十步完成PC的啟動 BIOS在啟動中的作用

對于電腦用戶來說，打開電源啟動電腦幾乎是每天必做的事情，但計(jì)算機(jī)在顯示這些啟動畫面的時候在做什么呢？大多數(shù)用戶都未必清楚了。下面就向大家介紹一下從打開電源到出現(xiàn)Windows 9X的藍(lán)天白云，計(jì)算機(jī)到底干了些什么工作。
　　
電腦的啟動過程中有一個非常完善的硬件自檢機(jī)制。對于采用Award BIOS的電腦來說，它在上電自檢那短暫的幾秒鐘里，就可以完成100多個檢測步驟。

　　首先讓我們了解兩個基本概念：第一個是BIOS(基本輸入輸出系統(tǒng))，BIOS實(shí)際上就是被"固化"在計(jì)算機(jī)硬件中、直接與硬件打交道的一組程序，它為計(jì)算機(jī)提供 低級、 直接的硬件控制。

　　計(jì)算機(jī)的很多硬件中都有BIOS， 常見的如：主板(也稱為系統(tǒng)BIOS)、顯示卡以及其它一些設(shè)備(例如IDE控制器、SCSI卡或網(wǎng)卡等)中都存在BIOS，其中系統(tǒng)BIOS是我們要介紹的主角，因?yàn)橛?jì)算機(jī)的啟動過程是在它的控制下進(jìn)行的。

　　BIOS程序一般被存放在主板ROM(只讀存儲芯片)之中，即使在關(guān)機(jī)或掉電以后，程序也不會丟失。第二個基本概念是內(nèi)存的地址，通常計(jì)算機(jī)中安裝有32MB、64MB或128MB的內(nèi)存，為了便于CPU訪問，這些內(nèi)存的每一個字節(jié)都被賦予了一個地址。

　　32MB的地址范圍用十六進(jìn)制數(shù)表示就是0~1FFFFFFH，其中0~FFFFFH的低端1MB內(nèi)存非常特殊，因?yàn)槲覀兪褂玫?/SPAN>32位處理器能夠直接訪問的內(nèi)存 大只有1MB，因此這1MB的低端640KB被稱為基本內(nèi)存，而A0000H~BFFFFH要保留給顯示卡的顯存使用的， C0000H~FFFFFH則被保留給BIOS使用，其中系統(tǒng)BIOS一般占用 后的64KB或更多一點(diǎn)的空間，顯示卡BIOS一般在 C0000H~C7FFFH處，IDE控制器的BIOS在C8000H~CBFFFH處。

　　好了，了解了這些基本概念之后，下面我們就來仔細(xì)看看計(jì)算機(jī)的啟動過程。

第一步：當(dāng)我們按下電源開關(guān)時，電源就開始向主板和其它設(shè)備供電，此時電壓還不穩(wěn)定，主板控制芯片組會向CPU發(fā)出并保持一個RESET(重置) 信號，讓CPU初始化。當(dāng)電源開始穩(wěn)定供電后(當(dāng)然從不穩(wěn)定到穩(wěn)定的過程也只是短暫的瞬間)，芯片組便撤去RESET信號(如果是手動按下計(jì)算機(jī)面板上的 Reset按鈕來重啟機(jī)器，那么松開該按鈕時芯片組就會撤去RESET信號)，CPU馬上就從地址FFFF0H處開始執(zhí)行指令，這個地址在系統(tǒng)BIOS的地址范圍內(nèi)，無論是Award BIOS還是AMI BIOS，放在這里的只是一條跳轉(zhuǎn)指令，跳到系統(tǒng)BIOS中真正的啟動代碼處。

第二步：系統(tǒng)BIOS的啟動代碼首先要做的事情就是進(jìn)行POST(Power On Self Test，加電自檢)，POST的主要任務(wù)是檢測系統(tǒng)中的一些關(guān)鍵設(shè)備是否存在和能否正常工作，如內(nèi)存和顯卡等。由于POST的檢測過程在顯示卡初始化之前，因此如果在POST自檢的過程中發(fā)現(xiàn)了一些致命錯誤，如沒有找到內(nèi)存或者內(nèi)存有問題時(POST過程只檢查640K常規(guī)內(nèi)存)，是無法在屏幕上顯示出來的，這時系統(tǒng)PIOS可通過喇叭發(fā)聲來報告錯誤情況，聲音的長短和次數(shù)代表了錯誤的類型。在正常情況下，POST過程進(jìn)行得非常快，我們幾乎無法感覺到這個過程。
第三步：接下來系統(tǒng)BIOS將查找顯示卡的BIOS，存放顯示卡BIOS的ROM芯片的起始地址通常在C0000H處，系統(tǒng)BIOS找到顯卡 BIOS之后調(diào)用它的初始化代碼，由顯卡BIOS來完成顯示卡的初始化。大多數(shù)顯示卡在這個過程通常會在屏幕上顯示出一些顯示卡的信息，如生產(chǎn)廠商、圖形芯片類型、顯存容量等內(nèi)容，這就是我們開機(jī)看到的第一個畫面，不過這個畫面幾乎是一閃而過的，也有的顯卡BIOS使用了延時功能，以便用戶可以看清顯示的信息。接著系統(tǒng)BIOS會查找其它設(shè)備的BIOS程序，找到之后同樣要調(diào)用這些BIOS內(nèi)部的初始化代碼來初始化這些設(shè)備。

第四步：查找完所有其它設(shè)備的BIOS之后，系統(tǒng)BIOS將顯示它自己的啟動畫面，其中包括有系統(tǒng)BIOS的類型、序列號和版本號等內(nèi)容。同時屏幕底端左下角會出現(xiàn)主板信息代碼，包含BIOS的日期、主板芯片組型號、主板的識別編碼及廠商代碼等。

第五步：接著系統(tǒng)BIOS將檢測CPU的類型和工作頻率，并將檢測結(jié)果顯示在屏幕上，這就是我們開機(jī)看到的CPU類型和主頻。接下來系統(tǒng)BIOS 開始測試主機(jī)所有的內(nèi)存容量，并同時在屏幕上顯示內(nèi)存測試的數(shù)值，就是大家所熟悉的屏幕上半部份那個飛速翻滾的內(nèi)存計(jì)數(shù)器。這個過程我們可以在BIOS設(shè)置中選擇耗時少的"快速檢測"或者耗時多的"全面檢測"方式。

第六步：內(nèi)存測試通過之后，系統(tǒng)BIOS將開始檢測系統(tǒng)中安裝的一些標(biāo)準(zhǔn)硬件設(shè)備，這些設(shè)備包括：硬盤、CD-ROM、軟驅(qū)、串行接口和并行接口等連接的設(shè)備，另外絕大多數(shù)新版本的系統(tǒng)BIOS在這一過程中還要自動檢測和設(shè)置內(nèi)存的定時參數(shù)、硬盤參數(shù)和訪問模式等。

第七步：標(biāo)準(zhǔn)設(shè)備檢測完畢后，系統(tǒng)BIOS內(nèi)部的支持即插即用的代碼將開始檢測和配置系統(tǒng)中安裝的即插即用設(shè)備，每找到一個設(shè)備之后，系統(tǒng)BIOS都會在屏幕上顯示出設(shè)備的名稱和型號等信息，同時為該設(shè)備分配中斷、DMA通道和I/O端口等資源。

第八步：到這一步為止，所有硬件都已經(jīng)檢測配置完畢了，系統(tǒng)BIOS會重新清屏并在屏幕上方顯示出一個系統(tǒng)配置列表，其中概略地列出了系統(tǒng)中安裝的各種標(biāo)準(zhǔn)硬件設(shè)備，以及它們使用的資源和一些相關(guān)工作參數(shù)。

第九步：按下來系統(tǒng)BIOS將更新ESCD(Extended System Configuration Data，擴(kuò)展系統(tǒng)配置數(shù)據(jù))。ESCD是系統(tǒng)BIOS用來與操作系統(tǒng)交換硬件配置信息的數(shù)據(jù)，這些數(shù)據(jù)被存放在CMOS(一小塊特殊的RAM，由主板上的電池來供電)之中。通常ESCD數(shù)據(jù)只在系統(tǒng)硬件配置發(fā)生改變后才會進(jìn)行更新，所以不是每次啟動機(jī)器時我們都能夠看到"Update ESCD... Success"這樣的信息。

　　不過，某些主板的系統(tǒng)BIOS在保存ESCD數(shù)據(jù)時使用了與Windows 9x不相同的數(shù)據(jù)格式，于是Windows 9x在它自己的啟動過程中會把ESCD數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換成自己的格式，但在下一次啟動機(jī)器時，即使硬件配置沒有發(fā)生改變，系統(tǒng)BIOS又會把ESCD的數(shù)據(jù)格式改回來，如此循環(huán)，將會導(dǎo)致在每次啟動機(jī)器時，系統(tǒng)BIOS都要更新一遍ESCD，這就是為什么有的計(jì)算機(jī)在每次啟動時都會顯示"Update ESCD... Success"信息的原因。

第十步：ESCD數(shù)據(jù)更新完畢后，系統(tǒng)BIOS的啟動代碼將進(jìn)行它的 后一項(xiàng)工作，即根據(jù)用戶指定的啟動順序從軟盤、硬盤或光驅(qū)啟動。以從C盤啟動為例，系統(tǒng)BIOS將讀取并執(zhí)行硬盤上的主引導(dǎo)記錄，主引導(dǎo)記錄接著從分區(qū)表中找到第一個活動分區(qū)，然后讀取并執(zhí)行這個活動分區(qū)的分區(qū)引導(dǎo)記錄，而分區(qū)引導(dǎo)記錄將負(fù)責(zé)讀取并執(zhí)行IO.SYS，這是DOS和Windows 9x 基本的系統(tǒng)文件。
　　Windows 9x的IO.SYS首先要初始化一些重要的系統(tǒng)數(shù)據(jù)，然后就顯示出我們熟悉的藍(lán)天白云，在這幅畫面之下，Windows將繼續(xù)進(jìn)行DOS部分和GUI(圖形用戶界面)部分的引導(dǎo)和初始化工作。如果系統(tǒng)這中安裝有引導(dǎo)多種操件系統(tǒng)的工具軟件，通常主引導(dǎo)記錄將被替換成該軟件的引導(dǎo)代碼，這些代碼將允許用戶選擇一種操作系統(tǒng)，然后讀取并執(zhí)行該操作系統(tǒng)的基本引導(dǎo)代碼(DOS和Windows的基本引導(dǎo)代碼就是分區(qū)引導(dǎo)記錄)。

　　上面介紹的便是計(jì)算機(jī)在打開電源開關(guān)(或按Reset鍵)進(jìn)行冷啟動時所要完成的各種初始化工作，如果我們在DOS下按Ctrl+Alt+ Del組合鍵(或從Windows中選擇重新計(jì)算機(jī))來進(jìn)行熱啟動，那么POST過程將被跳過去，直接從第三步開始，另外第五步的檢測CPU和內(nèi)存測試也不會再進(jìn)行。無論是冷啟動還是熱啟動，系統(tǒng)BIOS都會重復(fù)上面的硬件檢測和引導(dǎo)過程，正是這個不起眼的過程保證了我們可以正常的啟動和使用計(jì)算機(jī)。