 ESCD（Extended System Configuration Data，擴展系統配置資料） 。ESCD 是系統 BIOS 用來與操作系統交換硬體配置資訊的一種手段，這些資料被存放在 CMOS（一小塊特殊的 RAM，由主機板上的電池來供電）之中。通常 ESCD 資料只在系統硬體配置發生改變後才會更新，所以不是每次啟動機器時我們都能夠看到Update ESCD Success這樣的資訊，不過
9、，某些主機板的系統 BIOS 在儲存ESCD 資料時使用了與 Windows 9x 不相同的資料格式，於是 Windows 9x 在它自己的啟動程序中會把 ESCD 資料修改成自己的格式，但在下一次啟動機器時，即使硬體配置沒有發生改變，系統 BIOS 也會把 ESCD 的資料格式改回來，如此循環，將會導致在每次啟動機器時，系統 BIOS 都要更新一遍 ESCD，這就是為什麼有些機器在每次啟動時都會顯示出相關資訊的原因。 第十步： ESCD 更新完畢後，系統 BIOS 的啟動程式碼將進行它的最後一項工作，即根據用戶指定的啟動順序從軟碟、硬碟或光碟啟動。以從 C 碟啟動為例，系統 BIOS 將讀取
10、並執行硬碟上的硬碟分區表，硬碟分區表接著從分區表中找到第一個活動分區，然後讀取並執行這個活動分區的分區引導記錄，而分區引導記錄將負責讀取並執行 IO.SYS，這是 DOS 和 Windows 9x 最基本的系統檔案。Windows 9x 的 IO.SYS 首先要啟始化一些重要的系統資料，然後就顯示出我們熟悉的藍天白雲，在這幅畫面之下，Windows 將繼續進行 DOS 部分和 GUI（圖形用戶界面）部分的引導和啟始化工作。 如果系統之中安裝有引導多種操作系統的工具軟體，通常硬碟分區表將被替換成該軟體的引導程式碼，這些程式碼將允許用戶選項一種操作系統，然後讀取並執行該操作系統的基本引導程式碼（D
11、OS 和 Windows 的基本引導程式碼就是分區引導記錄） 。上面介紹的便是電腦在開啟電源開關（或按 Reset 鍵）進行冷啟動時所要完成的各種啟始化工作，如果我們在 DOS 下按 CtrlAltDel 組合鍵（或從 Windows 中選項重新啟動電腦）來進行熱啟動，那麼 POST 程序將被跳過去，直接從第三步開始，另外第五步的檢測 CPU 和記憶體測試也不會再進去行。我們可以看到，無論是冷啟動還是熱啟動，系統 BIOS 都一次又一次地重複進行著這些我們平時並不太注意的事情，然而正是這些單調的硬體檢測步驟為我們能夠正常使用電腦提供了基礎。啟動程式於電腦或其他計算機應用上，是指引導作業系統啟動
12、的程式。啟動程式啟動方式與程式視應用機型種類。例如在普通 PC 上，引導程式通常分為兩部分：第一階段引導程式位於主開機紀錄，用於引導位於某個分割上的第二階段引導程式，如 NTLDR、 GNU GRUB 等。BIOS 開機完成後，Bootloader 就接手初始化硬體設備、建立記憶體空間的對映，以便為作業系統內核準備好正確的軟硬體環境。簡單的 bootloader 的虛擬組譯碼，如其後的八個指令:0: 將 P 暫存器的值設為 81: 檢查紙帶(paper tape)讀取器，是否已經可以進行讀取2: 如果還不能進行讀取, 跳至 13: 從紙帶讀取器，讀取一 byte 至累加器4: 如為帶子結尾，跳至 85: 將暫存器的值，儲存至 P 暫存器中的數值所指定的位址6: 增加 P 暫存器的值7: 跳至 1但是隨著電腦作業系統越來越複雜，位於 MBR 的空間已經放不下引導作業系統的代碼，於是就有了第二階段的引導程式，而 MBR 中代碼的功能也從直接引導作業系統變成了引導第二階段的引導程式。
