Начальная загрузка компьютера. Начальная загрузка операционной системы

BIOS (Base Input/Output System) представляет собой специальное программное обеспечение , которое встроено в микроконтроллер на материнской плате, переводится с английского языка как основная система ввода-вывода. Данный программный код обеспечивает взаимодействие операционной системы с оборудованием, позволяет совместить аппаратные различия в компьютерном оборудовании.

Какова роль BIOS?

При первоначальной загрузке компьютера БИОС с помощью встроенных программных алгоритмов тестирует аппаратное оборудование на предмет работоспособности. Микроконтроллер посылает инструкции для запуска к каждому компоненту компьютера. Взамен он должен в обязательном порядке получить ответ от устройства. Если BIOS ответ не получает, система сообщает об этом пользователю посредством выдачи сообщения на монитор или звукового сигнала.

Без данного ПО невозможна работа компьютера. Также операционная система не запустится, если конфигурация БИОС настроена неправильно, или сбились настройки в результате системных неполадок. Системные настройки BIOS позволяют выполнить:

Как попасть в BIOS?

Информацию, как попасть в БИОС, можно считать в процессе загрузки компьютера. Чаще всего выдается системой запись вида: Press DEL to enter SETUP. В этом случает для входа в систему необходимо нажать клавишу DELETE в процессе загрузки компьютера. В некоторых случаях для того чтобы войти в меню BIOS, необходимо нажать определенные сочетания клавиш. Чаще всего используются F1, F2, F10, ESC или сочетания Ctrl+Alt+Ins, Ctrl+Alt+Esc.

Следует помнить: не рекомендуется менять настройки BIOS без надобности. В системе имеются жизненно важные параметры работы аппаратного оборудования, неправильная настройка которых может вывести из строя определенные компоненты или материнскую плату в целом.

Меню настроек BIOS

Наиболее распространены системы AMI BIOS и Award BIOS . Версия AMI BIOS имеет три раздела:

Main позволяет менять настройки системного времени. Даты, приоритет съемных носителей, содержит информацию о системе;
Advanced включает параметры работы центрального процессора и параметры конфигурации встроенной аппаратуры, настройки USB-портов и питания;
Boot содержит параметры загрузки, в том числе и настройки безопасности в процессе загрузки.

Меню Award BIOS имеет более сложную конфигурацию. Система содержит такие разделы:

Standart CMOS Features позволяет настраивать системную дату и время, тип используемого дисковода, а также характеристики имеющихся накопителей.
Advanced BIOS Features включает множество опций, в частности, порядок опроса накопителей при загрузке, включение/отключение многопоточности процессора, параметры взаимодействия ядер, информацию о состоянии жестких дисков . Данный раздел позволяет оптимизировать работу оперативной памяти .
Advanced Chipset Features содержит важные настройки работы встроенного оборудования: центрального процессора, оперативной памяти и системных шин передачи данных. Изменять данные настройки самостоятельно не рекомендуется.
Integrated Peripherals отвечает за настройку компонентов, встроенных в материнскую плату (USB-контроллер, видеокарта и звуковая карта, сетевой контроллер и различные порты).

В общем виде меню BIOS включает такие разделы (возможные названия блоков указаны в скобках):

общие параметры (STANDARD CMOS SETUP или MAIN);
свойства BIOS (ADVANCED или BIOS FEATURES SETUP);
свойства чипсетов (CHIPSET FEATURES SETUP или Chip Configuration);
свойства интегрированного оборудования (INTEGRATED PERIPHERALS или I/O Devices Configuration);
свойства слотов PCI (PNP/PCI CONFIGURATION или PCI CONFIGURATION);
управление питанием (POWER MANAGMENT SETUP или POWER);
пароли системы (SUPERVISOR PASSWORD или USER PASSWO RD);
сохранение и восстановление настроек (SAVE SETUP, LOAD SETUP DEFAULTS или LOAD BIOS DEFAULT);
выход из конфигурации (EXIT).

Этот небольшой кусок информации, в принципе все что нужно на первом этапе знакомства с БИОСом компьютера, мы продолжим цикл статей про сей инструмент и расскажем много интересной информации. Спасибо.

Многие начинающие пользователи спрашивают у поисковика – как настроить БИОС для того, что бы загрузиться с компакт диска. А так же, если необходимо загрузиться с флешки. В первую очередь загрузка из под BIOS требуется в тех случаях, когда вам нужно и сделать это можно только переустановкой операционной системы (Windows). А так же, если у вас есть загрузочный образ с утилитами, например для разделения жесткого диска на разделы и тут, естественно, тоже не обойтись без загрузки с диска или флешки через БИОС . В общем, поводов для загрузки с диска очень и очень много так, что начну уже рассказ о настройке BIOS.

В отличие от BIOS, код UEFI и вся ее служебная информация может храниться не только в специальной микросхеме, но и на разделах как внутренних, так и внешних жестких дисков, а так же сетевых хранилищах. В свою очередь, тот факт, что загрузочные данные могут размещаться на вместительных накопителях, позволяет за счет модульной архитектуры наделять EFI богатыми функциональными возможностями. Например, это могут быть развитые средства диагностики, или полезные утилиты , которые можно будет использовать как на этапе начальной загрузки ПК, так и после запуска ОС.

Еще одной ключевой особенностью UEFI является возможность работы с жесткими дисками огромных объемов, размеченных по стандарту GPT (Guid Partition Table). Последний не поддерживается ни одной модификацией BIOS, так как имеет 64-битные адреса секторов.

Загрузка ПК на базе UEFI, как и в случае с BIOS, начинается с инициализации устройств. Но при этом, данная процедура происходит гораздо быстрее, так как UEFIможет определять сразу несколько компонентов одновременно в параллельном режиме (BIOSинициализирует все устройства по очереди). Затем, происходит загрузка самой системы UEFI, под управлением которой выполняется какой-либо набор необходимых действий (загрузка драйверов, инициализация загрузочного накопителя, запуск загрузочных служб и т.д.), и только после этого осуществляется запуск операционной системы.

Может показаться, что такая многоступенчатая процедура должна увеличить общее время загрузки ПК, но на самом деле все происходит наоборот. С UEFI система запускается гораздо быстрее, благодаря встроенным драйверам и собственному загрузчику. В итоге, перед стартом, ОС получает исчерпывающую информацию об аппаратной начинке компьютера, что позволяет запускаться ей в течение нескольких секунд.

Несмотря на всю прогрессивность UEFI, все же существует ряд ограничений, сдерживающих активное развитие и распространение этого загрузчика. Дело в том, что для реализации всех возможностей нового загрузочного интерфейса требуется полноценная его поддержка со стороны операционных систем. На сегодняшний день в полной мере использовать возможности UEFI позволяет только Windows 8. Ограниченную поддержку нового интерфейса имеют 64-разрядные версии Windows 7, Vista и Linux на ядре 3.2 и выше. Так же возможности UEFI используются в загрузочном менеджере BootCamp компанией Apple в собственных системах Mac OS X.

Ну а как же происходит загрузка компьютера с UEFI, если на нем используются неподдерживаемая операционная система (WindowsXP, 32-битная Windows 7) или файловая разметка (MBR)? Для таких случаев в новый загрузочный интерфейс встроен модуль поддержки совместимости (Compatibility Support Module), по сути, представляющий из себя традиционную BIOS. Именно поэтому, можно видеть, как многие современные компьютеры, оснащенные системными платами с UEFI, загружается традиционным способом в режиме эмуляции BIOS. Чаше всего это происходит потому, что их владельцы продолжают использовать разделы HDD с традиционной MBR и не хотят переходить к разметке GPT.

Заключение

Совершенно очевидно, что, в отличие от традиционной BIOS, интерфейс UEFI способен на много большее, чем просто процесс загрузки. Возможность запуска рабочих сервисов и приложений, как на начальном этапе загрузки ПК, так и после запуска операционной системы открывает широкий спектр новых возможностей, как для разработчиков, так и конечных пользователей.

Но при этом говорить о полном отказе в ближайшее время от базовой системы ввода/вывода пока преждевременно. В первую очередь нужно вспомнить, что до сих пор большинство компьютеров находятся под управлением WindowsXP и 32-битной Windows 7, которые не поддерживаются UEFI. Да и жесткие диски, размеченные по стандарту GPT в большинстве своем можно встретить разве что в новых моделях ноутбуков на базе Windows 8.

Так что до тех пор, пока большинство пользователей в силу своих привычек или еще каких-либо причин, будут привязаны к старым версиям ОС и традиционным способам разметки винчестеров, BIOS так и будет оставаться основной системой для начальной загрузки компьютера.

Основные понятия загрузочного процесса операционных систем Windows XP и 7
Метод двойной и многовариантной загрузки Windows.
Ограничения загрузки операционной системы Windows и другие возможные варианты.
Как работают загрузчики (менеджеры загрузки) сторонних производителей.

Я знаю из личного опыта, что большинство людей рассматривает процесс загрузки компьютера как что-то недоступное их пониманию. Во многих руководствах и инструкциях содержится слишком много технических подробностей и деталей запутывающих пользователей и вообще отбивающие желание изучать его.

В этом руководстве будет содержаться только самая необходимая информация. Я думаю, что нет необходимости глубоко вникать в процесс загрузки. Достаточно знать основные технические моменты, для того чтобы сделать правильный выбор при установке или изменении конфигурации, загрузки операционной системы Windows.

Данный ниже материал, может кому-то показаться слишком упрощенным, но это лишь, то, что действительно необходимо для понимания процесса. Процесс загрузки операционной системы — это последовательный запуск и выполнения работы одной “программки”, которая потом запускает вторую, третью и так далее. Как правило, для загрузки необходим запуск 4 или 5 “программок”, последняя из которых фактически запускает операционную систему Windows.

Большинство проблем возникают, только потому, что одна из программ не может найти следующую за ней программу в цепи действий. Если вы знаете, где расположена нужная программа, что нужно ей для запуска следующей и какая точка входа необходима этой программе, то вы действительно разбираетесь в загрузке операционных систем.

В понимании процесса загрузки нет ничего особо трудного или мистического. Ведь речь идёт всего лишь о пяти небольших программках, которые просто должны запускаться (стартовать) в правильном порядке. Любой начинающий пользователь, через пять минут работы за компьютером может узнать, что это за программки и как ими удобно пользоваться.

В последовательном запуске программ нет ничего секретного или магического, эти программы как и любые другие всего лишь закодированные единицы и нули, которые указывают компьютеру, что необходимо делать. Некоторые из программ имеют странные имена, которые стали уже почти легендами, их названия произносятся часто с чувством почтения и удивления. Они вызывают уважение, даже среди некоторых закалённых компьютерных специалистов. Я не хочу подвергать сомнению, чьи либо убеждения, но это правда.

Последовательность загрузки операционной системы

Первая программа уже встроена в материнскую плату вашего персонального компьютера, точнее, в маленькую микросхему (чип) которая находится всегда в одном и том же месте. При включении компьютера она запускается и выполняет заложенную в неё программу. Эта первая программа называется БИОС (BIOS). Выполнив свою работу, она запускает следующую программу. БИОС весьма “умна” и всегда старается найти следующую для запуска программку, для этого проверяются места её возможного нахождения.

Как правило, всё находится автоматически, так что делать ничего не нужно. Иногда возникает необходимость указать программе нужный параметр для поиска необходимого устройства – флоппи дисковода, жёсткого диска и т. д. Все это можно сделать в настройках программы BIOS.

Для продолжения загрузки операционной системы с жесткого диска необходима вторая программа, которая находится на жёстком диске. Для простоты поиска второй программы её всегда размещают в одном и том же месте, и БИОС всегда начинает просмотр именно с него.

Запуск второй программы всегда начинается с первых байтов первого сектора. Называется эта программа MBR (Главная загрузочная запись). Она содержит в себе программу начальной загрузки и таблицу разделов (Partition Table ) жесткого диска – вот это двойное предназначение многих вводит в заблуждение. Самое распространённое название загрузочной части MBR это – Программа начальной загрузки (IPL ). Так же как и БИОС, программа IPL универсальна для всех операционных систем, так что не надо беспокоиться, поддерживает она, Windows или Linux. Находясь на жестком диске, её задача лишь запустить следующую программку. Программка IPL от компании Майкрософт имеет маленький размер и ограниченные возможности, её цель и главная задача найти и запустить следующую программку в цепи.

Просматривая таблицу разделов, и заметив “развивающийся” флаг активности, программка понимает, что нашла свою цель. Если раздел отмечен флагом активности, то программа начальной загрузки (IPL) идет к первым байтам первого сектора и запускает следующую программку в цепи загрузки. При изменении (перемещении) флага активности с одного раздела на другой, программа начальной загрузки начнет просмотр и загрузку с другого раздела.

При изменении флага активности никаких физических действий с разделом не происходит, вносится лишь небольшая поправка в таблицу разделов. Раздел с установленным флагом называют Активным разделом, для изменения активности разделов жесткого диска, надо просто переместить указатель (флаг на техническом языке) на нужный раздел.

Третья программа в цепочке последовательно запускающих программ находится в самом начале раздела. Она называется PBR (Запись Загрузки Раздела) или иногда её называют VBR (Том Записи Загрузок). Когда PBR сделает свою работу, то она запускает следующую за ней программу. PBR весьма специфична, и в отличие от BIOS и IPL, ей требуется знать, точное название и местонахождение файла. Название файла в зависимости от операционной системы будет разным, поэтому в процессе установки операционной системы PBR запишет необходимые данные, для того что бы легко можно было найти нужный файл. Для операционных систем от Windows NT до Vista это будет файл под названием ntldr , который всегда находится в корневом каталоге раздела. Месторасположение файла ntldr всегда в корневом каталоге рядом с папками Windows и Program Files, а не внутри папки или директории.

Для операционных систем, от Windows NT до Vista запуск файла ntldr будет четвертой и последней программой в цепи загрузки. Файл, по сути, является загрузчиком Windows, которая запускается из папки system32.

На этом рисунке отображена последовательность загрузки. Главная загрузочная запись (MBR) показана как отдельная секция в начале жёсткого диска. Для этого на жестком диске специально зарезервирован маленький раздел, который никак не связан с другими разделами. Запись загрузки раздела (PBR) показана как отдельная секция, хотя на самом деле это часть раздела. Операционная система Windows резервирует первые 16 секторов своего раздела, исключительно для использования загрузочной записи раздела.

Последовательность загрузки старой операционной системы Windows NT и Vista почти не отличается, но в последней операционной системе ntldr была изменена. В старой Windows NT, файл ntldr был и загрузчиком и менеджером загрузок, но в Windows Vista эти две функции были разделены на две разные программы.

Функцию менеджера загрузки, в обязанность которой входит поиск активной операционной системы теперь выполняет — файл bootmng . Загрузчик, который фактически запускает операционную систему, выполняет — файл winload.exe . Файл bootimg находится в корневом разделе установленной операционной системы, а файл winload.exe помещен внутрь папки system32 системной папки Windows. Все эти изменения добавляют еще один шаг в цепочку загрузки операционной системы, поэтому в Viste она составляет пять шагов.

Операционная система Windows 7 наделена огромными возможностями, которые позволяют создать дополнительный раздел для управления загрузкой и файлами BCD и bootmng . Компания Майкрософт сообщает, что изменение в загрузке новой операционной системы Windows 7, возможно в дальнейшем станет постоянным.

Продолжение следует…

Запуск компьютера - не просто его включение. Включение - это событие, а запуск - процесс. Он растянут во времени и происходит под внешним управлением. В зависимости оттого, кто является управляющей стороной, в запуске компьютера можно выделить три этапа.

Первый этап

На первом этапе запуском управляет человек. Предварительно он должен убедиться в том, что клавиатура - основное устройство управления - имеется в наличии и подключена, а электропитание подано. Для инициализации запуска достаточно нажать кнопку на лицевой панели - далее процесс развивается автоматически.

Если на самом деле автоматический запуск не требуется, а такое бывает при проведении ремонтно-восстановительных работ, первый этап - самое замечательное время, чтобы перехватить управление у автоматики и взять его на себя. Делается это с помощью клавиатуры. Подробности - ниже.

Второй этап

На втором этапе запуском компьютера управляют устройства. Точнее - материнская плата . Еще точнее - микросхема постоянного запоминающего устройства (ПЗУ), находящаяся на ней. Совсем точно - пакет встроенных программ, который называется BIOS. Как настроить Boot menu в BOIS Вы можете прочитать в другой инструкции.

Третий этап

К третьему этапу компьютер подходит после того, как система BIOS запустит программы, позволяющие читать данные, записанные на внутренних и внешних дисковых носителях. Цель третьего этапа - загрузить операционную систему. На самом деле этот этап сам разбивается на несколько этапов, но мы так далеко погружаться не будем.

Как и на втором этапе, управляющее стороной третьего этапа запуска является программа. Только теперь она не «зашита» в ПЗУ материнской платы, а берется с того диска, который назначен системным. Эта программа - первоначальный загрузчик операционной системы.

Если человека по каким-то причинам не устраивает, какую операционную систему загружает первоначальный загрузчик и в каком режиме он ее запускает, в работу загрузчика можно вмешаться. То есть, управление начальной загрузкой человек может взять на себя. Обычно этого не делают, но если надо выполнить какие-то специфические действия или устранить обнаруженные неполадки, возможность управления начальной загрузкой бывает весьма полезной.

Вмешательство с целью управления начальной загрузкой должно происходить сразу после того, как на экране появятся сведения о распознанных дисковых накопителях.

Операционная система хранится во внешней памяти обычно на жестком диске, реже – на гибком. Для нормальной работы компьютера необходимо, чтобы основные модули операционной системы находились в оперативной памяти. Поэтому после включения компьютера организована автоматическая перезапись (загрузка) операционной системы с диска в оперативную память. Наиболее важные аспекты этой загрузки отражены в виде алгоритма на рис. 9.13.

Рис. 9.13. Алгоритм загрузки операционной системы с диска в оперативную память

После включения компьютера вы наблюдаете за сменой цифр на экране. Эти цифры отображают процесс тестирования оперативной памяти программой BIOS. При обнаружении неисправности в ячейках оперативной памяти будет выдано сообщение.

После успешного окончания тестирования аппаратуры производится обращение к дисководу с гибким диском А, и рядом с ним загорается лампочка индикации. Если вы загружаете операционную систему с гибкого диска, то надо до или во время тестирования вставить системный диск в дисковод А. В противном случае при отсутствии на диске А операционной системы осуществляется обращение к жесткому диску, о чем свидетельствует засветившаяся рядом с ним лампочка индикации.

Начинается считывание в оперативную память 0-го сектора 0-й стороны диска, в котором находится загрузчик (BOOT RECORD). Управление передается загрузчику, который проверяет наличие на системном диске модуля расширения IO.SYS и базового модуля MSDOS.SYS. Если они находятся в отведенном для них месте (см. рис. 9.10), то он загружает их в оперативную память, в противном случае будет выдано сообщение об их отсутствии. В этом случае рекомендуется произвести повторную загрузку. Сигнал повторной загрузки передает управление постоянному модулю BIOS, который снова переписывает с диска в оперативную память блок начальной загрузки и т.д.

Запомните! Для повторной загрузки операционной системы в память нажать одновременно клавиши .

После успешно выполненной загрузки в оперативную память модуля расширения IO.SYS и базового модуля MSDOS.SYS загружается командный процессор СОМMAND.COM и обрабатывается файл конфигурации CONFIG.SYS, который содержит команды подключения необходимых драйверов. Этот файл может отсутствовать, если вас устраивает базовый вариант операционной системы.

Затем выполняется обработка командного файла AUTOEXEC.BAT. С помощью этого файла вы можете произвести настройку параметров операционной среды. Например, создать виртуальный диск, обеспечить смену режимов печати, загрузить вспомогательные программы и т.д.

Внимание! Файлы с расширением.ВАТ играют при работе в системной среде особую роль. Они содержат совокупность команд операционной системы или имен исполняемых файлов. После запуска файла с расширением.ВАТ все записанные в нем команды выполняются автоматически одна за другой.

Файл со стандартным именем AUTOEXEC.BAT отличается от других файлов типа.ВАТ тем, что выполнение помещенных в него команд начинается автоматически сразу после загрузки операционной системы.

В случае отсутствия файла AUTOEXEC.BAT вам будет предложено ввести дату и время:

если вы нажмете клавишу ввода, то в качестве текущих даты и времени будут приняты так называемые системные параметры, которые определяет компьютерный таймер;

если вы хотите сделать переустановки системных даты и времени, то в ответ на приглашение введите значения в одной из предусмотренных форм, например:

10-25-1997 (месяц день год)

7:30:10.00р (часы:минуты:секунды)

После окончания работы файла AUTOEXEC.BAT, а также если этот файл не обнаружен, на экран дисплея будет выдано приглашение системного диска, например C:\>. Это является свидетельством нормального завершения процесса загрузки, и вы можете приступить к работе, введя имя прикладной программы или команду операционной системы.

При включении питания компьютера управление передается базовой системе ввода/вывода, BIOS.Она выполняет проверку аппаратных узлов компьютера, формирует начальную часть таблицы векторов прерываний, инициализирует устройства и начинает процесс загрузки операционной системы.

Загрузка начинается с того, что BIOS делает попытку прочитать самый первый сектор дискеты, вставленной в дисковод А: (на загрузочной дискете этот сектор содержит загрузчик операционной системы). Если в дисковод вставлена системная дискета, с нее считывается загрузчик и ему передается управление.

Если дискета не системная, т.е. не содержит загрузочной записи, на экран выдается сообщение с просьбой заменить дискету.

Если же дискеты в дисководе А: вообще нет, то BIOS читает основную загрузочную запись диска С: (Master Boot Record). Обычно это самый первый сектор на диске. Управление передается загрузчику, который находится в этом секторе. Загрузчик анализирует содержимое таблицы разделов (она также находится в этом секторе), выбирает активный раздел и читает загрузочную запись этого раздела. Загрузочная запись активного раздела (Boot Record) аналогична загрузочной записи, находящейся в первом секторе системной дискеты.

Загрузочная запись активного раздела считывает с диска файлы IO.SYS и MSDOS.SYS (именно в этом порядке). Затем считываются и загружаются резидентные драйверы. Начинается формирование связанного списка драйверов устройств. Анализируется содержимое файла CONFIG.SYS, загружаются описанные в этом файле драйверы. Сначала загружаются драйверы, описанные параметром DEVICE, затем (только в MS-DOS версии 4.х и 5.0) резидентные программы, указанные операторами INSTALL. После этого считывается командный процессор и ему передается управление.

Командный процессор состоит из трех частей - резидентной, инициализирующей и транзитной. Первой загружается резидентная часть. Она обрабатывает прерывания INT 22H, INT 23H, INT 24H, управляет загрузкой транзитной части. Эта часть командного процессора обрабатывает ошибки MS-DOS и выдает запрос пользователю о действиях при обнаружении ошибок.

Инициализирующая часть используется только в процессе загрузки операционной системы. Она определяет начальный адрес, по которому будет загружаться пользовательская программа и инициализирует выполнение файла AUTOEXEC.BAT.

Транзитная часть командного процессора располагается в старших адресах памяти. В этой части находятся обработчики внутренних команд MS-DOS и интерпретатор командных файлов с расширением имени.BAT. Транзитная часть выдает системное приглашение (например, А:\>), ожидает ввода команды оператора с клавиатуры или из пакетного файла и организует их выполнение.

После загрузки командного процессора и выполнения начальных процедур, перечисленных в файле AUTOEXEC.BAT, подготовка системы к работе завершается.

1.3. Общая схема работы dos

Для того чтобы правильно работать с системным программным и аппаратным обеспечением, нужно четко представлять себе механизм взаимодействия прикладной программы с компьютером. На рис. 1.1 показаны функциональные связи программы с программно-аппаратным обеспечением IBM PC.

Рис.1. Функциональные связи программы для MS-DOS с программно-аппаратным обеспечением ПЭВМ

Как правило, ядро DOS разделяют на несколько подсистем, каждая из которых отвечает за выполнение той или иной задачи. Как показано на рисунке, обычно выделяются следующие подсистемы:

файловая система;

система управления памятью;

система управления программами;

система связи с драйверами устройств;

система обработки ошибок;

службу времени;

систему ввода/вывода консоли оператора.

Эти подсистемы общаются с аппаратурой через BIOS, драйверы или напрямую. Прикладное программное обеспечение может вызывать подсистемы DOS, работать с BIOS или непосредственно с аппаратурой. Обратите, однако, внимание на то, что прикладные программы могут обращаться к драйверам только через соответствующую подсистему DOS.

Очевидно также, что чем выше уровень интерфейса прикладной программы и аппаратуры, тем меньше программа будет зависеть от особенностей аппаратуры.

Рассмотрим подсистемы DOS отдельно.