當(dāng)你按下電腦開機(jī)按鈕時(shí)，到底是什么魔法照亮了你的屏幕，讓你愉快地敲代碼，看你打綜藝英雄聯(lián)盟？(大衛(wèi)亞設(shè)，Northern Exposure(美國(guó)電視劇)，計(jì)算機(jī)名言這篇文章詳細(xì)說明了從硬件到軟件，從BIOS到操作系統(tǒng)，引導(dǎo)最基本、最簡(jiǎn)單，但容易被忽略的原理。

從按啟動(dòng)鍵到進(jìn)入操作系統(tǒng)，基本上分為以下步驟：電源板啟動(dòng)電路備用按壓開關(guān)-電源-硬件重置-運(yùn)行CPU BIOS-加載操作系統(tǒng)。

引導(dǎo)電路

標(biāo)準(zhǔn)ATX電源

將電源插入主機(jī)后，主板上的引導(dǎo)電路將進(jìn)入待機(jī)狀態(tài)。引導(dǎo)電路的作用是實(shí)際觸發(fā)電源開始供電。為主板供電的電源稱為ATX電源，將220V的交流電源轉(zhuǎn)換為計(jì)算機(jī)內(nèi)部使用的直流5V、12V和24V。ATX規(guī)格是由英特爾公司于1995年制定的，多年來首次在計(jì)算機(jī)外殼和主板設(shè)計(jì)上發(fā)生了巨大變化。ATX電源設(shè)計(jì)為在特定針腳高工作日時(shí)電源沒有輸出，低工作日時(shí)電源正常輸出。按下啟動(dòng)鍵后，某些針腳接地并開始通電。負(fù)責(zé)這個(gè)引導(dǎo)電路的芯片叫“南橋”，我很清楚。

硬件重置

如果主板的主要芯片(如CPU、北橋、南橋)正常供應(yīng)，時(shí)鐘芯片會(huì)向主板上的各個(gè)設(shè)備發(fā)送時(shí)鐘信號(hào)，南橋會(huì)向各個(gè)設(shè)備發(fā)送重置信號(hào)。CPU復(fù)位后，魔法將進(jìn)入操作系統(tǒng)。究竟什么神奇的魔法先放一邊，先了解熟悉的名詞BIOS。

BIOS

主板上的BIOS芯片位置

基本輸入/輸出系統(tǒng)(BIOS)是基本輸入/輸出系統(tǒng)。開機(jī)開機(jī)開機(jī)階段是執(zhí)行硬體初始化、從大容量?jī)?chǔ)存裝置(例如硬碟)載入開機(jī)程式、從開機(jī)程式載入作業(yè)系統(tǒng)，以及為作業(yè)系統(tǒng)提供執(zhí)行階段服務(wù)。BIOS程序預(yù)安裝在計(jì)算機(jī)主板上的小ROM芯片上，是計(jì)算機(jī)啟動(dòng)時(shí)加載的第一個(gè)軟件。

BIOS以16位實(shí)際模式運(yùn)行。使用BIOS的16位實(shí)際模式服務(wù)(如BIOS中斷調(diào)用)效率低下，因此最新的操作系統(tǒng)以保護(hù)模式或長(zhǎng)模式運(yùn)行。20世紀(jì)90年代，BIOS為操作系統(tǒng)提供了APM、傳統(tǒng)即插即用和桌面管理界面功能。從2000年到現(xiàn)在，BIOS為操作系統(tǒng)提供ACPI、SMBIOS功能，UEFI是傳統(tǒng)BIOS的繼承人。

那實(shí)際型號(hào)是什么？

實(shí)際模式

英特爾80286處理器

實(shí)際模式是英特爾80826和以后x86兼容CPU的操作模式。實(shí)際模式的特點(diǎn)是20位存儲(chǔ)地址空間。這意味著可以尋址1M(1M(2 20=1048576)的存儲(chǔ))，并且可以直接訪問BIOS和周圍硬件環(huán)境中的軟件。沒有硬件輔助尋呼機(jī)制和實(shí)時(shí)多任務(wù)概念。從80286開始，所有x86 CPU的引導(dǎo)狀態(tài)都是實(shí)際模式。CPU的硬件邏輯設(shè)計(jì)為開機(jī)時(shí)將CS值設(shè)置為0xF000，IP值設(shè)置為0xFFF0，從而使CS:IP指向0xfff0，BIOS程序的入口地址就在這里。因此，在打開電源的瞬間，CPU會(huì)運(yùn)行BIOS程序，檢測(cè)硬件，加載內(nèi)核代碼，然后從實(shí)際模式切換到保護(hù)模式。

CPU運(yùn)行BIOS程序

知道BIOS是什么后，CPU重置后會(huì)發(fā)生什么魔法？此魔法是CPU的硬件邏輯在開機(jī)時(shí)將CS值設(shè)置為0xFFF000，將IP值設(shè)置為0xfff0，從而使CS:IP指向0X FFF 0地址。BIOS程序的入口地址就在這里！一般來說，主板BIOS因供應(yīng)商而異，但同樣，BIOS程序入口地址位于0xFFFF0。這是CPU供應(yīng)商和主板供應(yīng)商之間的協(xié)議。

BIOS中的騷操作

理論上，計(jì)算機(jī)可以安裝適當(dāng)?shù)牟僮飨到y(tǒng)，如Windows和Linux。如果每個(gè)操作系統(tǒng)的設(shè)計(jì)者各自設(shè)計(jì)自己的啟動(dòng)過程，硬件也需要個(gè)性化，這會(huì)極大地阻礙計(jì)算機(jī)和操作系統(tǒng)的發(fā)展。BIOS是整個(gè)軟件硬件系統(tǒng)高度、集成設(shè)計(jì)、集成部署、簡(jiǎn)單高效的操作系統(tǒng)和硬件供應(yīng)商協(xié)調(diào)機(jī)制的產(chǎn)物。