从你按下开关的那一刻起，计算机内部发生了什么？
从你按下开关的那一刻起，计算机内部发生了什么？
by海阔天空--James
从你按下开关的那一刻起，计算机内部的各种硬件（如风扇）开始运转；还有一些我们看不到的软件也在有条不紊地运作。
1.BIOS
BIOS，是Basic In Out System（基本输入输出系统）的缩写。在上个世纪70年代初，ROM——Read Only Memory（"只读内存"）发明，开机程序被刷入ROM芯片，计算机通电后，第一件事就是读取它。
1.1POST
BIOS程序首先检查，计算机硬件能否满足运行的基本条件，这叫做POST，是Power On Self Test（硬件自检）的缩写。
如果硬件出现问题，主板会发出不同含义的蜂鸣，启动中止。如果没有问题，屏幕就会显示。使用旧机器的朋友们在电脑开机成功，POST通过的时候，可能会听到“滴”的一声。
1.2.启动顺序
硬件自检完成后，BIOS要把控制权转交给下一阶段的启动程序。
这时，BIOS需要一个外部储存设备的排序，它才能知道下一阶段的启动程序在哪一个设备中。这种排序叫做"Boot Sequence"（启动顺序）。
进入BIOS的操作界面，“BOOT”选项中有一项就是"设置启动顺序"。排在最前面的就是优先转交的。
2.MBR
上节说到，BIOS按照"启动顺序"，把控制权转交给了排在第一位的储存设备。
这时，计算机读取该设备的第一个扇区，也就是读取最前面的512个字节。如果这512个字节的最后两个字节是0x55和0xAA，表明这个设备可以用于启动；如果不是，表明设备不能用于启动，控制权于是被转交给"启动顺序"中的下一个设备。
这最前面的512个字节，就叫做"MBR"（Master Boot Record，“主引导记录”）。有一些计算机病毒就是通过篡改MBR使得计算机无法启动的。
2.1MBR的结构
MBR只有512个字节，放不了太多东西。它的主要作用是，告诉计算机到硬盘的哪一个位置去找操作系统。
MBR大致由三个部分组成：
（1） 第1-446字节：调用操作系统的机器码
（2） 第447-510字节：分区表
（3） 第511-512字节：主引导记录签名
2.2分区表
考虑到每个区可以安装不同的操作系统，MBR必须知道将控制权转交给哪个区。
分区表的长度只有64个字节，里面又分成四项，每项16个字节。所以，一个硬盘最多只能分四个一级分区，又叫做"主分区"。
每个主分区的16个字节，由6个部分组成：
（1） 第1个字节：如果为0x80，就表示该主分区是激活分区，控制权要转交给这个分区。
（2） 第2-4个字节：主分区第一个扇区的物理位置
（3） 第5个字节：主分区类型
（4） 第6-8个字节：主分区最后一个扇区的物理位置
（5） 第9-12字节：该主分区第一个扇区的逻辑地址
（6） 第13-16字节：主分区的扇区总数
3.硬盘启动！
这时，计算机的控制权就要转交给硬盘中的某个分区了。共分为两种情况。
3.1情况1：VBR
四个主分区里面，只有一个是激活的。计算机会读取激活分区的第一个扇区，叫做"VBR"（Volume Boot Record，卷引导记录）。
VBR会告诉计算机操作系统在分区里的位置。然后，计算机就会加载操作系统。
3.2情况2：Boot Loader
在这种情况下，计算机读取MBR前面446字节的机器码之后，不再把控制权转交给某一个分区，而是运行事先安装的"boot loader"（启动管理器），由用户选择启动哪一个操作系统。
3.3额外情况：Extended partition
分区表只有四项，但四个主分区已经不够用了，需要更多的分区，因此规定有且仅有一个区可以被定义成"Extended partition"（扩展分区）。
所谓"扩展分区"，就是指一个区里面又分成多个区。这种分区里面的分区，就叫做"logical partition"（逻辑分区）。
计算机先读取扩展分区的第一个扇区，叫做"EBR"（Extended Boot Record，扩展引导记录）。它里面也包含一张64字节的分区表，但是最多只有两项（也就是两个逻辑分区）。计算机接着读取第二个逻辑分区的第一个扇区，再从里面的分区表中找到第三个逻辑分区的位置，以此类推，直到某个逻辑分区的分区表只包含它自身为止（即只有一个分区项）。因此，扩展分区可以包含无数个逻辑分区。
之所以将这种情况列为额外情况，是因为似乎很少通过这种方式启动操作系统。如果操作系统确实安装在扩展分区，一般采用第二种情况启动。
4.操作系统
控制权转交给操作系统后，操作系统的内核首先被载入内存。然后，init线程加载系统的各个模块，比如窗口程序和网络程序，直至执行/bin/login程序，跳出登录界面，等待用户输入用户名和密码。
至此，全部启动过程完成。
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