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，但計算機在顯示這些啟動畫面的時候在做什么呢？大多數用戶都未必清楚了。下面就向大家介紹一下從打開電源到出現Windows 9X的藍天白云，計算機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)，BIOS實際上就是被"固化"在計算機硬件中、直接與硬件打交道的一組程序，它為計算機提供 低級、 直接的硬件控制。

　　計算機的很多硬件中都有BIOS， 常見的如：主板(也稱為系統BIOS)、顯示卡以及其它一些設備(例如IDE控制器、SCSI卡或網卡等)中都存在BIOS，其中系統BIOS是我們要介紹的主角，因為計算機的啟動過程是在它的控制下進行的。

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

　　32MB的地址范圍用十六進制數表示就是0~1FFFFFFH，其中0~FFFFFH的低端1MB內存非常特殊，因為我們使用的32位處理器能夠直接訪問的內存 大只有1MB，因此這1MB的低端640KB被稱為基本內存，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BIOS一般占用 后的64KB或更多一點的空間，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，下面我們就來仔細看看計算機的啟動過程。

第一步：當我們按下電源開關時，電源就開始向主板和其它設備供電，此時電壓還不穩定，主板控制芯片組會向CPU發出并保持一個RESET(重置) 信號，讓CPU初始化。當電源開始穩定供電后(當然從不穩定到穩定的過程也只是短暫的瞬間)，芯片組便撤去RESET信號(如果是手動按下計算機面板上的 Reset按鈕來重啟機器，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處開始執行指令，這個地址在系統BIOS的地址范圍內，無論是Award BIOS還是AMI BIOS，放在這里的只是一條跳轉指令，跳到系統BIOS中真正的啟動代碼處。

第二步：系統BIOS的啟動代碼首先要做的事情就是進行POST(Power On Self Test，加電自檢)，POST的主要任務是檢測系統中的一些關鍵設備是否存在和能否正常工作，如內存和顯卡等。由于POST的檢測過程在顯示卡初始化之前，因此如果在POST自檢的過程中發現了一些致命錯誤，如沒有找到內存或者內存有問題時(POST過程只檢查640K常規內存)，是無法在屏幕上顯示出來的，這時系統PIOS可通過喇叭發聲來報告錯誤情況，聲音的長短和次數代表了錯誤的類型。在正常情況下，POST過程進行得非常快，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BIOS找到顯卡 BIOS之后調用它的初始化代碼，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，如生產廠商、圖形芯片類型、顯存容量等內容，這就是我們開機看到的第一個畫面，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BIOS會查找其它設備的BIOS程序，找到之后同樣要調用這些BIOS內部的初始化代碼來初始化這些設備。

第四步：查找完所有其它設備的BIOS之后，系統BIOS將顯示它自己的啟動畫面，其中包括有系統BIOS的類型、序列號和版本號等內容。同時屏幕底端左下角會出現主板信息代碼，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BIOS將檢測CPU的類型和工作頻率，并將檢測結果顯示在屏幕上，這就是我們開機看到的CPU類型和主頻。接下來系統BIOS 開始測試主機所有的內存容量，并同時在屏幕上顯示內存測試的數值，就是大家所熟悉的屏幕上半部份那個飛速翻滾的內存計數器。這個過程我們可以在BIOS設置中選擇耗時少的"快速檢測"或者耗時多的"全面檢測"方式。

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

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

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

第九步：按下來系統BIOS將更新ESCD(Extended System Configuration Data，擴展系統配置數據)。ESCD是系統BIOS用來與操作系統交換硬件配置信息的數據，這些數據被存放在CMOS(一小塊特殊的RAM，由主板上的電池來供電)之中。通常ESCD數據只在系統硬件配置發生改變后才會進行更新，所以不是每次啟動機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BIOS在保存ESCD數據時使用了與Windows 9x不相同的數據格式，于是Windows 9x在它自己的啟動過程中會把ESCD數據轉換成自己的格式，但在下一次啟動機器時，即使硬件配置沒有發生改變，系統BIOS又會把ESCD的數據格式改回來，如此循環，將會導致在每次啟動機器時，系統BIOS都要更新一遍ESCD，這就是為什么有的計算機在每次啟動時都會顯示"Update ESCD... Success"信息的原因。

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

　　上面介紹的便是計算機在打開電源開關(或按Reset鍵)進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中選擇重新計算機)來進行熱啟動，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和內存測試也不會再進行。無論是冷啟動還是熱啟動，系統BIOS都會重復上面的硬件檢測和引導過程，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算機。