Загрузка операционной системы

Загрузка операционной системы и прикладных программ

При таком порядке загрузки операционной системы сначала анализируется готовность диска А: попыткой прочитать загрузочную запись дискеты – первый сектор нулевой дорожки. Возможны следующие варианты:

• при наличии дискеты с нее считывается первый сектор и по определенному признаку в его содержимом процедура определяет, имеется ли в нем загрузчик операционной системы:
• если загрузчик имеется, то ему передается управление для выполнения процесса загрузки операционной системы;
• если в считанном секторе загрузчик не обнаружен, то компьютер останавливается с сообщением Non-system disk or disk error – несистемный диск или ошибка чтения. После этого следует извлечь несистемную дискету или установить системную дискету и нажатием Ctrl+Alt+Del повторно запустить тест POST. Он будет работать в сокращенном варианте и завершится вызовом прерывания Int 19h – следующей попыткой загрузки. Такой способ перезапуска (перезагрузки) называется «теплым» (Warm). Повторный запуск POST можно выполнить и «холодным» (Cold) способом, нажав кнопку Reset, но при этом POST будет выполняться полностью, как после включения питания, что займет несколько больше времени;
• при отсутствии дискеты процедура переходит к попытке чтения главной загрузочной записи жесткого диска С:.

Загрузка с жесткого диска С:

Загрузка операционной системы также начинается с попытки чтения первого сектора нулевой головки нулевого цилиндра, где обычно находится главный загрузчик, или главная загрузочная запись (Master Boot Record – MBR) с таблицей разделов диска. Главный загрузчик MBR должен найти описатель активного раздела, загрузить первый сектор описателя в память и, убедившись в том, что в первом секторе находится загрузчик операционной системы, передать ему управление. Именно этот загрузчик и должен загрузить операционную систему из выбранного активного раздела в память и передать ей управление. Следует отметить, что:

• главный загрузчик MBR может служить средством для выбора загружаемой операционной системы по желанию пользователя (из меню);
• загрузчики активных разделов, как и загрузчик на дискете, ориентированы только на загрузку своих операционных систем. Если загрузчику не удается найти и загрузить файлы операционной системы, он выдает сообщение «Missing Operation System» – отсутствует операционная система.

Последовательность опроса устройств при загрузке операционной системы задается параметрами CMOS Setup. В современных компьютерах имеются следующие возможности:

• загружать операционную систему с винчестера, дискеты и компакт-диска;
• выбирать любую последовательность их опроса (загрузки).

После загрузки управление компьютером передается операционной системе. В ее функции входит:

• инициализация соответствующих программных и аппаратных средств;
• распределение всех ресурсов компьютера (оперативной памяти и памяти устройств хранения данных, процессорного времени в многозадачных системах, периферийных и коммуникационных устройств);
• загрузка и исполнение пользовательских приложений, различных вспомогательных процессов и утилит;
• предоставление интерфейса пользователю (настройка параметров операционной системы и создание комфортных условий работы) и др.

Загрузка пользовательских программ

Приложения и утилиты располагаются в виде файлов на устройствах внешней памяти. Пользователь запускает интересующие его приложения, указывая имя требуемой программы или командного файла, «щелкая» по представляющему его значку.

В современных многозадачных системах (типа Windows) одновременно может быть запущено несколько приложений (программ, процессов). В процессе исполнения программы могут обращаться к файлам данных и настроек параметров: считывать файлы, выполнять какую-то обработку, записывать результаты. По завершении работы программы следует корректно закрывать (Shutdown) предусмотренными в ней средствами. Принудительное завершение программы средствами операционной системы может привести к потере несохра- ненных данных.

В информатике начальной загрузкой называется сложный и многошаговый процесс запуска компьютера. Загрузочная последовательность — это последовательность действий, которые должен выполнить компьютер для запуска операционной системы.

Содержание

Начальная загрузка

Большинство компьютерных систем могут исполнять только команды, находящиеся в оперативной памяти компьютера, в то время как современные операционные системы в большинстве случаев хранятся на жёстких дисках, загрузочных CDROM-ах, USB дисках или в локальной сети.

После включения компьютера в его оперативной памяти нет операционной системы. Само по себе, без операционной системы, аппаратное обеспечение компьютера не может выполнять сложные действия, такие как, например, загрузку программы в память. Таким образом мы сталкиваемся с парадоксом, который кажется неразрешимым: для того, чтобы загрузить операционную систему в память, мы уже должны иметь операционную систему в памяти.

Решением данного парадокса является использование специальной маленькой компьютерной программы, называемой начальным загрузчиком, или

В современных компьютерах процесс начальной загрузки начинается с выполнения процессором команд расположенных в постоянной памяти (например на IBM PC — команд перезагрузки без какой бы то ни было помощи). Данное программное обеспечение может обнаруживать устройства, подходящие для загрузки, и загружать со специального раздела самого выбранного устройства (чаще всего загрузочного сектора) данных устройств загрузчик ОС.

Начальные загрузчики должны соответствовать специфическим ограничениям, особенно это касается объёма. Например, на IBM PC загрузчик первого уровня должен помещаться в первых 446 байт главной загрузочной записи, оставив место для 64 байт таблицы разделов и 2 байта для сигнатуры AA55, необходимой для того, чтобы BIOS выявил сам начальный загрузчик.

История

Первые компьютеры имели набор переключателей, которые позволяли оператору размещать начальный загрузчик в памяти до запуска процессора. Затем данный загрузчик считывал операционную систему со внешнего устройства, например с перфоленты или с жесткого диска.

Псевдо-ассемблерный код начального загрузчика может быть столь же простым, как и следующая последовательность инструкций:

Данный пример основан на начальном загрузчике одного из миникомпьютеров, выпущенного в 1970-х годах фирмой Nicolet Instrument Corporation.

Длина загрузчика второго уровня была такой, что последний байт загрузчика изменял команду, расположенную по адресу 6. Таким образом, после выполнения пункта 5 стартовал загрузчик второго уровня. Загрузчик второго уровня ожидал заправки в устройство считывания перфолент длиной перфоленты, содержащей операционную систему. Различием между загрузчиком первого уровня и загрузчиком второго уровня были проверки на ошибки считывания с перфоленты, которые часто встречались в то время, и, в частности, на используемых в данном случае телетайпах ASR-33.

Некоторые операционные системы, наиболее характерными их которых являются старые (до 1995 года) операционные системы компьютеров Apple Computer, настолько тесно связаны с аппаратным обеспечением компьютеров, что на данных компьютерах невозможно загрузить какую либо другую операционную систему. В данных случаях обычно разрабатывается начальный загрузчик, который работает как загрузчик стандартной ОС, а затем передает управление альтернативной операционной системе. Apple использовала данный способ для запуска A/UX версию Unix, а затем он использовался различными бесплатными операционными системами.

Устройства, инициализируемые BIOS

Загрузочное устройство — устройство, которое должно быть проинициализировано до загрузки операционной системы. К ним относятся устройства ввода (клавиатура, мышь), базовое устройство вывода (дисплей), и устройство, с которого будет произведена загрузка ОС — дисковод, жесткий диск, флэш-диск, PXE).

Загрузочная последовательность стандартного IBM-совместимого персонального компьютера

После включения персонального компьютера его процессор начинает работу. Первая выполняемая команда расположена по адресу FFFF0h и принадлежит пространству адресов BIOS.

Программа инициализации POST проверяет, что устройства компьютера работают корректно и инициализирует их.

Затем BIOS опрашивает устройства, перечисляемые в заранее созданном списке, пока не найдёт загрузочное устройство. Если такое устройство найдено не будет, будет выведено сообщение об ошибке, а процесс загрузки будет остановлен. Если

В случае жесткого диска, начальный загрузчик называется главной загрузочной записью (MBR) и часто не зависит от операционной системы. Обычно он ищет активный разделы жесткого диска, загружает загрузочный сектор данного раздела и передает ему управление. Этот загрузочный сектор, как правило, зависит от операционной системы. Он должен загрузить в память ядро операционной системы и передать ему управление. Если активного раздела не существует, или загрузочный сектор активного раздела некорректен, MBR может загрузить резервный начальный загрузчик и передать управление ему. Резервный начальный загрузчик должен выбрать раздел (зачастую с помощью пользователя), загрузить его загрузочный сектор и передать ему управление.

Другие виды загрузочных последовательностей

Некоторые процессоры имеют другие режимы загрузки. Например, большинство цифровых сигнальных процессоров могут загрузиться в следующих режимах:

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

Микросхема BIOS рядом с батарейкой

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

Порядок загрузки на экране BIOS компьютера Lenovo. Если нигде загрузчика не будет, BIOS остановится и выдаст ошибку

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.

Загрузка операционной системы

Для понимания работы ОС необходимо уметь выделять основные части системы и их связи, т.е. описывать структуру системы. Для разных ОС их структурное деление может быть весьма различным. Наиболее общими видами структуризации можно считать два. С одной стороны, можно считать, что ОС разделена на подсистемы, соответствующие перечисленным выше группам функций. Такое деление достаточно обосновано, программные модули ОС действительно в основном можно отнести к одной из этих подсистем. Другое важное структурное деление связано с понятием ядрасистемы.

Ядро, как можно понять из названия, это основная, «самая системная» часть операционной системы. Имеются разные определения ядра. Согласно одному из них, ядро – это резидентнаячасть системы, т.е. к ядру относится тот программный код, который постоянно находится в памяти в течение всей работы системы. Остальные модули ОС являются транзитными, т.е. подгружаются в память с диска по мере необходимости на время своей работы. К транзитным частям системы относятся:

утилиты(utilities) – отдельные системные программы, решающие частные задачи, такие как форматирование и проверку диска, поиск данных в файлах, мониторинг (отслеживание) работы системы и многое другое;
системные библиотеки подпрограмм, позволяющие прикладным программам использовать различные специальные возможности, поддерживаемые системой (например, библиотеки для графического вывода, для работы с мультимедиа и т.п.);
интерпретатор команд– программа, выполняющая ввод команд пользователя, их анализ и вызов других модулей для выполнения команд;
системный загрузчик– программа, которая при запуске ОС (например, при включении питания) обеспечивает загрузку системы с диска, ее инициализацию и старт;
другие виды программ, в зависимости от конкретной системы.

< p>Базовая система ввода-вывода (БСВВ, BIOS) — набор программных средств, обеспечивающих взаимодействие ОС и приложений с аппаратными средствами. Обычно БСВВ представляет набор компонент — драйверов. Также в БСВВ входит уровень аппаратных абстракций, минимальный набор аппартно-зависимых процедур ввода-вывода, необходимый для запуска и функционирования ОС.

Современные процессоры имеют минимум два режима работы – привилегированный (supervisor mode) и пользовательский (user mode).

Отличие между ними заключается в том, что в пользовательском режиме недоступны команды процессора, связанные с управлением аппаратным обеспечением, защитой оперативной памяти, переключением режимов работы процессора. В привилегированном режиме процессор может выполнять все возможные команды.

Приложения, выполняемые в пользовательском режиме, не могут напрямую обращаться к адресным пространствам друг друга – только посредством системных вызовов.

Все компоненты операционной системы можно разделить на две группы – работающие в привилегированном режиме и работающие в пользовательском режиме, причем состав этих групп меняется от системы к системе.

Основным компонентом операционной системы является ядро (kernel). Функции ядра могут существенно отличаться в разных системах; но во всех системах ядро работает в привилегированном режиме (который часто называется режим ядра, kernel mode).

Термин ядро также используется в разных смыслах. Например, в Windows термин ядро (NTOS kernel) обозначает совокупность двух компонентов – исполнительной системы (executive layer) и собственно ядра (kernel layer).

Существует два основных вида ядер – монолитные ядра (monolithic kernel) и микроядра (microkernel). В монолитном ядре реализуются все основные функции операционной системы, и оно является, по сути, единой программой, представляющей собой совокупность процедур. В микроядре остается лишь минимум функций, который должен быть реализован в привилегированном режиме: планирование потоков, обработка прерываний, межпроцессное взаимодействие. Остальные функции операционной системы по управлению приложениями, памятью, безопасностью и пр. реализуются в виде отдельных модулей в пользовательском режиме.

Ядра, которые занимают промежуточные положение между монолитными и микроядрами, называют гибридными (hybrid kernel).

Примеры различных типов ядер:

монолитное ядро – MS-DOS,Linux, FreeBSD;
микроядро – Mach, Symbian,MINIX 3;
гибридное ядро –NetWare, BeOS, Syllable.

ОС Windows NT имеет монолитное ядро, однако, поскольку в Windows NT имеется несколько ключевых компонентов, работающих в пользовательском режиме, то относить Windows NT к истинно монолитным ядрам нельзя, скорее к гибридным.

Кроме ядра в привилегированном режиме (в большинстве операционных систем) работают драйверы (driver) – программные модули, управляющие устройствами.

В состав операционной системы также входят:

системные библиотеки (systemDLL – Dynamic Link Library, динамически подключаемая библиотека),преобразующие системные вызовы приложений в системные вызовы ядра;
пользовательские оболочки(shell), предоставляющие пользователю интерфейс – удобный способ работы соперационной системой.

Пользовательские оболочки реализуют один из двух основных видов пользовательского интерфейса:

текстовый интерфейс (Text UserInterface, TUI), другие названия – консольный интерфейс (Console UserInterface, CUI), интерфейс командной строки (Command Line Interface, CLI);
графический интерфейс (GraphicUser Interface, GUI).

Пример реализации текстового интерфейса в Windows – интерпретатор командной строки cmd.exe; пример графического интерфейса – Проводник Windows (explorer.exe).

Особую роль в структуре системы играют драйверы устройств. Эти программы, предназначенные для обслуживания конкретных периферийных устройств, несомненно, можно отнести к ядру системы: они почти всегда являются резидентными и работают в режиме ядра. Но в отличие от самого ядра, которое изменяется только при появлении новой версии ОС, набор используемых драйверов весьма мобилен и зависит от набора устройств, подключенных к данному компьютеру. В некоторых системах (например, в ранних версиях UNIX) для подключения нового драйвера требовалось перекомпилировать все ядро. В большинстве современных ОС драйверы подключаются к ядру в процессе загрузки системы, а иногда разрешается даже загрузка и выгрузка драйверов в ходе работы системы.

Загрузка операционной системы

Файлы операционной системы хранятся во внешней, долговременной памяти (на жестком, гибком или лазерном диске). Однако программы могут выполняться, только если они находятся в оперативной памяти, поэтому файлы операционной системы необходимо загрузить в оперативную память.

Диск (жесткий, гибкий или лазерный), на котором находятся файлы операционной системы и с которого производится ее загрузка, называется системным.

После включения компьютера производится загрузка операционной системы с системного диска в оперативную память. Загрузка должна выполняться в соответствии с программой загрузки. Однако для того чтобы компьютер выполнял какую-нибудь программу, эта программа должна уже находиться в оперативной памяти. Разрешение этого противоречия состоит в последовательной, поэтапной загрузке операционной системы.

Самотестирование компьютера. В состав компьютера входит энергонезависимое постоянное запоминающее устройство (ПЗУ), содержащее программы тестирования компьютера и первого этапа загрузки операционной системы — это BIOS (Basic Input/Output System — базовая система ввода/вывода).

После включения питания компьютера или нажатия кнопки Reset на системном блоке компьютера или одновременного нажатия комбинации клавиш на клавиатуре процессор начинает выполнение программы самотестирования компьютера POST (Power-ON Self Test). Производится тестирование работоспособности процессора, памяти и других аппаратных средств компьютера.

В процессе тестирования сначала могут выдаваться диагностические сообщения в виде различных последовательностей коротких и длинных звуковых сигналов (например, 1 длинный и 3 коротких — не подключен монитор, 5 коротких — ошибка процессора и так далее). После успешной инициализации видеокарты краткие диагностические сообщения выводятся на экран монитора.

Для установки правильной даты и времени, а также внесения изменений в конфигурацию аппаратных средств компьютера в процессе выполнения самотестирования необходимо нажать клавишу . Загрузится системная утилита BIOS Setup, имеющая интерфейс в виде системы иерархических меню. Пользователь может установить новые параметры конфигурации компьютера и запомнить их в специальной микросхеме памяти, которая при выключенном компьютере питается от батарейки, установленной на системной плате. В случае выхода из строя батарейки конфигурационные параметры теряются и компьютер перестает нормально загружаться.

Загрузка операционной системы. После проведения самотестирования специальная программа, содержащаяся в BIOS, начинает поиск загрузчика операционной системы. Происходит поочередное обращение к имеющимся в компьютере дискам (гибким, жестким, CD-ROM) и поиск на определенном месте (в первом, так называемом загрузочном секторе диска) наличия специальной программы Master Boot (программы-загрузчика операционной системы).

Если диск системный и программа-загрузчик оказывается на месте, то она загружается в оперативную память и ей передается управление работой компьютера. Программа ищет файлы операционной системы на системном диске и загружает их в оперативную память в качестве программных модулей (рис.).

Рис. Процесс загрузкиоперационной системы

Если системные диски в компьютере отсутствуют, на экране монитора появляется сообщение Non system disk, и компьютер зависает, то есть загрузка операционной системы прекращается и компьютер остается неработоспособным.

После окончания загрузки операционной системы управление передается командному процессору. В случае использования интерфейса командной строки на экране появляется приглашение системы к вводу команд. Приглашение представляет собой последовательность символов, сообщающих о текущем диске и каталоге. Например, если загрузка операционной системы была произведена с диска С:, а операционная система была установлена в каталог WINDOWS, то появится приглашение:

В случае загрузки графического интерфейса операционной системы команды могут вводиться с помощью мыши.

Статьи к прочтению:

Что происходит когда идет ЗАГРУЗКА в игре

Что именно происходит в процессе загрузки операционной системы?

Компьютер включается не сразу после нажатия кнопки подачи питания. Ему нужно время на подготовку преимущественно программного комплекса. Пользователю приходится ждать, пока тестируется оборудование и происходит загрузка операционной системы. Процесс отличается для различных версий Windows подходом к размещению ядра и прочих файлов ОС в оперативной памяти.

Как выполняется загрузка ОС

«Операционки», файлы которых хранятся на жестком или твердотельном накопителе, называют дисковыми. Для запуска ОС копии их критически важных компонентов необходимо поместить в оперативную память, причём в определённой последовательности. Этим занимается программа запуска, находящаяся на системном разделе. Разберёмся, что собой представляет процесс загрузки операционной системы Windows.

Предзагрузка или POST

Этап, общий для запуска всех компьютеров. Ещё называется инициализацией аппаратуры средствами BIOS/UEFI, самотестированием оборудования.

Состоит из более чем десятка этапов.

После подачи электропитания на материнскую плату тактовый генератор сбрасывает состояние ЦП в исходное.
Выполнение микропрограммы BIOS – проверяет хэши или целостность программ в ПЗУ.
Идентификация центрального процессора.
Распознавание основных аппаратных компонентов системной платы.
Проверка и выделение первых 64 КБ оперативной памяти под BIOS, настройка прерываний.
Тестирование CMOS, элемента её питания.
Поиск загрузочных накопителей (жёсткие, твердотельные накопители, флешки).
Идентификация системных и периферийных устройств.
Подключение видеосистемы, передача картинки на дисплей.
Тестирование незадействованной ОЗУ для выявления неполадок в её работе.
Инициализация разнообразных контроллеров: накопителей, дисководов, устройств ввода (клавиатуры).

На финальном этапе предзагрузки BIOS передает управление загрузчику. Дальнейший процесс – начальная загрузка операционной системы – зависит от установленной на компьютере версии Windows.

Этапы загрузки операционной системы для ОС Windows 7

Он обращается к первому сектору активного тома для считывания содержимого основной загрузочной записи (MBR).
Получив сведения о таблице разделов и адресе активного диска, MBR помещает в ОЗУ содержимое его первого сектора – запускает boot manager – файл bootmgr.
Последний считывает BCD (Boot Configuration Data) из каталога Boot на активном разделе.

Если на компьютере установлено несколько ОС, появится меню с предложением выбрать нужную. По истечении определённого времени (30 секунд) грузится указанная по умолчанию операционная система.

Далее активируется модуль winload. exe.
Он запускает следующие составляющие ядра Windows: файлы hal.dll, ntoskrnl.exe.
Далее стартуют критические сервисы, драйверы.

В это время на дисплее отображается логотип Windows 7.

Выполняется winlogon.exe, управляющий авторизацией пользователей.

Если на ПК один аккаунт без пароля – загрузится Рабочий стол, в ином случае нужно выбрать пользователя, указать пароль. Финальный этап – запуск оставшихся драйверов, приложений из автозагрузки, выполнение запланированных задач, прорисовка графического интерфейса, подготовка рабочего пространства.

Перечислите основные этапы загрузки устаревшей операционной системы компьютера.

Порядок загрузки операционной системы Windows 10 на компьютере

PreBoot – предзагрузка. EFI (на старых компьютерах BIOS) выполняет инициализацию POST.
После завершения самотестирования и обнаружения boot-раздела с него считывается первый сектор с загрузочной записью.
Стартует диспетчер запуска Windows 10, который помещает в память процесс winload.exe.
Тот занимается запуском ядра операционной системы.
После ядра грузятся основополагающие драйверы (с пометкой BOOT_START). Оно передаёт управление диспетчеру сеансов smss.exe.
Приложение подгружает оставшиеся драйверы (без метки BOOT_START), задействует периферийное оборудование.
Далее процедура переходит к процессу администратора Windows 10.
В память записывается файл для авторизации пользователей winlogon.exe – появится экран блокировки.

После можно выбирать аккаунт и загружать Рабочий стол, если установлен пароль или на ПК несколько учётных записей.

На компьютерах с новой средой UEFI вместо BIOS и таблицей разделов GPT, сменившей MBR, последовательность и этапы загрузки компьютера заметно отличаются.

Процедуру POST выполняет Platform Initialization (PI), а не BIOS. IP определяет причину старта: перезапуск, выход из сна. В состав этапа входит подготовка среды выполнения драйверов.
После тестирования оборудования запускается менеджер загрузки.
Последний определяется со списком драйверов и модулями UEFI, нужными на текущем этапе. Предлагает интерфейс для взаимодействия с пользователем.
Запускается загрузчик операционной системы или собственный UEFI OS loader, совместимый с EFI.
Далее задействуется рассмотренный ранее алгоритм с шага №3: стартует ядро, критические драйверы, менеджер сессий, службы, Проводник, прикладные программы.

Алгоритм применим только к накопителям с файловой таблицей GPT, которая заметно отличается от дисков с MBR.

В процессе загрузки операционной системы Windows происходит в разы больше событий. Мы описали её максимально просто.

В случае с UEFI появилась функция Fast Boot – быстрого старта. Platform Initialization пропускает часть операций инициализации аппаратных компонентов, которые Windows всё равно повторяет. Протокол Secure Boot предотвратит загрузку неподписанных драйверов, приложений, вредоносного ПО.

В процессе загрузки ОС происходит самотестирование аппаратного комплекса, предварительное считывание файлов в ОЗУ, запуск ядра Windows, её необязательных компонентов, затем – прикладного программного обеспечения.

Что такое ОС, операционная система — это программный комплекс

Операционная система (ОС) является системным программным обеспечением, благодаря которому приводится в действие технические средства компьютера. Это программное обеспечение координирующее работу ЭВМ и производящее управление другими программными модулями посредством скоординированной последовательности операций.

Представление об операционной системе

Функциональные характеристики ОС:

Осуществление работы компьютера, в том числе и персонального и его периферийных устройств по принципу ввода/вывода информации;
Обеспечивает систему, организовывающую и хранящую файлы;
Организовывает взаимодействие пользователя и компьютера.

Из чего состоит ОС

Ядро;
Командный модуль;
Комплекс драйверов;
Сервисные утилиты;
Оболочка.

Операционная система (ОС) является системным программным обеспечением, оно приводит в действие всю техническую составляющее любого из компьютеров, исключение могут представлять лишь микрокомпьютеры. Микрокомпьютерам, являющимися составляющими каких-либо приборов, такой программный комплекс не нужен, по причине того, что они в большинстве случае отвечают ка какую ни, будь конкретную функцию.
Не побоюсь назвать операционную систему сверх программой, перейдём к расшифровке выше сформулированной её составляющей.

Ядром операционной системы называют её основную часть, которая как раз и обеспечивает запуск всех действий, организует работу других программ и работу компонентов компьютерной системы. Процессы, происходящие в ядре ОС можно назвать организующей программно-аппаратной деятельностью.

Командный модуль — это программа, функцией которой является выполнение команд от пользователя компьютеру.

Драйвера это целый внутренний комплекс специальных программ для обеспечения корректной работы именно аппаратных устройств с операционной системой, проще говоря – это инструкция для управления операционной системой компьютерных комплектующих, периферии.

Утилиты — дополнительные программные средства, которые взаимодействуют с ПО для выполнения различных задач.

Для пользователя оболочка операционной системы, является очень важным элементом — графический интерфейс — это то, что пользователь видит на дисплее любого компьютерного устройства. Именно благодаря графической оболочки ОС появились персональные компьютеры.

Кроме того, современная операционная система может обладать разной разрядностью 32 и 64.

Как проходит работа операционной системы

ОС действует с применением системных вызовов. Это такой интерфейс между ОС и программой пользователя, который позволяет делать все операции с объектами – файлами и процессами. Программа пользователя делает системный вызов сервису операционной системы, далее она обращается в библиотеку с прописанными процедурами действий, которые загружают регистры, и осуществляется прерывание кода в процессоре.

Прерывание генерируется от внешнего устройства. Такие «Аппаратные прерывания» информируют процессор о совершении асинхронной операции. Аппаратное прерывание производится параллельно процессам обработки программного кода процессором.

Так действует код ядра ОС и выполняется адресным пространством. Ядро ОС обладает доступом к пространству памяти программы пользователя и только после того, как произойдёт системный вызов, происходит передача адреса памяти этой программы для осуществления вызова в ядро.

Вовремя функционирования ОС, могут появиться исключительные операции, приводящие к неработоспособности, которые возникают при попытке выполнить недопустимую команду, обращение без права доступа к ресурсу, обращение к несуществующему кластеру в памяти. Исключительные операции могут появляться так же и при синхронном режиме работы главного компьютерного программного обеспечения.

Как производится загрузка ОС

Процесс от загрузки до запуска операционных систем можно разделить на три этапа:

Этап первый. ПЗУ системного блока проводит проверку да диске наличие программы-загрузчика ОС и предаёт работу ОЗУ.

Этап второй. Программа загрузчик с помощью ОЗУ обращается к базовому модулю ОС и как следствие работа передаётся ему.

Этап третий. Основной загрузчик в базовом модуле запускает загрузку имеющейся операционной системы и только после этого вступает в свои права на управление командному модулю.

Наиболее популярные операционные системы

О наиболее популярных видах операционных систем можно прочитать в одноимённой статье. Разная организация принципов осуществления операций в системах различает и саму операционную систему:

Линукс – Linux;
Макинтош – MAC OS;
Андроид – Android.

Что такое ОС – это сокращение термина операционная система, что собственно было и продемонстрированно в статье. Вот какую ОС предпочесть, это дело выбора каждого, хотя большинство производителей диктуют свои правила продавая компьютеры с уже предустановленной операционной системой.

Что такое загрузчик? Как работает загрузчик?

Как компьютер переходит в операционную систему при нажатии кнопки питания?

Загрузчик очень важен для операционных систем. Тем не менее его часто упускают из виду как ключевой компонент компьютеров. Это происходит потому, что он играет свою роль в фоновом режиме, помогая активировать нужную операционную систему. Большинство процессорных плат в наших устройствах имеют предварительно загруженные на них программы. Эти программы известны как загрузчики.

В этой статье объясняется, что такое загрузчик и как он работает. Если вам интересно узнать, что такое загрузчик и как он работает, эта статья для вас.

Что такое загрузчик

Когда компьютер включен, он находится в чистом состоянии. Это означает, что в его памяти нет программ и доступ к его компонентам невозможен.

Загрузчик помогает загрузить операционную систему или среду выполнения, чтобы добавить программы в память и обеспечить доступ к компонентам. Он необходим для запуска процесса запуска, инициализации аппаратного обеспечения и передачи управления ядру, которое инициализирует операционную систему.

Ключевые компоненты загрузчика включают базовую систему ввода/вывода (BIOS), микропрограмму, находящуюся в памяти только для чтения (ROM) ПК. При включении компьютера BIOS запускается раньше, чем любая другая программа.

BIOS состоит из следующих компонентов:

POST (самотестирование при включении питания)
Загрузчик загрузочного сектора
Прерывания BIOS
Меню настройки

Меню Setup помогает настроить параметры загрузчика. В современных версиях BIOS используются различные параметры. К ним относится порядок загрузки, определяющий устройства, которые BIOS проверяет перед загрузкой.

bios menu bootloader

Загрузчик загрузочного сектора загружает в оперативную память первый 512-байтовый сектор с загрузочного диска. Он необходим для того, чтобы первый доступный блок памяти или сектор носителя был зарезервирован для записи.

Прерывания BIOS – это драйверы устройств, на которые полагаются загрузчики для доступа к экрану, клавиатуре и дискам. Не все операционные системы используют прерывания BIOS.

Помимо BIOS, существуют ПЗУ расширения. Основной BIOS может запускать ПЗУ расширения.

Загрузчик обычно состоит из трех программ:

Программа загрузочного сектора, непосредственно загружаемая BIOS во время загрузки.
Программа второго этапа, загружаемая программой загрузочного сектора для завершения процесса загрузки
Программа установки загрузчика для установки загрузчика и программы второго этапа на загрузочный диск.

UEFI BIOS

Развивающиеся требования пользователей компьютеров привели к созданию современного преемника BIOS.

UEFI (Unified Extensible Firmware Interface) – это мини-операционная система, которая загружает загрузчик в память перед выполнением дополнительных операционных процедур.

Хотя он имеет некоторые общие черты с BIOS, несколько ключевых различий заставили многих рассматривать UEFI как расширение, а не замену традиционной BIOS.

Одно из основных отличий UEFI от BIOS заключается в том, что UEFI предоставляет операционный интерфейс для компьютеров и использует новые механизмы и функции. Кроме того, хотя UEFI не определяет полностью, как должна программироваться микропрограмма, он влияет на интерфейс между микропрограммой и операционной системой.

Программа UEFI постоянно находится в микросхеме памяти на материнской плате. Это означает, что она сохраняется даже при отсутствии питания. Для связи между микропрограммой и операционной системой используется уникальный операционный уровень. Режим UEFI может быть инициализирован до запуска операционной системы.

К основным преимуществам UEFI относятся:

Не требует активной операционной системы для функционирования сети
Лучшее удобство использования благодаря использованию компьютерной мыши и графического интерфейса пользователя
Повышенная безопасность благодаря функции Secure Boot
Гибкая модульная структура, которая помогает адаптироваться к специальным аппаратным средам и профилям требований.
Менеджер загрузки, который управляет различными загрузчиками для различных операционных систем
Инструмент командной строки для проведения диагностики и устранения неполадок.

Целью Secure Boot является повышение безопасности. Части микропрограммы UEFI, загрузчика и ядра операционной системы должны быть проверены перед запуском. Компоненты проверяются с помощью криптографических цифровых подписей в базе данных подписей микропрограммы UEFI. Загрузка системы может быть отменена, если проверка безопасности не пройдена.

В профессиональных средах Secure Boot обычно используется с аппаратным компонентом. Модуль Trusted Platform Module (TPM) является ключевым компонентом Secure Boot, обеспечивающим функции безопасности для компьютеров.

Если сравнивать с традиционным способом загрузки системы BIOS, то UEFI и GPT дают следующие преимущества:

Позволяет одновременно устанавливать несколько операционных систем с собственными менеджерами загрузки.
Загружается быстрее, чем традиционные системы BIOS
Поддерживает приложения перед загрузкой

В наши дни для настроек, связанных с загрузкой, используется NVRAM (энергонезависимая память с произвольным доступом). Настройки сохраняются после выключения компьютера. При этом используется небольшое количество энергии от батареи материнской платы.

Как работает загрузчик?

После включения компьютера на экране появляется информация об установленном оборудовании. Загрузчик помещает свою операционную систему в память. Базовая система ввода/вывода (BIOS) выполняет тесты перед передачей управления на главную загрузочную запись (MBR), которая содержит загрузчик.

Многие загрузчики настроены так, чтобы предоставить пользователям различные варианты загрузки. Эти варианты включают различные операционные системы, различные версии одной и той же операционной системы, варианты загрузки операционной системы и программы, работающие без операционной системы.

В некоторых случаях устройство может иметь две операционные системы. На таких устройствах можно использовать загрузчики, чтобы автоматически запускать ту операционную систему, которую предпочитает пользователь. Загрузчик также может использоваться для загрузки операционной системы в безопасный режим для восстановления.

С помощью загрузчика можно загрузиться в программу без необходимости запускать операционную систему. Это может быть полезно для таких устройств, как игровые приставки. После того как диск с игрой вставлен в консоль и консоль включена, вместо экрана приветствия пользователь попадает прямо в игру.

Исключения и прерывания

Загрузчики очень важны для поддержания безопасности и архитектуры программного обеспечения. Исключения и прерывания могут по-разному обрабатываться загрузчиками и приложениями. Метод, которым связаны аппаратное и программное обеспечение, напрямую влияет на работу исключений и прерываний и на функциональность загрузчика.

Надеюсь вы поняли что такое загрузчик? Если у вас есть дополнения, можете написать в комментариях ниже, а я в свою очередь, добавлю ваши заметки в статью.