Алгоритм загрузки операционной системы. Что происходит с компьютером после включения
В компьютерных терминах многие из вас наверняка слышали понятие «BIOS компьютера» или просто «БИОС». Что же это такое, какую роль в компьютере выполняет и может ли быть нам чем-то полезно покопаться в Биосе? В сегодняшней статье я постараюсь раскрыть самые важные моменты из этой темы, которые обязательно рано или поздно пригодятся каждому осваивающему компьютер пользователю.
Самое распространённое, для чего простым пользователям может потребоваться BIOS – настройка компьютера на загрузку с диска / флешки / других устройств (помимо основного жёсткого диска), проверка температуры устройств и некоторых характеристик железа компьютера. В биосе загрузка с флешки настраивается аналогично загрузке с CD/DVD диска и этот процесс не сложный. Вы сможете сами в этом убедиться, ведь в данной статье вам будет представлена небольшая инструкция BIOS той версии, которая на сегодняшний день часто встречается на современных компьютерах!
Данная тема «просилась» на этот блог уже довольно давно – с тех пор, как я начал рассказывать о различных загрузочных программах, которые запускаются не как нам привычно из Windows, а ещё до её загрузки.
Например, в предыдущей своей статье я рассказывал, как создать загрузочную флешку с несколькими различными программами:
И для того чтобы с этой флешки загрузить компьютер, нередко приходится ворошить BIOS, настраивая загрузку с USB устройства, вместо HDD с которого привычно запускается Windows. Тоже самое касается и загрузки с CD/DVD дисков, ведь на сегодняшний день их единственная, на мой взгляд, полезная особенность – запись загрузочных программ . Для остальных функций сейчас проще использовать флешку или съемный HDD большого объёма.
Что же представляет собой система BIOS? Это отдельная подсистема ввода-вывода, в которой содержатся настройки оборудования компьютера, и которая выполняет его тестирование, а также отвечает за порядок и последовательность загрузки компьютера. Для новичков такого описания безо всяких сложных подробностей, считаю, будет достаточно. BIOS очень часто отличаются друг от друга и зависит это от модели материнских плат и самой версии BIOS на ней. В данной статье я буду рассматривать настройки на примере одной версии для ноутбука – AMI BIOS. В других системах bios вы всё равно сможете найти те же самые настройки, но вероятно под другими названиями и в других разделах. А описывать все настройки на примере разных версий БИОС не имеет смысла, так как всех версий не перечислить всё равно…
Разбор основных настроек биоса начну, пожалуй, с возможности выбора загрузочного устройства, поскольку это наиболее часто используемая функция:)
В некоторых компьютерах, если вставить в дисковод загрузочный диск с какой-либо программой (или флешку), после его перезагрузки начнёт автоматически производиться загрузка с этого подключённого устройства. Но так далеко не у всех! По собственному опыту могу сказать, что по умолчанию у большинства пользователей загрузка всегда идёт с жёсткого диска и загружается Windows, даже если в дисковод был вставлен нужный CD/DVD диск или подключена флешка.
Стоит отметить, что некоторые компьютеры (нет разницы, ноутбук или настольный компьютер) на сегодняшний день имеют BIOS, который разрешает безо всяких дополнительных настроек выбрать устройство, с которого хотим загрузиться, например – диск CD или флешка. Рассмотрим как это сделать…
Как загрузить некоторые компьютеры с диска / флешки без входа в BIOS!
Что значит «некоторые компьютеры»? Дело в том, что сейчас в большинстве новых компьютеров устанавливаются BIOS, которые по умолчанию не дают возможности загружаться ни с каких устройств, кроме жёсткого диска с установленной Windows. Новичкам это усложняет задачу, потому что для загрузки с флешки к примеру, придётся отключить / включить несколько функций и только после этого настраивать устройство, с которого будем загружаться.
Но в некоторых более старых версиях БИОС (в основном на компьютерах, выпущенных более года назад) имеется возможность быстро загрузиться с нужного устройства, даже не заходя в сами настройки. Для этого достаточно сразу же при включении компьютера с кнопки (или как только его перезагрузили) нажимать многократно одну и туже клавишу.
У каждого компьютера (в зависимости от установленной материнской платы) для этого может использоваться своя клавиша, но в основном это либо F12, либо ESC, либо F8.
Итак, чтобы выбрать устройство для загрузки на компьютерах с более старой версией BIOS, проделайте вот эти шаги:
Как войти в BIOS!
Если загрузиться с подключённой флешки или вставленного загрузочного диска не удаётся по описанным выше шагам, то вам придётся читать ниже, как настроить биос для установки порядка загрузки... Впрочем, BIOS нужен не только для выбора загрузочного устройства, но эта функция используется чаще всего, а все остальные могут и вообще никогда не применяться. И для новичков хождение по BIOS и его настройка может показаться сложной задачей, хотя на самом деле это лишь страшные слова:) В реальности сложность лишь в том, что BIOS на различных компьютерах могут отличаться. Но это не должно ни для кого стать проблемой, потому что различие лишь в расположении пунктов меню и некоторых дополнительных функциях. Основные функции, такие как, загрузка с других устройств, проверка температуры, характеристик железа, присутствуют обязательно в любой версии Биоса!
Загрузка bios, в зависимости от вашего компьютера может производиться различными клавишами. Самые распространённые – Del или F2. Одну из этих клавиш на клавиатуре нужно нажимать очень быстро и многократно в момент включения компьютера! (по принципу описанному ). Перезагрузите компьютер или включите его (если выключен) и сразу же в момент запуска очень быстро нажимаете одну из выше указанных кнопок на клавиатуре. Если вы нажимали быстро клавишу Del, но ничего не изменилось и компьютер начал загрузку Windows, то снова перезагружайтесь и пробуйте другую клавишу – F2. Иногда при включении компьютера на пару секунд в самом начале появляется окно с логотипом производителя материнской платы и внизу указана кнопка, которую нужно в вашем случае нажать для входа в BIOS. Но на современных компьютерах чаще всего никаких подсказок уже не показывается.
Когда вы войдёте в BIOS, то увидите примерно вот такой экран:
Примерно так выглядит биос современных ноутбуков и стационарных компьютеров. Вверху вы видите несколько вкладок – разделов.
Страница, на которую мы попадаем при входе в BIOS называется «Main». На ней можно увидеть основные характеристики вашего компьютера, такие как модель процессора и его частоту, количество установленной оперативной памяти, версию BIOS. Также в этом разделе обычно можно настроить системные дату и время, но эти опции должны быть изначально выставлены правильно автоматически и ничего настраивать в 99.9% случаев не придётся! А если у вас постоянно сбивается дата и время, то скорее всего вышла из строя батарейка, которая сохраняет настройки BIOS.
В первую очередь нас интересует в биосе загрузка с флешки. Рассмотрим как это сделать.
Настройка BIOS на загрузку с USB или других устройств кроме стандартного жёсткого диска!
Для этого в BIOS, как правило, предназначена вкладка «Boot». Для перехода между опциями биос на одной страницы и между вкладками, используются обычные стрелки на клавиатуре. Мышка в Биос работать не будет! Если конкретно пункта «Boot» у вас нет, то поищите похожий раздел. Он обязательно будет присутствовать.
Если на вкладке «Boot» вы видите подраздел «Boot Option Priorities» и в нём лишь единственная строка: «Windows Boot Manage», то значит у вас как раз-таки одна из современных версий BIOS, где нельзя по умолчанию выбрать в качестве загрузочного устройства что-то кроме жёсткого диска с установленной системой Windows. Вот как это выглядит:
В таком случае, чтобы включить нормальное загрузочное меню, придётся немного настроить биос. Для начала отключим защиту меню загрузки. Переходим на вкладку «Security» и в самом нижу выбираем опцию «Secure Boot Control», нажав «Enter». В появившемся окошке выбираем «Disabled» (т.е. «выключено»):
Теперь возвращаемся на вкладку «Boot» и отключаем быструю загрузку. Для этого выбираем в самом верху пункт «Fast Boot», нажимаем Enter и в появившемся окне выбираем «Disabled»:
Чтобы появилось загрузочное меню, осталось включить 2 опции, но они будут доступны только после перезагрузки.
Компьютер перезагрузится и вам нужно заново войти в BIOS, после чего вернуться на вкладку «Boot». Вверху выбираем опцию «Launch CSM» и активируем её, выбрав «Enabled»:
И теперь появится последняя опция, которую мы тоже включим – «Launch PXE OpROM»:
Всё! Мы активировали загрузочное меню и теперь перед тем как настраивать дальше, сохраним все настройки. Нажимаем F10 и выбираем «Yes».
Теперь у вас уже должно работать обычное загрузочное меню, которое вызывается чаще всего одной из клавиш: F12, F8, Esc. Попробуйте открыть загрузочное меню . Если вдруг меню открывается, то тогда придётся дальше копаться в Биосе:)
Переходим сразу к случаю, если простое загрузочное окно открыть не удаётся. В таком случае перезагружаем компьютер и снова входим в BIOS. Возвращаемся на всё туже вкладку «Boot». Теперь эта вкладка будет выглядеть немного иначе:
Подраздел «Boot Option Priorities» теперь состоит из нескольких пунктов, а не одного единственного, как это было ранее. А это значит, что теперь мы можем задать вручную порядок загрузки компьютера. То что вы видите под номерами #1, #2, #3 и далее – устройства, с которых может попытаться загрузиться ваш компьютер.
Принцип загрузки таков: сначала компьютер пробует загрузиться с самого первого устройства из списка (в моём случае это «Windows Boot Manage» — т.е. жёсткий диск с установленной Windows). Если данного устройства не найдено в компьютере или на нём нет программы, которую можно загрузить, то компьютер переходит к попытке загрузиться со второго по списку устройства (в моём примере это «Seagate» — внешний USB жёсткий диск). В случае если с моего USB жёсткого диска нет возможности загрузиться, то далее будет попытка загрузиться с вставленного в дисковод CD/DVD диска (пункт «P2: MATSHITADVD-RAM» в моём примере). И так далее до тех пор, пока не найдётся устройство, с которого в данный момент можно загрузиться и произойдёт загрузка с него. Если же вдруг ни с одного из устройств компьютер загрузиться не может (к примеру, отключён стандартный жёсткий диск, на USB диске нет ничего откуда можно было бы загрузиться, а в дисководе не вставлен диск), то компьютер просто покажет ошибку «disk boot failure» или подобную.
Нам нужно сделать так, чтобы первым в списке стояло то устройство, с которого мы хотим загрузиться. Предположим, что хотим загрузиться с вставленного USB жёсткого диска или флешки. Для этого выбираем стрелками на клавиатуре первый пункт и нажимаем клавишу Enter. В появившемся окне выбираем нужное устройство. У меня в качестве USB подключен внешний жёсткий диск Seagate, поэтому его и выбираю, нажав «Enter»:
Теперь на первой строчке вы увидите новое выбранное только что устройство:
В таком случае, получается, что компьютер при включении в начале будет пытаться загрузиться с USB жёсткого диска, а только потом уже (если загрузиться с него не удастся по какой-то причине) со 2-го по списку устройства. Точно также вы можете выставить и загрузку с CD/DVD диска.
Вот таким вот, согласитесь, не особо сложным образом настраивается в биосе загрузка с флешки (да и вообще любого USB накопителя), CD/DVD диска. Думаю, этот момент теперь вам ясен:)
А теперь продемонстрирую ещё одну функцию БИОС, которая может кому-то быть полезной – возможность установки пароля на вход в настройки Биоса и на загрузку с жёсткого диска.
Как защитить настройки BIOS и возможность загрузки с жёсткого диска паролем!
Система BIOS любого компьютера позволяет запаролить как сами настройки, так и возможность загрузиться с жёсткого диска. Это может понадобиться для защиты доступа к компьютеру, ведь не зная пароля, никто не сможет попасть в настройки BIOS (например, даже по случайности) и что-то там натворить, а также загрузить операционную систему не получится даже до окна входа авторизации (входа в систему).
Рассмотрим возможности установки пароля на той же версии БИОС, которую вы видели на изображениях выше.
За установку паролей, в BIOS отвечает раздел «Security» и в нём мы видим 2 подраздела:
В первом подразделе имеется 2 активных пункта: Administrator Password и User Password. Всё это отвечает за защиту самих настроек BIOS.
А ниже видим ещё один подраздел – «HDD Password Status». В нём 2 активных пункта и отвечают они за возможность установки пароля на загрузки самой системы с жёсткого диска. Т.е. установив пароль в этом подразделе, никто в результате не сможет загрузиться систему, находящуюся на жёстком диске, пока не введёт правильный пароль.
Доступ настраивается очень просто, и я покажу это на примере.
Включение пароля для входа в настройки BIOS.
Чтобы создать пароль для защиты настроек BIOS, необходимо на вкладке безопасности Биоса (Security) указать 2 пароля – Администраторский и Пользовательский (т.е. Administrator и User). Если пользователь затем введёт пользовательский пароль, то он сможет войти в настройки BIOS, но не сможет ничего там изменить кроме своего пользовательского пароля. Т.е., проще говоря, войдёт в BIOS в режиме просмотра / чтения. А если же пользователь введёт пароль Администратора, то он получит доступ ко всем настройкам BIOS, т.е. – полный доступ.
Чтобы включить пароль выбираем (при помощи стрелок «вниз/вверх» на клавиатуре) «Administrator Password» и нажимаем «Enter»:
Появится маленькое окно с полем для ввода нового пароля. Придумайте и введите пароль администратора, после чего нажмите «Enter»:
Ограничений на ввод пароля нет, он может быть даже самым простым.
Вы получите сообщение о том, что пароль установлен:
Теперь откройте пункт «User Password» и повторив шаги выше, установите пароль с пользовательским доступом.
Теперь можно проверить результат, а для этого нужно выйти из BIOS с сохранением настроек (клавиша F10 и ответ «Yes») и снова попытаться войти в BIOS.
Как видим, требуется пароль! В это окно можно ввести либо User пароль, либо Administrator и в зависимости от этого получить либо просто доступ в режиме чтения, либо полный контроль настроек.
Теперь посмотрим как установить пароль на загрузку с жёсткого диска.
Включение пароля на загрузку с жёсткого диска.
Принцип установки пароля на жёсткий диск совершенно аналогичен, с отличием лишь в названиях самих пунктов настроек:) В этом случае нам тоже нужно будет установить 2 пароля: «Master Password» и «User Password». Находятся эти пункты под заголовком «HDD Password Status».
Для начала устанавливаем Master пароль, а затем User:
Вам нужно будет придумать и ввести пароль, после чего подтвердить его. В общем всё также, как я описывал .
После того, как пароль будет установлен, напротив надписи «HDD Password Status» будет стоять «INSTALLED»:
Сохраняем настройки, выходим из системы BIOS и проверяем что же у нас получилось…
Итак, после того как компьютер с сохранёнными настройками BIOS перезагрузится, система загрузиться не сможет и вместо привычной загрузки мы увидим вот такое окно или подобное ему:
Заголовок окна «HDD Password» означает, что загрузка с жёсткого диска возможна только по паролю. Пока вы не введёте пароль User или Master, систему загрузить будет невозможно!
Однако, способ сбросить пароль конечно же есть, как без этого:) Но сделать это додумаются, поверьте, далеко не все, а иногда это и вовсе слишком уж сложно. Для сброса пароля BIOS на некоторых материнских платах достаточно вынуть батарейку. Она в виде таблетки, расположена на материнской плате. Вот, например:
Подержав батарейку секунд 10-15 в руке и вставив обратно, настройки будут сброшены. Но не на всех платах это работает. Иногда требуется ещё на плате переставить перемычку CMOS.
А в ноутбуках сбросить пароль вообще проблема, поскольку разобрать любой ноутбук совсем не просто для новичка:) Да и профессионал провозится за этим делом полчасика:) И всё это ради сброса пароля, стоит ли того? Системный блок обычного стационарного компьютера разобрать куда легче, и то мало кто додумается…
А в целом, функция установки паролей может кому-то и пригодится.
Ну вот мы рассмотрели те функции, которые могут пригодиться рядовым пользователям компьютера. Основное – настройка порядка загрузки. Я сам лично, по большей части, заходил в BIOS лишь для того чтобы выставить загрузку с диска или флешки.
Напомню, что все версии BIOS имеют одинаковый набор самых необходимых функций и всё отличие упирается лишь в интерфейс и называния опций. Зайдя в другой BIOS, вы уже, по крайней мере, будете не бездумно лазить по настройкам, а с определённой целью – найти, к примеру, где выставляется порядок загрузки.
Буду рад, если моя инструкция BIOS окажется полезной:)
Всем хорошего дня и до встречи в следующих моих статьях! ;)
Что означают слова «мой компьютер не запускается»?
Каждый сетевой администратор постоянно сталкивается с ситуацией, когда пользователи, жалующиеся на неполадки, произносят туманную фразу, которая может слегка испортить настроение: «Компьютер не запускается!» Обычно при этом пользователи сообщают, что нечто непредвиденное произошло в процессе загрузки - либо во время самотестирования компьютера (Power On Self Test, POST), либо во время процедур начальной загрузки Windows. Для диагностики и устранения подобных проблем администратор должен понимать, что происходит в процессе загрузки.
Термин «сбой в процессе загрузки» относится и к аппаратным проблемам, и к проблемам операционной системы. Во времена компьютеров с MS-DOS, POST занимал больше времени, чем загрузка операционной системы, и аппаратура была источником большинства проблем при начальной загрузке. За последние годы аппаратное обеспечение стало более надежным, а благодаря развитым функциям BIOS возможности мониторинга, диагностики и управления оборудованием стали значительно шире. Поэтому в ситуации сбоя во время загрузки пользователи, скорее всего, сталкиваются именно с проблемой операционной системы. Давайте последовательно изучим процесс начальной загрузки, наблюдая, что происходит на каждом этапе, и уясним смысл каждого появляющегося сообщения об ошибке. Для удобства будем предполагать, что используются Windows 2000 или более поздние версии.
Включение питания
Не жалуется ли пользователь, что ничего не происходит, когда он нажимает кнопку питания? Если да, то сначала проверьте кабель.
Вот старый администраторский трюк на случай, если проходится иметь дело с выключенным из розетки компьютером при разговоре с пользователем по телефону. Пользователи часто не проверяют, включен ли их компьютер в розетку, а когда вы указываете им на такую возможность, возмущаются. Пользователь может воскликнуть: «Конечно, он включен!», но следует проверить, правда ли это. Попросите пользователя вынуть вилку из розетки и вставить заново, ссылаясь на необходимость «проверить полярность». Постарайтесь не хихикать. Просто невероятно, как часто пользователи отвечают: «О, сработало!»
Если дело не в вилке, то, возможно, в источнике бесперебойного питания - тоже уязвимом аппаратном компоненте системе. Источники бесперебойного питания стоят недорого, но замена аккумуляторов в них - утомительная и трудоемкая задача.
Проверка оборудования и BIOS
Если пользователь видит сообщение об ошибке в процессе POST или если компьютер просто зависает, прежде чем запускается операционная система, значит, проблема в оборудовании или в BIOS. Система выводит на экран сообщения об ошибках оборудования и BIOS и подает характерные звуковые сигналы. Некоторые ошибки BIOS выводятся в виде чисел и некогда все производители BIOS использовали одни и те же числа (те, что придумали в IBM), но теперь все изменилось. Теперь, чтобы интерпретировать номер ошибки, администратору требуется документация, пришедшая вместе с компьютером. Также можно поискать ее на Web-сайте производителя BIOS. Однако, скорее всего, на экране появится текст, а не числа, например Hard drive controller failure («Ошибка контроллера жесткого диска») или забавное сообщение Keyboard error, press F1 to continue («Ошибка клавиатуры, нажмите F1 для продолжения»).
Возможно, появится сообщение об ошибке, относящейся к проблемам с памятью. Когда-то память имела дополнительный компонент, называвшийся «чип четности», и частью теста BIOS была проверка на четность. Компоненты памяти больше не содержат чип четности, поскольку теперь в этом нет необходимости: производители памяти так продвинулись по пути совершенствования своих продуктов, что ошибки памяти стали крайне редки. Тем не менее после добавления в компьютер памяти при последующей загрузке может появиться сообщение об ошибке памяти. Сообщение содержит примерно такой текст: Mismatched memory information («Несоответствие параметров памяти»). В действительности это сообщение является подтверждением того, что система видит установленную память, но обнаружила, что она не соответствует общему количеству, записанному в CMOS.
Чтобы решить эту проблему, можно попробовать перезагрузить компьютер и войти в режим настройки BIOS. По своему опыту знаю, что стоит только нажать клавиши, необходимые для вызова окна BIOS, как сразу же автоматически выполняется корректный подсчет памяти, и все, что остается сделать, это выйти из программы настройки BIOS. Вход в программу настройки BIOS вызывает проверку счетчика памяти и его регулировку относительно имеющейся физической памяти.
Если после добавления в компьютер памяти система выдала сообщение об ошибке, в котором не говорится о разночтении в подсчете объема памяти, значит, проблема оказалась серьезнее. Система не распознает новую память. Эта ситуация почти всегда вызвана неаккуратными действиями при установке памяти, такими как использование неверного слота. В то же время мне доводилось видеть, как проблема вызывалась установкой памяти неверного типа (например, установкой плат памяти DRAM в старый компьютер с Enhanced Data Output, EDO), когда материнская плата не была предназначена для установки памяти смешанного типа, SIMM и DIMM, или когда материнская плата не воспринимала смешивание плат памяти с разными скоростями. Некоторые материнские платы при добавлении памяти нуждаются в изменении положения двухпозиционных переключателей и перемычек, хотя такие требования становятся все менее распространенными. Чтобы избежать подобных проблем, всегда перед добавлением памяти проверяйте документацию материнской платы.
Если во время POST обнаруживается ошибка жесткого диска, значит, работа предстоит немалая. Вообще-то я обнаружила, что в половине случаев проблема оказывается в контроллере, а не в самом диске, и замена контроллера позволяет диску нормально выполнять загрузку с сохранением всех данных неповрежденными (все гениальное просто!). Если контроллер жесткого диска первоначальной комплектации выходит из строя, не нужно сразу бежать за новой материнской платой. Достаточно купить новый контроллер. Вместо поиска встроенной микросхемы прочитайте в документации к материнской плате, что необходимо сделать, чтобы BIOS видел новую плату.
Если проблема действительно в диске, задача не ограничивается только заменой контроллера. Помимо замены диска придется переустановить операционную систему и приложения, а также выполнить восстановление данных из резервной копии, которая, конечно, датирована вчерашним днем, не правда ли?
Управление передается записи Master Boot Record
Далее компьютер начинает загрузку операционной системы. Во время установки программа загрузки Windows помещает данные на первый сектор главного раздела компьютера (загрузочный сектор). Эти данные - не что иное, как Master Boot Record, MBR (главная загрузочная запись), которая содержит исполняемые команды. Программа установки также копирует два файла, инициирующие начальный этап загрузки Windows, - Ntldr и Ntdetect - в корневой каталог загрузочного диска. Кроме того, Windows Setup копирует boot.ini, файл, содержащий параметры загрузки, в корневой каталог загрузочного диска.
Кроме исполняемых команд, MBR содержит таблицу, определяющую расположение главных разделов диска. При установке Windows необязательно делать так, чтобы системный раздел и загрузочный раздел совпадали, хотя это распространенный подход. Загрузочные файлы Windows расположены в системном разделе, а файлы операционной системы - в загрузочном (логика именования отстала от жизни).
Системный раздел содержит файлы привязки к аппаратным компонентам, которые необходимы для загрузки Windows, включая MBR. Этот раздел должен быть главным разделом и отмечается как активный. Это всегда диск 0, поскольку именно к этому диску обращается BIOS, чтобы передать процесс загрузки файлу MBR. Загрузочный раздел содержит файлы операционной системы (папка \%systemroot%) и файлы поддержки операционной системы (\%systemroot%System).
На последнем шаге аппаратной части начальной загрузки компьютер считывает файл MBR в память и передает управление компьютером коду в MBR. Исполняемый код просматривает таблицу главного раздела и ищет отметку, указывающую на загружаемый раздел. Когда MBR находит первый загружаемый раздел, он считывает первый сектор раздела, который является загрузочным сектором.
Запуск Ntldr
Код загрузочного сектора считывает Ntldr в память, чтобы запустить процесс начальной загрузки операционной системы. В Ntldr хранится доступный только для чтения код NTFS и FAT. Он начинает работать в реальном режиме, и первая выполняемая им задача заключается в переключении системы в некоторую форму защищенного режима. Более подробно об этих режимах рассказано во врезке «Реальный режим против защищенного». Этот первоначальный вариант защищенного режима не может в полной мере выполнять аппаратно-зависимых преобразований, которые обеспечивают защиту оборудования, - данная функция становится доступной, когда операционная система загрузится полностью.
Теперь вся физическая память доступна операционной системе, и компьютер работает как 32-разрядная машина. Ntldr делает возможной постраничную загрузку и создает таблицы страниц. Затем Ntldr считывает boot.ini из корневого каталога и, если на машине многовариантная загрузка или если выполнена настройка boot.ini на отображение меню, на экране появляется меню выбора вариантов загрузки. Если Ntldr отсутствует или поврежден, система выдаст сообщение об ошибке Ntldr is missing. Press Ctrl-Alt-Del to restart.
Не стоит зря тратить время, выполняя предложенное действие: после очередного цикла система вернется к тому же сообщению. Необходимо заменить Ntldr. Если создан загрузочный флоппи-диск, можно использовать его для копирования Ntldr в корневой каталог основного загрузочного диска (обычно C). Если Ntldr отсутствует, следует просто скопировать его. Если файл имеется на жестком диске, возможно, он поврежден. Для того чтобы заменить его, сначала нужно изменить его атрибут «только для чтения». Если загрузочного флоппи-диска под рукой нет, придется запустить программу Setup с компакт-диска Windows и выбрать Repair.
Запуск Ntdetect
Ntldr запускает Ntdetect, который запрашивает BIOS системы о данных конфигурации устройств. Система отправляет информацию, которую Ntdetect собирает в реестр и помещает в подразделы HKEY_LOCAL_MACHINEHARDWARE DESCRIPTION.
Если возникнет какая-нибудь проблема с Ntdetect (утрата или повреждение), возможно, система не выдаст никакого сообщения об ошибке. Обычно в таком случае процесс загрузки просто останавливается. Единственным действенным средством при утрате или повреждении файла Ntdetect является его замена. Необходимо воспользоваться для загрузки загрузочным флоппи-диском, затем скопировать Ntdetect с этого флоппи-диска в корневой каталог жесткого диска. Или же запустите Setup с компакт-диска Windows и выберите Repair.
Запуск Ntoskrnl и загрузка HAL
После того как Ntdetect закончит выполнение подпрограмм проверки оборудования, он передает процесс загрузки обратно файлу Ntldr, который запускает ntoskrnl.exe и загружает.dll-файл Hardware Abstraction Layer (HAL). (Оба файла расположены в папке \%systemroot%system32.) Ntoskrnl - это главный файл ядра Windows и исполнительных подсистем. Он содержит Executive, Kernel, Cache Manager, Memory Manager, Scheduler, Security Reference Monitor и другие. Именно Ntoskrnl приводит в действие Windows. Для работы Ntoskrnl необходим файл hal.dll, который содержит код, позволяющий оборудованию взаимодействовать с операционной системой.
На экране может появиться сообщение об ошибке, говорящее о наличии проблемы с Ntoskrnl, но почти всегда это сообщение фиктивно и появляется потому, что ссылка на папку в boot.ini не совпадает с именем папки, в которую были установлены системные файлы Windows.
Как правило, это означает, что кто-то переименовал папку \%systemroot% или создал новую папку и переместил в нее файлы Windows. В таком случае нужно переместить файлы обратно в то место, которое указано в boot.ini. Если boot.ini. был кем-то отредактирован, следует исправить эту ошибку.
Загрузка драйверов и служб
Теперь Ntldr загружает низкоуровневые системные службы и драйверы устройств, но службы не инициализируются - это происходит позже. На этом фаза начальной загрузки завершается и начинается процесс основной загрузки (load sequence или kernel phase).
При загрузке системных служб и драйверов устройств Ntldr следует определенному порядку. В процессе установки Windows драйверы и системные службы копируются на компьютер, а информация о них записывается в реестр. Данные в реестре представляют собой шестнадцатеричную запись, оканчивающуюся числом в круглых скобках. Это число и определяет порядок, в котором Ntldr загружает драйверы и системные службы. Для примера следует открыть реестр и перейти в раздел HKEY_LOCAL_MACHINESYSTEM CurrentControlSetServices. На экране появится длинный список служб и драйверов устройств. Выберите любой подраздел и взгляните на данные типа REG_DWORD под именем Start.
- (0) означает, что служба загружается во время фазы основной загрузки.
- (1) означает, что служба загружается во время фазы инициализации (следующая фаза).
- (2) означает, что служба загружается во время фазы загрузки, предназначенной для служб.
- (3) означает, что служба включена, но не инициализируется (запуск службы осуществляется вручную через оснастку Services консоли Microsoft Management Console (MMC)).
- (4) означает, что служба отключена.
Загрузка операционной системы
Ntoskrnl начинает загрузку операционной системы. Инициализируется ядро Windows и загружаются и инициализируются подсистемы. Эти действия формируют базовые элементы, необходимые для завершения загрузки операционной системы. Загрузочные драйверы, которые модуль Ntldr загрузил ранее, теперь инициализируются, вслед за чем инициализируются оставшиеся драйверы и службы. Когда инициализируются драйверы первого уровня, может возникнуть проблема в виде ошибки STOP или Blue Screen of Death. Это почти всегда бывает в процессе первой загрузки после обновления какого-либо драйвера. Во время инициализации драйвера файлом Ntoskrnl операционная система отторгает его.
Для решения проблемы необходимо перезагрузить компьютер, нажать F8 для отображения меню дополнительных возможностей (Advanced Options) и выбрать вариант загрузки последней успешной конфигурации (Last Known Good Configuration), соответствующей предыдущей версии драйвера.
Теперь ядро Windows и исполняющие модули работоспособны. Программа Session Manager Subsystem (smss.exe) настраивает пользовательскую среду. Система выполняет сверку с реестром, для того чтобы иметь возможность начать загрузку оставшихся драйверов и программного обеспечения, которые необходимо добавить. Ядро операционной системы также загружает файлы kernel32.dll, gdi32.dll и user32.dll, которые обеспечивают программное обеспечение пользователя доступом к Win32 API.
Регистрация компьютера в домене
В то время когда загрузка ядра и инициализация драйверов еще не закончилась, компьютер регистрируется в домене. Используя учетную запись компьютера (уникальное имя с собственным паролем), компьютер открывает защищенный канал к контроллеру домена (DC). Все это происходит до того, как на экране появляется диалоговое окно для регистрации пользователя в системе.
Учетные записи компьютера используются между клиентскими компьютерами (включая автономные серверы) и контроллерами доменов. В пределах одного домена один и тот же процесс происходит с участием нескольких DC. Поэтому важен порядок, в котором включаются компьютеры после штатного отключения. Защищенный канал используется компьютерами для обмена информацией, необходимой для аутентификации и авторизации. Учетные записи компьютера повышают безопасность сети, гарантируя, что пытающийся отправить важную информацию компьютер действительно является членом домена.
В качестве дополнительной меры безопасности компьютеры (как и пользователи в сети с усиленной настройкой системы безопасности) должны периодически менять пароли. По умолчанию интервал смены пароля составляет 30 дней. Когда настает время менять пароль, компьютер генерирует новый пароль и отправляет его по защищенному каналу (доступ к которому он получил, используя предыдущий пароль) на ближайший DC. В дальнейшем для доступа к защищенному каналу компьютер должен использовать новый пароль.
DC немедленно обновляет свою базу данных и реплицирует изменение пароля компьютера на другие DC домена. Пароли учетных записей компьютера содержат отметку о событии первостепенной важности (Announce Immediately), поэтому они не дожидаются следующей репликации DC по расписанию. Иногда эти события могут вызывать заметное снижение производительности. Если у многих или у всех компьютеров домена срок действия паролей заканчивается в один и тот же день, работа, которую должны будут выполнить контроллеры домена, сразу же затормозит другие важные задачи DC, такие как аутентификация пользователей или выполнение запланированных репликаций. Ситуация может осложниться еще и в том случае, если DC предоставляет другие услуги, такие как, например, услуги сервера DNS. Можно изменить способ обслуживания паролей компьютера для домена, для организационной единицы (OU) и для индивидуального компьютера, хотя стремление повысить производительность путем настройки компьютеров по одному неэффективно. В следующей статье я планирую рассказать о методах изменения процедуры регистрации компьютера в домене.
Загрузка служб регистрации пользователя
Подсистема Win32 запускает winlogon.exe, которая выводит на экран диалоговое окно регистрации пользователя и загружает процесс Local Security Authority (lsass.exe). Начинается процесс регистрации, и пользователь должен ввести имя и пароль в диалоговом окне Windows Log On To. Если пользователь указывает правильные имя и пароль, система завершает процесс регистрации, и пользователь может начинать работать. В этот момент загрузка Windows окончена, а текущие параметры загрузки сохраняются в так называемой последней успешной конфигурации (Last Known Good Configuration). Нужно иметь в виду, что успешная регистрация пользователя необходима для сохранения Last Known Good Configuration.
Действительно, сбои во время загрузки мешают всем - и пользователям, и администраторам. Однако, если досконально разобраться в процессе загрузки, проблемы становятся менее устрашающими и администраторам удается без труда решить их.
Реальный режим против защищенного
Тем, кто работает с компьютерами со времен DOS, будет легко понять разницу между реальным и защищенным режимом. Но для тех, чье знакомство с компьютером состоялось после распространения Windows, она может быть не столь очевидной.
Если компьютер работает в реальном режиме, программы взаимодействуют непосредственно с его портами и устройствами. Например, когда происходит печать документа, программа отправляет поток данных прямо на порт принтера. Однако эта парадигма не подходит для многозадачной операционной системы. Представьте, что произойдет, если несколько программ станут одновременно отправлять потоки данных на порты компьютера. Порты недостаточно интеллектуальны и не имеют никакой возможности фильтровать или упорядочивать потоки данных в соответствии с отправляющими программами.
Если компьютер работает в защищенном режиме, порты и устройства системы защищены от приложений, которые их используют. Программа полагает, что отправляет данные на порт, но это виртуальный порт. Операционная система перехватывает поток данных и управляет им так, чтобы все приложения имели равный доступ к устройствам и чтобы данные каждого приложения не смешивались с данными других приложений.
Кэти Ивенс ([email protected]) - редактор Windows & .NET Magazine. Является соавтором более 40 книг по компьютерной тематике, включая «Windows 2000: The Complete Reference»
3.3. Процесс загрузки компьютера
Многие, прочитав заглавие, улыбнутся: ну что же здесь сложного? Однако вдумайтесь: что же происходит с ПК после нажатия кнопки Power (включение питания) ? Этот вопрос редко задают себе как начинающие, так и опытные пользователи. Автору приходилось задавать его и специалистам в области компьютерной техники, но исчерпывающих ответов было мало. Тем не менее, при сбоях или отказе компьютера знание основ процесса начальной загрузки во многих случаях помогает обнаружить или быстро локализовать неисправность.
Для конкретизации изложения рассмотрим процесс загрузки компьютера, оснащённого материнской платой, на которой установлен BIOS AWARD и Intel-совместимый микропроцессор, а в качестве ОС – Windows 98.
После нажатия кнопки Power источник питания выполняет самотестирование. Если все напряжения соответствуют номинальным, источник питания спустя 0,1...0,5 с выдаёт на материнскую плату сигнал PowerGood, а специальный триггер, вырабатывающий сигнал RESET, получив его, снимает сигнал сброса с соответствующего входа микропроцессора. Следует помнить, что сигнал RESET устанавливает сегментные регистры и указатель команд в следующие состояния (не используемые в реальном режиме биты не указываются) : CS = FFFFh; IP = 0; DS = SS = ES = 0 и сбрасывает все биты управляющих регистров, а также обнуляет регистры арифметическо-логического устройства. Во время действия сигнала RESET все три стабильные буферные схемы переходят в высоко импендансное состояние. С момента снятия этого сигнала микропроцессор начинает работу в реальном режиме и в течение примерно 7 циклов синхронизации приступает к выполнению инструкции, считываемой из ROM BIOS по адресу FFFF:0000. Размер области ROM BIOS от этого адреса до конца равен 16 байт, и в ней по указанному адресу записана команда перехода на реально исполняемый код BIOS. В этот момент процессор не может выполнять никакую другую последовательность команд, поскольку нигде в любой из областей памяти, кроме BIOS, её просто не существует. Последовательно выполняя команды этого кода, процессор реализует функцию начального самотестирования POST (Power-On Self Test) . На данном этапе тестируются процессор, память и системные средства ввода/вывода, а также производится конфигурирование программно-управляемых аппаратных средств материнской платы. Часть конфигурирования выполняется однозначно, другая часть может определяться положением джамперов (перемычек или переключателей) системной платы, но ряд параметров возможно (а иногда и необходимо) устанавливать пользователю. Для этих целей служит утилита Setup, встроенная в код BIOS. Параметры конфигурирования, установленные с помощью этой утилиты, запоминаются в энергонезависимой памяти, питаемой от миниатюрной батарейки, размещённой на материнской плате. Часть из них всегда хранится в традиционной CMOS Memory, объединённой с часами и календарём RTC (Real Time Clock) . Другая часть (в зависимости от фирмы-производителя) может помещаться и в энергонезависимую (например, флэш) память (NVRAM) . Кроме этой части статически определяемых параметров, имеется область энергонезависимой памяти ESCD для поддержки динамического конфигурирования системы Plug and Play, которая может автоматически обновляться при каждой перезагрузке компьютера.
Утилита BIOS Setup имеет интерфейс в виде меню или отдельных окон, иногда даже с поддержкой мыши. Для входа в Setup во время выполнения POST появляется предложение нажать клавишу DEL. В других типах BIOS (в отличие от указанного выше) для этого может использоваться сочетание клавиш Ctrl+Alt+Esc, Ctrl+Esc, клавиша Esc, бывают и другие варианты (например, нажать клавишу F12 в те секунды, когда в правом верхнем углу экрана виден прямоугольник) . В последнее время появились версии BIOS, в которых вход в Setup осуществляется нажатием клавиши F2, однако чаще клавиши F1 или F2 используются для вызова меню Setup, если POST обнаружит ошибку оборудования, которая может быть устранена сменой начальных установок. Для некоторых BIOS удержание клавиши INS во время POST позволяет установить настройки по умолчанию, отменяя все ускорители . Это бывает удобно для восстановления работоспособности компьютера после попыток его неудачного «разгона». Выбранные установки сохраняются при выходе из Setup (по желанию пользователя) и начинают действовать с момента следующего выполнения POST.
При выполнении каждой подпрограммы POST записывает её сигнатуру (код) в диагностический регистр. Этот регистр физически должен располагаться на специальной плате диагностики (сигнатурном анализаторе, или так называемой POST-карте) , устанавливаемой в слот системной шины при анализе неисправности. Такие POST-карты бывают в двух исполнениях: для шин ISA и PCI. На данной плате обязательно устанавливается двухразрядный семисегментный индикатор, высвечивающий содержимое регистра диагностики. Возможно также наличие двоичного индикатора адреса. В пространстве ввода/вывода регистр занимает один адрес, зависящий от архитектуры РС (версии BIOS) . Например, для ISA, EISA – 80h; ISA Compaq – 84h; ISA-PS/2 – 90h; для некоторых моделей EISA – 300h; MCA-PS/2 – 680h. Имея в наличии подобный сигнатурный анализатор по индицируемым кодам, можно определить, на каком этапе остановился POST. Зная специфическую таблицу сигнатур для каждой версии BIOS, легко определить неисправность системной платы.
Перечислим в порядке выполнения основные тесты POST для BIOS AWARD V4.51 и их сигнатуры, высвечиваемые POST-картой на индикаторе регистра диагностики. Следует отметить, что далеко не все перечисленные ниже коды видны на индикаторе в процессе нормальной загрузки компьютера: некоторые высвечиваются лишь в том случае, если POST останавливается. Происходит это потому, что многие подпрограммы POST исполняются настолько быстро, что человеческий глаз не в состоянии уследить за индицируемым состоянием регистра диагностики, а некоторые коды появляются только при обнаружении неисправности. Для указанной версии BIOS первой исполняемой сигнатурой в последовательности POST является C0:
- C0 – осуществляется программирование регистров микросхемы Host Bridge для установки следующих режимов:
- запрещается Internal и External Cache, а также операции с кэш-памятью;
- перед запретом Internal Cache очищается;
- Shadow RAM запрещается, вследствие чего происходит направление непосредственно к ROM циклов обращения к адресам расположения System BIOS. Эта процедура должна соответствовать конкретному чипсету;
- далее программируются РIIХ ресурсы: контроллер DMA, контроллер прерываний, таймер, блок RTC. При этом контроллер DMA переводится в пассивный режим.
Порядок поиска загрузочного диска на компьютерах x86 (FDD, жёсткие диски IDE и SCSI, устройства CD-ROM) задаёт BIOS. Современные BIOS позволяют переконфигурировать этот порядок, называемый последовательностью загрузки (boot sequence) . Если при этом дисковод A: включён в последовательность загрузки первым и в нём находится дискета, BIOS попытается использовать эту дискету в качестве загрузочной. Если дискеты в дисководе нет, BIOS проверяет первый жёсткий диск, который к этому времени уже инициализировался, и выполняет команду INT19h. Процедура обработки прерывания INT19h для загрузки BOOT-сектора должна прочитать сектор с координатами Cylinder:0 Head:0 Sector:1 и поместить его по адресу 0000:7С00h, после чего осуществляется проверка, является ли диск загрузочным. Сектор MBR (Master Boot Record – главная загрузочная запись) на жёстком диске находится по тому же физическому адресу, что и BOOT-сектор на дискете (цилиндр 0, сторона 0, сектор 1) .
Если при проверке загрузочный сектор не обнаружен, т.е. два последних байта этого сектора (его сигнатура) не равны 55ААh, вызывается прерывание INT18h. При этом на экране появляется предупреждающее сообщение, зависящее от производителя BIOS компьютера.
Сектор MBR записывается на жёсткий диск программой FDISK, поэтому если HDD был отформатирован на низком уровне, во всех его секторах находятся нули и, естественно, первый сектор не может содержать необходимой сигнатуры. Отсюда следует, что сообщения об ошибке будут выдаваться, если диск не разбивался на разделы (логические диски) . Главная загрузочная запись обычно не зависит от операционной системы (на платформах Intel она используется для запуска любой из операционных систем) . Код, содержащийся в главной загрузочной записи, сканирует таблицу разделов (partition table) в поисках активного системного раздела. Если в таблице разделов активный раздел не обнаружен или хотя бы один раздел содержит неправильную метку, а также, если несколько разделов помечены как активные, выдаётся соответствующее сообщение об ошибке.
Код главной загрузочной записи определяет расположение загрузочного (активного) раздела, считывая таблицу разделов, расположенную в конце MBR. Если активный раздел найден, производится чтение его загрузочного сектора и определяется, является ли он действительно загрузочным. Попытка чтения может осуществляться до пяти раз, в противном случае выдаётся сообщение об ошибке, и система останавливается. Если загрузочный сектор найден, Master Boot Record передаёт управление коду загрузочного сектора в активном (загрузочном) разделе, который содержит загрузочную программу и таблицу параметров диска. Загрузочный сектор раздела просматривает блок параметров BIOS в поисках расположения корневого каталога, а затем копирует из него в память системный файл IO.SYS (который, по сути, является частью DOS и включает в себя функции файла MSDOS.SYS из предыдущей версии DOS) и передаёт ему управление. IO.SYS загружает драйверы некоторых устройств и выполняет ряд операций, связанных с загрузкой. Сначала IO.SYS считывает файл MSDOS.SYS. Нужно помнить, что этот файл не похож на одноимённые файлы из предыдущих версий DOS. В Windows 98 MSDOS.SYS является текстовым файлом, содержащим опции процедуры запуска. Затем загружается и отображается файл LOGO.SYS (стартовая заставка) .
На следующем этапе IO.SYS считывает информацию из системного реестра, а также исполняет файлы CONFIG.SYS и AUTOEXEC.BAT (при их наличии в корневом каталоге) . При этом загружаются драйверы устройств, работающих в реальном режиме работы процессора, выполняются некоторые системные установки. Ниже приводится неполный список возможных драйверов и программ, загружаемых на данном этапе.
DBLSPACE.BIN или DRVSPACE.BIN. Драйвер сжатия дисков.
HIMEM.SYS. Администратор верхней памяти в реальном режиме работы процессора.
IFSHLP.SYS. Оказывает содействие при загрузке VFAT и прочих файловых систем, поддерживающих Windows 98.
SETVER.EXE. Утилита, подменяющая номер версии операционной системы. Существуют программы, ориентированные на более ранние версии операционных систем и отказывающиеся функционировать под Windows 98. Благодаря SETVER.EXE подобной программе возвращается именно тот номер версии DOS, который её устраивает.
DOS=HIGH. Загружает DOS в область памяти HMA. Если в файле конфигурации CONFIG.SYS содержится инструкция для загрузки администратора отображаемой памяти EMM386.EXE, в эту строку добавляется параметр UMB, позволяющий EMM386.EXE использовать верхнюю память. Нужно помнить, что IO.SYS не загружает администратор EMM386.EXE автоматически. Поэтому, если планируется его использование, в файл CONFIG.SYS необходимо вставлять строку DEVICE=EMM386.EXE.
FILES=30. В этой строке определяется число создаваемых дескрипторов файла. Windows 98 не использует это параметр; он включён для совместимости с предыдущими версиями программ.
LASTDRIVE=Z. Здесь определяется последняя буква для логических дисков. Эта опция также введена для обратной совместимости и не используется Windows 98.
BUFFER=30. Определяет число создаваемых файловых буферов. Буферы файлов используются приложениями при вызовах подпрограмм ввода/вывода из файла IO.SYS.
STACKS=9,256. Этой записью определяется число кадров стека и размер каждого кадра.
FCBS=4. Данная команда задает число блоков управления файлом. Оба последних параметра применяются только для обратной совместимости.
На последнем этапе загружается и запускается файл WIN.COM. Он обращается к файлу VMM32.VXD. Если в компьютере установлен достаточный объём ОЗУ, то этот файл загружается в память, в противном случае организуется доступ к этому файлу на жёстком диске, что, естественно, увеличивает время загрузки. Загрузчик драйверов реального режима сравнивает копии виртуальных драйверов устройств (VxD) в папке Windows/System/VMM32 и файле VMM32.VXD. Если виртуальный драйвер устройства существует и в папке и в файле, копия виртуального драйвера ”помечается” в файле VMM32.VXD как незагружаемая. Виртуальные драйверы устройств, не загруженные с помощью файла VMM32.VXD, загружаются из раздела файла SYSTEM.INI папки Windows. Во время описанного процесса загрузчик драйверов виртуальных устройств реального режима постоянно проверяет правильность загрузки всех необходимых виртуальных драйверов устройств, а при появлении ошибки при загрузке нужного драйвера он пытается выполнить эту операцию ещё раз. После загрузки виртуальные драйверы устройств реального режима инициализируются, затем файл VMM32.VXD переключает процессор в защищённый режим, и начинается процесс инициализации виртуальных драйверов устройств согласно их параметру Init Device. Процедура загрузки ОС заканчивается загрузкой файлов KRNL32.DLL, GDI.EXE, USER.EXE и EXPLORER.EXE. Если компьютер подключён к сети, то загружается сетевое окружение. Пользователю предлагается ввести имя и пароль для входа в сеть. Затем из системного реестра загружается конфигурация с параметрами, установленными по умолчанию. На последней фазе загрузке операционной системы производится обработка содержимого папки Startup и запускаются указанные в ней программы. После этого ОС готова к работе.
Существует несколько стандартных способов, позволяющих видоизменить описанную выше процедуру запуска:
- при исполнении POST на этапе проверки памяти и инициализации загрузочных устройств нажать кнопку клавиатуры DEL для входа в программу Setup;
- вставить перед окончанием теста оборудования загрузочный диск (например, аварийный диск Windows 98) ;
- внести исправления в файл CONFIG.SYS;
- отредактировать файл AUTOEXEC.BAT.
Помимо них, Windows 98 предоставляет ряд менее очевидных методов для выполнения этой же задачи:
- после завершения теста оборудования клавишей F8 вызвать меню Startup;
- отредактировать инструкции запуска системы в файле MSDOS.SYS;
- использовать один из перечисленных методов для ”остановки” в режиме DOS, после чего запустить Windows из командной строки с набором необходимых ключей;
- изменить содержимое папки Startup.
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 BIOS (Basic Input/Output System). Эта программа не обладает всей функциональностью операционной системы, но её достаточно для того, чтобы загрузить другую программу, которая будет загружать операционную систему. Часто используется многоуровневая загрузка, в которой несколько небольших программ вызывают друг друга до тех пор, пока одна из них не загрузит операционную систему.
В современных компьютерах процесс начальной загрузки начинается с выполнения процессором команд, расположенных в постоянной памяти (например на IBM PC - команд BIOS), начиная с предопределённого адреса (процессор делает это после перезагрузки без какой бы то ни было помощи). Данное программное обеспечение может обнаруживать устройства, подходящие для загрузки, и загружать со специального раздела выбранного устройства (чаще всего загрузочного сектора данного устройства) 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 с внешнего устройства, например с перфоленты или с жесткого диска .
Псевдо-ассемблерный код начального загрузчика может быть столь же простым, как и следующая последовательность инструкций:
0: записать в регистр P число 8 1: проверить что устройство считывания с перфолент может начинать считывание 2: если не может, перейти к п. 1 3: прочитать байт с устройства считывания с перфолент и записать его в аккумулятор 4: если перфолента закончилась, перейти к п. 8 5: записать значение, хранимое в аккумуляторе, в оперативную память по адресу, хранящемуся в регистре P 6: увеличить значение регистра P на единицу 7: перейти к п. 1
Данный пример основан на начальном загрузчике одного из миникомпьютеров , выпущенного в 1970-х годах фирмой Nicolet Instrument Corporation.
0: записать в регистр P число 106 1: проверить что устройство считывания с перфолент может начинать считывание 2: если не может, перейти к п. 1 3: прочитать байт с устройства считывания с перфолент и записать его в аккумулятор 4: если перфолента закончилась, перейти к п. 8 5: записать значение, хранимое в аккумуляторе, в оперативную память по адресу, хранящемуся в регистре P 6: уменьшить значение регистра P на единицу 7: перейти к п. 1
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 длинной 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 из которых являются старые (до 1995 года) операционные системы компьютеров Macintosh производимых 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 - дисковод , жесткий диск , CD-ROM , флэш-диск , SCSI -устройство, сетевая карта (при загрузке по сети; например, при помощи PXE).
Загрузочная последовательность стандартного IBM-совместимого персонального компьютера
Загружается персональный компьютер
Wikimedia Foundation . 2010 .
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.
