BIOS固件-操作系统引导过程

BIOS固件-操作系统引导过程
所谓操作系统的引导过程是将存放在硬盘上的静态的操作系统装载到内存中,并开始执⾏操作系统的过程。
第⼀阶段:BIOS
1.1 何为BIOS?
BIOS,英⽂“Basic Input Output System”,中⽂“基本输⼊输出系统”。百度百科中的解释如下:
它是⼀组固化到计算机内主板上⼀个ROM芯⽚上的程序,它保存着计算机最重要的基本输⼊输出的程序、开机后⾃检程序和系统⾃启动程序,它可从CMOS中读写系统设置的具体信息。其主要功能是为计算机提供最底层的、最直接的硬件设置和控制。
BIOS保存在ROM芯⽚中,系统上电后第⼀件事就是运⾏BIOS程序(这不是必须的)。
美甲器
疑问:计算机CPU如何在上电之后直接运⾏BIOS呢?
高温瞬时灭菌答:对于x86系列的CPU,⼀加电就将指令寄存器设置为:0xFFFF0000,表⽰CPU开始从0xFFFF0000这个内存中取出⼀条指令执⾏,通常在0xFFFF0000处是⼀条地址转跳指令,转向BIOS的⼊⼝。
1.2 硬件⾃检
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"硬件⾃检"(Power-On Self-Test),缩写为POST。如果硬件出现问题,主板会发出不同含义的蜂鸣,启动中⽌。
1.3 加载引导扇区
BIOS设置⾥有⼀个选项是Boot Sequence,可以设置外部存储设备的启动顺序,排在前⾯的设备就是优先转交控制权的设备。
硬件⾃检完成后,BIOS的主要⼯作就是加载引导扇区。BIOS根据Boot Sequence中的顺序,将最前⾯的存储设备的引导扇区的内容加载到内存中,并跳转到引导程序的第⼀条指令。
BIOS将所检查外部存储设备的第⼀个扇区(512B)载⼊内存,放在0x00007C00处,如果⼀个扇区的最后两个字节是“55 AA”,那么这就是⼀个引导扇区,这个外部存储设备也就是⼀块可引导盘。通常这个⼤⼩为512B的程序就称为引导程序(boot)。如果最后两个字节不是“55 AA”,那么BIOS就检查下⼀个外部存储设备。如果没有其他启动介质,则显⽰ ”No ROM BASIC” ,然后死机。
第⼆阶段:MBR
2.1 何为MBR?
MBR,英⽂“Master Boot Record”,中⽂“主引导记录”。MBR为存储设备的第⼀个扇区,也就是该存储设备的最前⾯的512字节。
计算机读取MBR的512字节内容,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。
2.2 MBR结构
MBR的主要作⽤是告诉计算机到存储设备的哪个位置去操作系统。主要由三部分组成:
第1-446字节:调⽤操作系统的机器码。
第447-510字节:硬盘分区表(Disk Partition Table,DPT),将硬盘分成若⼲分区。
第511-512字节:主引导记录签名(0x55和0xAA)。
2.3 分区表
MBR中的分区表长度只有64个字节,⾥⾯分成4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"。每个区可以安装不同的操作系统,"主引导记录"因此必须知道将控制权转交给哪个区。
每个主分区的16个字节,由6个部分组成:
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。四个主分区⾥⾯只能有⼀个是激活的。
第2-4个字节:主分区第⼀个扇区的物理位置(柱⾯、磁头、扇区号等等)。
第5个字节:主分区类型。
第6-8个字节:主分区最后⼀个扇区的物理位置。
第9-12字节:该主分区第⼀个扇区的逻辑地址。
第13-16字节:主分区的扇区总数。
恒温阀门2.4 扩展分区和逻辑分区
随着硬盘越来越⼤,四个主分区已经不够了,需要更多的分区。但是,分区表只有四项,因此规定有且仅有⼀个区可以被定义成"扩展分区"(Extended partition)。
所谓"扩展分区",就是指这个区⾥⾯⼜分成多个区。这种分区⾥⾯的分区,就叫做"逻辑分区"(logical
partition)。
计算机先读取扩展分区的第⼀个扇区,叫做"扩展引导记录"(Extended boot record,缩写为EBR)。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。
第三阶段:硬盘启动
计算机的控制权就要转交给硬盘的某个分区了。
3.1 卷引导记录
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"卷引导记录"(Volume Boot Record,缩写为VBR,也可称为分区引导记录,Partition Boot Record,缩写为PBR)。
"卷引导记录"的主要作⽤是,寻激活分区根⽬录下的NTLDR(XP)、bootmgr(Win7 above)、grldr(Grub)、btldr.mbr(BootLink)等可⽤于引导的程序。
3.2 启动管理器
深度水产"启动管理器"(boot loader)是系统预先安装的程序,由⽤户选择启动哪⼀个操作系统。"卷引导记录"搜索到激活分区中的"启动管理器",将控制权交给"启动管理器"运⾏。
"启动管理器"寻激活分区中的启动配置数据(如:Win7中的BCD⽂件、XP中的boot.ini⽂件),根据启动配置数据,在显⽰器上显⽰多操作系统选择画⾯。选择相应的操作系统,控制权交给操作系统。
Linux环境中,⽬前最流⾏的启动管理器是Grub。在windows下为启动管理器bootmgr(xp中的ntldr⽂件)。
飞碟杯第四阶段: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。
以Win7系统为例,整个操作系统引导过程如下:
1、电脑开机后,开始启动BIOS,开始BIOS⾃检。
2、通过⾃检后,bios到硬盘上的主引导记录MBR.
3、MBR开始读取硬盘分区表DPT,到活动分区,到活动分区中的分区引导记录PBR,并且把控制权交给PBR.
4、PBR搜索活动区中的启动管理器bootmgr,到后,PBR把控制权交给bootmgr(相当于xp⾥的ntldr⽂件)。
5、Bootmgr寻活动分区中的boot⽂件夹中的BCD⽂件(启动配置数据,相当于xp⾥的boot.ini⽂件)。
6、到BCD后,Bootmgr⾸先从BCD 中读取启动管理器bootmgr菜单的语⾔版本信息,然后再调⽤BOOTMGR与相应语⾔的BOOTMGR.EXE.MUI (在boot⽂件夹对应语⾔⽂件夹中)组成相应语⾔的启动菜单,之后在显⽰器上显⽰多操作系统选择画⾯。
7、如果存在多个操作系统⽽且系统设置的等待时间不是0,那么屏幕就显⽰多个操作系统的选择界⾯。如果没有多系统,那么直接进⼊windows 7系统,不显⽰选择界⾯。
椰子剥壳机8、选择windows 7系统后,bootmgr就会读取BCD⾥win7系统所在的盘⾥的windows\⽂件,并且将控制权交给。
9、加载windows7内核、硬件、服务等,之后加载桌⾯等信息,从⽽启动整个windows 7
系统。

本文发布于:2024-09-22 16:46:08,感谢您对本站的认可!

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