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计算机启动过程详解
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打开电源启动机器几乎是电脑爱好者每天必做的事情，面对屏幕上出现的一幅幅启动画面，我们一点儿也不会感到陌生，但是，计算机在显示这些启动画面时都做了些什么工作呢？相信有的朋友还不是很清楚，本文就来介绍一下从打开电源到出现Windows的蓝天白云时，计算机到底都干了些什么事情。 首先让我们来了解一些基本概念。第一个是大家非常熟悉的BIOS（基本输入输出系统），BIOS是直接与硬件打交道的底层代码，它为操作系统提供了控制硬件设备的基本功能。BIOS包括有系统BIOS（即常说的主板BIOS）、显卡BIOS和其它设备（例如IDE控制器、SCSI卡或网卡等）的BIOS，其中系统BIOS是本文要讨论的主角，因为计算机的启动过程正是在它的控制下进行的。BIOS一般被存放在ROM(只读存储芯片)之中，即使在关机或掉电以后，这些代码也不会消失。 第二个基本概念是内存的地址，我们的机器中一般安装有32MB、64MB或128MB内存，这些内存的每一个字节都被赋予了一个地址，以便CPU访问内存。32MB的地址范围用十六进制数表示就是0～1FFFFFFH，其中0～FFFFFH的低端1MB内存非常特殊，因为最初的8086处理器能够访问的内存最大只有1MB，这1MB的低端640KB被称为基本内存，而A0000H～BFFFFH要保留给显示卡的显存使用，C0000H～FFFFFH则被保留给BIOS使用，其中系统BIOS一般占用了最后的64KB或更多一点的空间，显卡BIOS一般在C0000H～C7FFFH处，IDE控制器的BIOS在C8000H～CBFFFH处。 好了，下面我们就来仔细看看计算机的启动过程吧。 第一步： 当我们按下电源开关时，电源就开始向主板和其它设备供电，此时电压还不太稳定，主板上的控制芯片组会向CPU发出并保持一个RESET（重置）信号，让CPU内部自动恢复到初始状态，但CPU在此刻不会马上执行指令。当芯片组检测到电源已经开始稳定供电了（当然从不稳定到稳定的过程只是一瞬间的事情），它便撤去RESET信号（如果是手工按下计算机面板上的Reset按钮来重启机器，那么松开该按钮时芯片组就会撤去RESET信号），CPU马上就从地址FFFF0H处开始执行指令，从前面的介绍可知，这个地址实际上在系统BIOS的地址范围内，无论是Award BIOS还是AMI BIOS，放在这里的只是一条跳转指令，跳到系统BIOS中真正的启动代码处。 第二步： 系统BIOS的启动代码首先要做的事情就是进行POST（Power－On Self Test，加电后自检），POST的主要任务是检测系统中一些关键设备是否存在和能否正常工作，例如内存和显卡等设备。由于POST是最早进行的检测过程，此时显卡还没有初始化，如果系统BIOS在进行POST的过程中发现了一些致命错误，例如没有找到内存或者内存有问题（此时只会检查640K常规内存），那么系统BIOS就会直接控制喇叭发声来报告错误，声音的长短和次数代表了错误的类型。在正常情况下，POST过程进行得非常快，我们几乎无法感觉到它的存在，POST结束之后就会调用其它代码来进行更完整的硬件检测。 第三步： 接下来系统BIOS将查找显卡的BIOS，前面说过，存放显卡BIOS的ROM芯片的起始地址通常设在C0000H处，系统BIOS在这个地方找到显卡BIOS之后就调用它的初始化代码，由显卡BIOS来初始化显卡，此时多数显卡都会在屏幕上显示出一些初始化信息，介绍生产厂商、图形芯片类型等内容，不过这个画面几乎是一闪而过。系统BIOS接着会查找其它设备的BIOS程序，找到之后同样要调用这些BIOS内部的初始化代码来初始化相关的设备。 第四步： 查找完所有其它设备的BIOS之后，系统BIOS将显示出它自己的启动画面，其中包括有系统BIOS的类型、序列号和版本号等内容。 第五步： 接着系统BIOS将检测和显示CPU的类型和工作频率，然后开始测试所有的RAM，并同时在屏幕上显示内存测试的进度，我们可以在CMOS设置中自行决定使用简单耗时少或者详细耗时多的测试方式。 第六步： 内存测试通过之后，系统BIOS将开始检测系统中安装的一些标准硬件设备，包括硬盘、CD－ROM、串口、并口、软驱等设备，另外绝大多数较新版本的系统BIOS在这一过程中还要自动检测和设置内存的定时参数、硬盘参数和访问模式等。 第七步： 标准设备检测完毕后，系统BIOS内部的支持即插即用的代码将开始检测和配置系统中安装的即插即用设备，每找到一个设备之后，系统BIOS都会在屏幕上显示出设备的名称和型号等信息，同时为该设备分配中断、DMA通道和I/O端口等资源。 第八步： 到这一步为止，所有硬件都已经检测配置完毕了，多数系统BIOS会重新清屏并在屏幕上方显示出一个表格，其中概略地列出了系统中安装的各种标准硬件设备，以及它们使用的资源和一些相关工作参数。 第九步： 接下来系统BIOS将更新ESCD（Extended System Configuration Data，扩展系统配置数据）。ESCD是系统BIOS用来与操作系统交换硬件配置信息的一种手段，这些数据被存放在CMOS（一小块特殊的RAM，由主板上的电池来供电）之中。通常ESCD数据只在系统硬件配置发生改变后才会更新，所以不是每次启动机器时我们都能够看到“Update ESCD… Success”这样的信息，不过，某些主板的系统BIOS在保存ESCD数据时使用了与Windows 9x不相同的数据格式，于是Windows 9x在它自己的启动过程中会把ESCD数据修改成自己的格式，但在下一次启动机器时，即使硬件配置没有发生改变，系统BIOS也会把ESCD的数据格式改回来，如此循环，将会导致在每次启动机器时，系统BIOS都要更新一遍ESCD，这就是为什么有些机器在每次启动时都会显示出相关信息的原因。 第十步： ESCD更新完毕后，系统BIOS的启动代码将进行它的最后一项工作，即根据用户指定的启动顺序从软盘、硬盘或光驱启动。以从C盘启动为例，系统BIOS将读取并执行硬盘上的主引导记录，主引导记录接着从分区表中找到第一个活动分区，然后读取并执行这个活动分区的分区引导记录，而分区引导记录将负责读取并执行IO.SYS，这是DOS和Windows 9x最基本的系统文件。Windows 9x的IO.SYS首先要初始化一些重要的系统数据，然后就显示出我们熟悉的蓝天白云，在这幅画面之下，Windows将继续进行DOS部分和GUI（图形用户界面）部分的引导和初始化工作。 如果系统之中安装有引导多种操作系统的工具软件，通常主引导记录将被替换成该软件的引导代码，这些代码将允许用户选择一种操作系统，然后读取并执行该操作系统的基本引导代码（DOS和Windows的基本引导代码就是分区引导记录）。 上面介绍的便是计算机在打开电源开关（或按Reset键）进行冷启动时所要完成的各种初始化工作，如果我们在DOS下按Ctrl＋Alt＋Del组合键（或从Windows中选择重新启动计算机）来进行热启动，那么POST过程将被跳过去，直接从第三步开始，另外第五步的检测CPU和内存测试也不会再进行。我们可以看到，无论是冷启动还是热启动，系统BIOS都一次又一次地重复进行着这些我们平时并不太注意的事情，然而正是这些单调的硬件检测步骤为我们能够正常使用电脑提供了基础。 现在市场上主流的品牌机随机安装的操作系统一般为Windows XP，但是，部分用户可能仍然对Windows 98、Windows ME或Windows 2000等操作系统情有独钟，希望能在不破坏原操作系统的前提下，再安装一下以上操作系统。按常规来说，如不使用第三方的软件，我们在安装微软的Windows系列操作系统时，应该按照从低版本到高版本的顺序来依次安装；如果使用第三方的软件，又会涉及到所使用的软件的版权及用法问题，对一般用户来说显然是不太合适的。其实，按我们在本文提供的方法，不使用第三方的任何软件也能实现操作系统反着装，而且十分简单！ 例如我的联想品牌机，硬盘的C区安装Windows XP家庭版，C区的文件格式为FAT 32，其它分区的文件系统也是FAT 32。使用本文的办法来安装Windows 98，C区和安装Windows 98的分区的文件系统均需要转化为FAT 32，否则需要第三方的启动软件。当然，如果文件格式为NTFS，我们可以使用“Partition Magic”这款软件来将它无损转换为FAT 32。 准备：支持光驱启动的Windows 98/ME启动软盘；DEBUG.EXE文件（可从Windows\Command文件夹中拷贝到启动软盘，或从EBD.CAB中解压缩出来）。 步骤： 第一部分： 安装Windows 98/ME操作系统 1.将Windows 98/ME的安装光盘放入光驱； 2.使用制作好的启动盘来启动电脑； 3.按照正常的安装Windows 98/ME的方法来安装操作系统；只是不要将Windows 98/ME安装在Windows XP所在的分区； 4.安装好之后，将电脑启动到Windows 98/ME操作系统。 第二部分： 修改“BOOTSECT．DOS”文件 按照以上方法安装Windows 98/ME操作系统之后，会修改Windows XP所必需的启动文件，我们需要对“BOOTSECT.DOS”文件进行修改以修复它的启动文件。 1.打开“记事本”或其它的文本编辑软件来制作“READ.SCR”（文件名可以更改），内容如下： L 100 2 0 1 N C:\BOOTSECT.DOS R BX 0 R CX 200 W Q 2.将以上制作好的文件拷贝到启动盘中； 3.用启动盘启动电脑到DOS方式； 4.修改“BOOTSECT.DOS”的文件属性，使用以下命令： ATTRIB C:\BOOTSECT.DOS -S -H -R 5.在命令提示符下输入：DEBUG 第三部分： 修复Windows XP 1.修改BIOS中的启动选项，使电脑能从光驱启动；也可以使用刚才制作好的启动盘来启动电脑，再在命令提示下输入f:\i386\winnnt.exe（f为光驱的盘符）来运行安装指令； 2.在安装Windows XP时，我们要选择“修复”项，以修复硬盘中已安装的操作系统； 3.选择需要登录的操作系统，通常为“1”，键入“1”，并输入管理员口令（安装时所设定的，安装Windows XP家庭版的联想品牌机的用户只需要按回车键即可）； 4.在命令提示符下键入“FIXBOOT”,以修复Windows XP的启动文件； 5.拿出光驱中的Windows XP安装光盘，重新启动电脑，并在BIOS修改启动选项，将它设置为从硬盘启动。 现在，你就可以看到Windows XP的启动菜单了，并能选择所需要进入的操作系统。重新启动电脑之后，我们就可以选择需要启动的操作系统了。是不是很简单？ 第四部分： WinXP下安装Win2000 在安装好Windows XP之后，再安装Windows 2000比安装98或ME要简单得多。本文所说的方法也不用第三方的软件，而且可以在FAT32 或NTFS的文件格式上进行操作。 1.首先，打开“控制面板”，选择“文件夹选项”并双击，在“文件夹选项”窗口中选择“查看”，在“高级设置”中将“隐藏受保护的操作系统文件”前的“√”去掉，以显示我们所需要的两个系统文件：“NTLDR”和“NTDETECT．COM”； 2.将以上两个文件拷贝到一张软盘中； 3.修改BIOS中的启动选项以从光盘启动电脑，并运行Windows 2000的安装操作程序； 4.按正常方法安装Windows 2000； 5.安装完成后，将电脑启动到Windows 2000； 6.将我们拷贝到软盘中的以上两个文件拷贝到C区根目录；如果系统提示不能拷贝，用户需要修改以上两个文件的属性，去掉它们的“只读”和“隐藏”等属性。 说明：我们这儿所以这样做是因为Win XP版本的“NTLDR”和“NTDETECT．COM”支持启动Windows 2000，但是后者并不支持启动到前者，所以我们需要进行以上操作。 |
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