Этапы включения и загрузки компьютера. Новости компьютерной техники

Что означают слова «мой компьютер не запускается»?

Каждый сетевой администратор постоянно сталкивается с ситуацией, когда пользователи, жалующиеся на неполадки, произносят туманную фразу, которая может слегка испортить настроение: «Компьютер не запускается!» Обычно при этом пользователи сообщают, что нечто непредвиденное произошло в процессе загрузки - либо во время самотестирования компьютера (Power On Self Test, POST), либо во время процедур начальной загрузки Windows. Для диагностики и устранения подобных проблем администратор должен понимать, что происходит в процессе загрузки.

Термин «сбой в процессе загрузки» относится и к аппаратным проблемам, и к проблемам операционной системы. Во времена компьютеров с MS-DOS, POST занимал больше времени, чем загрузка операционной системы, и аппаратура была источником большинства проблем при начальной загрузке. За последние годы аппаратное обеспечение стало более надежным, а благодаря развитым функциям BIOS возможности мониторинга, диагностики и управления оборудованием стали значительно шире. Поэтому в ситуации сбоя во время загрузки пользователи, скорее всего, сталкиваются именно с проблемой операционной системы. Давайте последовательно изучим процесс начальной загрузки, наблюдая, что происходит на каждом этапе, и уясним смысл каждого появляющегося сообщения об ошибке. Для удобства будем предполагать, что используются Windows 2000 или более поздние версии.

Включение питания

Не жалуется ли пользователь, что ничего не происходит, когда он нажимает кнопку питания? Если да, то сначала проверьте кабель.

Вот старый администраторский трюк на случай, если проходится иметь дело с выключенным из розетки компьютером при разговоре с пользователем по телефону. Пользователи часто не проверяют, включен ли их компьютер в розетку, а когда вы указываете им на такую возможность, возмущаются. Пользователь может воскликнуть: «Конечно, он включен!», но следует проверить, правда ли это. Попросите пользователя вынуть вилку из розетки и вставить заново, ссылаясь на необходимость «проверить полярность». Постарайтесь не хихикать. Просто невероятно, как часто пользователи отвечают: «О, сработало!»

Если дело не в вилке, то, возможно, в источнике бесперебойного питания - тоже уязвимом аппаратном компоненте системе. Источники бесперебойного питания стоят недорого, но замена аккумуляторов в них - утомительная и трудоемкая задача.

Проверка оборудования и BIOS

Если пользователь видит сообщение об ошибке в процессе POST или если компьютер просто зависает, прежде чем запускается операционная система, значит, проблема в оборудовании или в BIOS. Система выводит на экран сообщения об ошибках оборудования и BIOS и подает характерные звуковые сигналы. Некоторые ошибки BIOS выводятся в виде чисел и некогда все производители BIOS использовали одни и те же числа (те, что придумали в IBM), но теперь все изменилось. Теперь, чтобы интерпретировать номер ошибки, администратору требуется документация, пришедшая вместе с компьютером. Также можно поискать ее на Web-сайте производителя BIOS. Однако, скорее всего, на экране появится текст, а не числа, например Hard drive controller failure («Ошибка контроллера жесткого диска») или забавное сообщение Keyboard error, press F1 to continue («Ошибка клавиатуры, нажмите F1 для продолжения»).

Возможно, появится сообщение об ошибке, относящейся к проблемам с памятью. Когда-то память имела дополнительный компонент, называвшийся «чип четности», и частью теста BIOS была проверка на четность. Компоненты памяти больше не содержат чип четности, поскольку теперь в этом нет необходимости: производители памяти так продвинулись по пути совершенствования своих продуктов, что ошибки памяти стали крайне редки. Тем не менее после добавления в компьютер памяти при последующей загрузке может появиться сообщение об ошибке памяти. Сообщение содержит примерно такой текст: Mismatched memory information («Несоответствие параметров памяти»). В действительности это сообщение является подтверждением того, что система видит установленную память, но обнаружила, что она не соответствует общему количеству, записанному в CMOS.

Чтобы решить эту проблему, можно попробовать перезагрузить компьютер и войти в режим настройки BIOS. По своему опыту знаю, что стоит только нажать клавиши, необходимые для вызова окна BIOS, как сразу же автоматически выполняется корректный подсчет памяти, и все, что остается сделать, это выйти из программы настройки BIOS. Вход в программу настройки BIOS вызывает проверку счетчика памяти и его регулировку относительно имеющейся физической памяти.

Если после добавления в компьютер памяти система выдала сообщение об ошибке, в котором не говорится о разночтении в подсчете объема памяти, значит, проблема оказалась серьезнее. Система не распознает новую память. Эта ситуация почти всегда вызвана неаккуратными действиями при установке памяти, такими как использование неверного слота. В то же время мне доводилось видеть, как проблема вызывалась установкой памяти неверного типа (например, установкой плат памяти DRAM в старый компьютер с Enhanced Data Output, EDO), когда материнская плата не была предназначена для установки памяти смешанного типа, SIMM и DIMM, или когда материнская плата не воспринимала смешивание плат памяти с разными скоростями. Некоторые материнские платы при добавлении памяти нуждаются в изменении положения двухпозиционных переключателей и перемычек, хотя такие требования становятся все менее распространенными. Чтобы избежать подобных проблем, всегда перед добавлением памяти проверяйте документацию материнской платы.

Если во время POST обнаруживается ошибка жесткого диска, значит, работа предстоит немалая. Вообще-то я обнаружила, что в половине случаев проблема оказывается в контроллере, а не в самом диске, и замена контроллера позволяет диску нормально выполнять загрузку с сохранением всех данных неповрежденными (все гениальное просто!). Если контроллер жесткого диска первоначальной комплектации выходит из строя, не нужно сразу бежать за новой материнской платой. Достаточно купить новый контроллер. Вместо поиска встроенной микросхемы прочитайте в документации к материнской плате, что необходимо сделать, чтобы BIOS видел новую плату.

Если проблема действительно в диске, задача не ограничивается только заменой контроллера. Помимо замены диска придется переустановить операционную систему и приложения, а также выполнить восстановление данных из резервной копии, которая, конечно, датирована вчерашним днем, не правда ли?

Управление передается записи Master Boot Record

Далее компьютер начинает загрузку операционной системы. Во время установки программа загрузки Windows помещает данные на первый сектор главного раздела компьютера (загрузочный сектор). Эти данные - не что иное, как Master Boot Record, MBR (главная загрузочная запись), которая содержит исполняемые команды. Программа установки также копирует два файла, инициирующие начальный этап загрузки Windows, - Ntldr и Ntdetect - в корневой каталог загрузочного диска. Кроме того, Windows Setup копирует boot.ini, файл, содержащий параметры загрузки, в корневой каталог загрузочного диска.

Кроме исполняемых команд, MBR содержит таблицу, определяющую расположение главных разделов диска. При установке Windows необязательно делать так, чтобы системный раздел и загрузочный раздел совпадали, хотя это распространенный подход. Загрузочные файлы Windows расположены в системном разделе, а файлы операционной системы - в загрузочном (логика именования отстала от жизни).

Системный раздел содержит файлы привязки к аппаратным компонентам, которые необходимы для загрузки Windows, включая MBR. Этот раздел должен быть главным разделом и отмечается как активный. Это всегда диск 0, поскольку именно к этому диску обращается BIOS, чтобы передать процесс загрузки файлу MBR. Загрузочный раздел содержит файлы операционной системы (папка \%systemroot%) и файлы поддержки операционной системы (\%systemroot%System).

На последнем шаге аппаратной части начальной загрузки компьютер считывает файл MBR в память и передает управление компьютером коду в MBR. Исполняемый код просматривает таблицу главного раздела и ищет отметку, указывающую на загружаемый раздел. Когда MBR находит первый загружаемый раздел, он считывает первый сектор раздела, который является загрузочным сектором.

Запуск Ntldr

Код загрузочного сектора считывает Ntldr в память, чтобы запустить процесс начальной загрузки операционной системы. В Ntldr хранится доступный только для чтения код NTFS и FAT. Он начинает работать в реальном режиме, и первая выполняемая им задача заключается в переключении системы в некоторую форму защищенного режима. Более подробно об этих режимах рассказано во врезке «Реальный режим против защищенного». Этот первоначальный вариант защищенного режима не может в полной мере выполнять аппаратно-зависимых преобразований, которые обеспечивают защиту оборудования, - данная функция становится доступной, когда операционная система загрузится полностью.

Теперь вся физическая память доступна операционной системе, и компьютер работает как 32-разрядная машина. Ntldr делает возможной постраничную загрузку и создает таблицы страниц. Затем Ntldr считывает boot.ini из корневого каталога и, если на машине многовариантная загрузка или если выполнена настройка boot.ini на отображение меню, на экране появляется меню выбора вариантов загрузки. Если Ntldr отсутствует или поврежден, система выдаст сообщение об ошибке Ntldr is missing. Press Ctrl-Alt-Del to restart.

Не стоит зря тратить время, выполняя предложенное действие: после очередного цикла система вернется к тому же сообщению. Необходимо заменить Ntldr. Если создан загрузочный флоппи-диск, можно использовать его для копирования Ntldr в корневой каталог основного загрузочного диска (обычно C). Если Ntldr отсутствует, следует просто скопировать его. Если файл имеется на жестком диске, возможно, он поврежден. Для того чтобы заменить его, сначала нужно изменить его атрибут «только для чтения». Если загрузочного флоппи-диска под рукой нет, придется запустить программу Setup с компакт-диска Windows и выбрать Repair.

Запуск Ntdetect

Ntldr запускает Ntdetect, который запрашивает BIOS системы о данных конфигурации устройств. Система отправляет информацию, которую Ntdetect собирает в реестр и помещает в подразделы HKEY_LOCAL_MACHINEHARDWARE DESCRIPTION.

Если возникнет какая-нибудь проблема с Ntdetect (утрата или повреждение), возможно, система не выдаст никакого сообщения об ошибке. Обычно в таком случае процесс загрузки просто останавливается. Единственным действенным средством при утрате или повреждении файла Ntdetect является его замена. Необходимо воспользоваться для загрузки загрузочным флоппи-диском, затем скопировать Ntdetect с этого флоппи-диска в корневой каталог жесткого диска. Или же запустите Setup с компакт-диска Windows и выберите Repair.

Запуск Ntoskrnl и загрузка HAL

После того как Ntdetect закончит выполнение подпрограмм проверки оборудования, он передает процесс загрузки обратно файлу Ntldr, который запускает ntoskrnl.exe и загружает.dll-файл Hardware Abstraction Layer (HAL). (Оба файла расположены в папке \%systemroot%system32.) Ntoskrnl - это главный файл ядра Windows и исполнительных подсистем. Он содержит Executive, Kernel, Cache Manager, Memory Manager, Scheduler, Security Reference Monitor и другие. Именно Ntoskrnl приводит в действие Windows. Для работы Ntoskrnl необходим файл hal.dll, который содержит код, позволяющий оборудованию взаимодействовать с операционной системой.

На экране может появиться сообщение об ошибке, говорящее о наличии проблемы с Ntoskrnl, но почти всегда это сообщение фиктивно и появляется потому, что ссылка на папку в boot.ini не совпадает с именем папки, в которую были установлены системные файлы Windows.

Как правило, это означает, что кто-то переименовал папку \%systemroot% или создал новую папку и переместил в нее файлы Windows. В таком случае нужно переместить файлы обратно в то место, которое указано в boot.ini. Если boot.ini. был кем-то отредактирован, следует исправить эту ошибку.

Загрузка драйверов и служб

Теперь Ntldr загружает низкоуровневые системные службы и драйверы устройств, но службы не инициализируются - это происходит позже. На этом фаза начальной загрузки завершается и начинается процесс основной загрузки (load sequence или kernel phase).

При загрузке системных служб и драйверов устройств Ntldr следует определенному порядку. В процессе установки Windows драйверы и системные службы копируются на компьютер, а информация о них записывается в реестр. Данные в реестре представляют собой шестнадцатеричную запись, оканчивающуюся числом в круглых скобках. Это число и определяет порядок, в котором Ntldr загружает драйверы и системные службы. Для примера следует открыть реестр и перейти в раздел HKEY_LOCAL_MACHINESYSTEM CurrentControlSetServices. На экране появится длинный список служб и драйверов устройств. Выберите любой подраздел и взгляните на данные типа REG_DWORD под именем Start.

• (0) означает, что служба загружается во время фазы основной загрузки.
• (1) означает, что служба загружается во время фазы инициализации (следующая фаза).
• (2) означает, что служба загружается во время фазы загрузки, предназначенной для служб.
• (3) означает, что служба включена, но не инициализируется (запуск службы осуществляется вручную через оснастку Services консоли Microsoft Management Console (MMC)).
• (4) означает, что служба отключена.

Загрузка операционной системы

Ntoskrnl начинает загрузку операционной системы. Инициализируется ядро Windows и загружаются и инициализируются подсистемы. Эти действия формируют базовые элементы, необходимые для завершения загрузки операционной системы. Загрузочные драйверы, которые модуль Ntldr загрузил ранее, теперь инициализируются, вслед за чем инициализируются оставшиеся драйверы и службы. Когда инициализируются драйверы первого уровня, может возникнуть проблема в виде ошибки STOP или Blue Screen of Death. Это почти всегда бывает в процессе первой загрузки после обновления какого-либо драйвера. Во время инициализации драйвера файлом Ntoskrnl операционная система отторгает его.

Для решения проблемы необходимо перезагрузить компьютер, нажать F8 для отображения меню дополнительных возможностей (Advanced Options) и выбрать вариант загрузки последней успешной конфигурации (Last Known Good Configuration), соответствующей предыдущей версии драйвера.

Теперь ядро Windows и исполняющие модули работоспособны. Программа Session Manager Subsystem (smss.exe) настраивает пользовательскую среду. Система выполняет сверку с реестром, для того чтобы иметь возможность начать загрузку оставшихся драйверов и программного обеспечения, которые необходимо добавить. Ядро операционной системы также загружает файлы kernel32.dll, gdi32.dll и user32.dll, которые обеспечивают программное обеспечение пользователя доступом к Win32 API.

Регистрация компьютера в домене

В то время когда загрузка ядра и инициализация драйверов еще не закончилась, компьютер регистрируется в домене. Используя учетную запись компьютера (уникальное имя с собственным паролем), компьютер открывает защищенный канал к контроллеру домена (DC). Все это происходит до того, как на экране появляется диалоговое окно для регистрации пользователя в системе.

Учетные записи компьютера используются между клиентскими компьютерами (включая автономные серверы) и контроллерами доменов. В пределах одного домена один и тот же процесс происходит с участием нескольких DC. Поэтому важен порядок, в котором включаются компьютеры после штатного отключения. Защищенный канал используется компьютерами для обмена информацией, необходимой для аутентификации и авторизации. Учетные записи компьютера повышают безопасность сети, гарантируя, что пытающийся отправить важную информацию компьютер действительно является членом домена.

В качестве дополнительной меры безопасности компьютеры (как и пользователи в сети с усиленной настройкой системы безопасности) должны периодически менять пароли. По умолчанию интервал смены пароля составляет 30 дней. Когда настает время менять пароль, компьютер генерирует новый пароль и отправляет его по защищенному каналу (доступ к которому он получил, используя предыдущий пароль) на ближайший DC. В дальнейшем для доступа к защищенному каналу компьютер должен использовать новый пароль.

DC немедленно обновляет свою базу данных и реплицирует изменение пароля компьютера на другие DC домена. Пароли учетных записей компьютера содержат отметку о событии первостепенной важности (Announce Immediately), поэтому они не дожидаются следующей репликации DC по расписанию. Иногда эти события могут вызывать заметное снижение производительности. Если у многих или у всех компьютеров домена срок действия паролей заканчивается в один и тот же день, работа, которую должны будут выполнить контроллеры домена, сразу же затормозит другие важные задачи DC, такие как аутентификация пользователей или выполнение запланированных репликаций. Ситуация может осложниться еще и в том случае, если DC предоставляет другие услуги, такие как, например, услуги сервера DNS. Можно изменить способ обслуживания паролей компьютера для домена, для организационной единицы (OU) и для индивидуального компьютера, хотя стремление повысить производительность путем настройки компьютеров по одному неэффективно. В следующей статье я планирую рассказать о методах изменения процедуры регистрации компьютера в домене.

Загрузка служб регистрации пользователя

Подсистема Win32 запускает winlogon.exe, которая выводит на экран диалоговое окно регистрации пользователя и загружает процесс Local Security Authority (lsass.exe). Начинается процесс регистрации, и пользователь должен ввести имя и пароль в диалоговом окне Windows Log On To. Если пользователь указывает правильные имя и пароль, система завершает процесс регистрации, и пользователь может начинать работать. В этот момент загрузка Windows окончена, а текущие параметры загрузки сохраняются в так называемой последней успешной конфигурации (Last Known Good Configuration). Нужно иметь в виду, что успешная регистрация пользователя необходима для сохранения Last Known Good Configuration.

Действительно, сбои во время загрузки мешают всем - и пользователям, и администраторам. Однако, если досконально разобраться в процессе загрузки, проблемы становятся менее устрашающими и администраторам удается без труда решить их.

Реальный режим против защищенного

Тем, кто работает с компьютерами со времен DOS, будет легко понять разницу между реальным и защищенным режимом. Но для тех, чье знакомство с компьютером состоялось после распространения Windows, она может быть не столь очевидной.

Если компьютер работает в реальном режиме, программы взаимодействуют непосредственно с его портами и устройствами. Например, когда происходит печать документа, программа отправляет поток данных прямо на порт принтера. Однако эта парадигма не подходит для многозадачной операционной системы. Представьте, что произойдет, если несколько программ станут одновременно отправлять потоки данных на порты компьютера. Порты недостаточно интеллектуальны и не имеют никакой возможности фильтровать или упорядочивать потоки данных в соответствии с отправляющими программами.

Если компьютер работает в защищенном режиме, порты и устройства системы защищены от приложений, которые их используют. Программа полагает, что отправляет данные на порт, но это виртуальный порт. Операционная система перехватывает поток данных и управляет им так, чтобы все приложения имели равный доступ к устройствам и чтобы данные каждого приложения не смешивались с данными других приложений.

Кэти Ивенс ([email protected]) - редактор Windows & .NET Magazine. Является соавтором более 40 книг по компьютерной тематике, включая «Windows 2000: The Complete Reference»

На самом деле, "чисто" описать, как компьютер инициализируется, не получится - во многих системах это происходит с небольшими отличиями, да и надо учитывать набор оборудования, предустановки и пр. Но в основном - это выглядит следующим образом:
Включаем питание - происходит общий сброс логики и процессора, процессор начинает выполнять набор инструкций, которые изначально хранятся в ПЗУ на материнской плате. Набор можно логически разбить на три части:

1. Power On Self Test (POST) - запускается только один раз и сразу после включения питания. В этом тесте проверяется аппаратура на наличие грубых ошибок (функционирование аппаратуры вообще). Одним из видимых шагов на экране - тестирование памяти.
2. Инициализация - запускается каждый раз, когда машина перегружается (например, когда пользователь нажимает Ctrl-Alt-Del) - инициализирует все доступные устройства на плате и в слотах расширения (ISA, PCI, AGP).
3. Третья часть - это собственно BIOS (BASIC INPUT/OUTPUT SYSTEM) - базовая система ввода/вывода на низком уровне. Этими функциями пользуются некоторые операционные системы (DOS, Windows и др.) Обычно, весь BIOS располагается на отдельном чипе, который программируется на заводе, хотя в современных компьютерах может быть перепрограммирован прямо из системы. Т.е. сейчас используется Flash Memory.

Особенность существующих BIOS в том, что они весьма медленны (гораздо медленнее, чем обычная оперативная память). Поэтому, многие системы просто копируют весь BIOS в оперативную память.

Тест памяти - это наиболее видимая часть теста аппаратуры на этапе POST. Кстати, о видимости - видеоадаптер - тоже аппаратура, и его как раз необходимо инициализировать в первую очередь - чтобы пользователь мог видеть процесс тестирования и инициализации устройств. Так же, необходимо установить еще и режим (частоту обновления, разрешение) экрана. Ведь видеокарты могут быть сделаны разными фирмами, да еще и разные модели - кому как не БИОСу самой карточки знать досконально, как ее нужно инициализировать?
На каждой видеокарте есть свой BIOS, который опрашивается на его наличие при тестировании аппаратуры. Сначала системный БИОС ищет видео по стандартным адресам ISA VGA, - если там нет адаптера, то он ищется на PCI , потом на AGP (или сначала AGP, а потом PCI - это прописывается в установках BIOS SETUP). И если, видеобиос найден в одном из слотов, то управление передается на него.

И вообще, присутствие БИОСа на различных адаптерах заставляет системный БИОС отдавать им управление - в случае с видеоадаптером - это включение режима и т.д., в случае с сетевой картой - загрузка с сети (в случае с без дисковыми машинами - удаленная загрузка с сети) - при наличие BIOS на сетевой карте и наличие жесткого диска БИОС, например, может спросить - как будем грузиться - с сети или с имеющегося HDD? При наличии SCSI адаптера - он должен проинициализировать свои устройства (диски, CD-приводы, ленточные накопители и т.п.) и если таковые найдутся из числа дисков SCSI - необходимо будет поддержать int13 для того, чтобы система могла обращаться к ним, как к обычным жестким дискам. Хотя, инициализация SCSI устройств необязательна - например, при старте, ее можно отключать - если SCSI устройство не является загрузочным, это разумно.

Дальше проверяется наличие жестких дисков (IDE) на контроллере ввода-вывода, дисководов для дискет и пр. подобной периферии. Проверяется клавиатура и после успешной проверки выдается одиночный звуковой сигнал, указывающий, что инициализация прошла успешно (если нет - различным сочетанием звуковых сигналов BIOS сигнализирует об ошибках и/или сообщает о них на экране).

Итак, коротко можно описать следующим образом: все, кроме SCSI, IDE, USB "оживает" сразу - из адаптеров исключение составляет видеоадаптер, который инициализируется даже до проверки памяти.

Далее - если в слотах ISA находятся другие устройства, имеющие свои ПЗУ (с BIOS) - они инициализируются на этапе проверки внешних устройств, потом проходит проверка и назначение PCI (проверка устройств Plug and Play). Кстати, PnP есть и на ISA адаптерах.
Только после этого начинается проверка наличия устройств на IDE шине.

Тут может возникнуть вопрос - а как быть, если на ISA нет видеоадаптера, а есть на PCI - но ведь он "оживает" сразу - не дожидаясь даже проверки всего PCI? Просто на PCI есть BIOS, отображаемый в обычное пространство памяти, и все VGA PCI имеют еще и стандартную VGA программную часть, находящуюся в тех же регистрах, как и в случае, если бы это был ISA адаптер. Системный BIOS проверяет, есть ли VGA на ISA шине - если да, то на PCI шину и "не лезет", если нет - то сканирует PCI.

Ну, и в конце концов, после инициализации - считывается первый сектор первой дорожки первой головки жесткого диска и управление передается загрузочному сектору, который уже управляет дальнейшими действиями (либо выдается сообщение типа "NO SYSTEM TO BOOT"). Или подобным же образом система грузится с дискеты.

Вкратце процесс загрузки компьютера описан в статье "Включение ПК" раздела BIOS. Рассмотрим этот процесс более подробно.

Инициализация системы средствами BIOS

1. Нажатие кнопки включения питания. При включении кнопки Power на элементы материнской платы поступают питающие напряжения; по сигналу Power Good запускается тактовый генератор; на процессор подается сигнал сброса, который устанавливает его в исходное состояние. Начинают работать программы системного BIOS.
2. Проверка BIOS. Контрольная сумма системных программ, находящихся в ПЗУ, находится в одной из ячеек. После запуска контрольная сумма пересчитывается и сравнивается с эталонным значением.
3. Идентификация процессора. Материнская плата предусматривает возможность установки различных моделей процессора. БИОС подает запрос на идентификацию процессора и по полученному ответу определяет тип процессора, частоту, напряжения и проч.
4. Настройка базовых элементов. Инициализируются и тестируются базовые компоненты системной платы: блок прямого доступа к памяти, таймер, блок аппаратных прерываний.
5. Тестирование ОЗУ. Определяется тип модулей памяти, их объем, организация; тестируются первые 64 Кб оперативной памяти.
6. Организация рабочих структур ОЗУ. Выделяется область под БИОС, настраиваются прерывания.
7. Проверка CMOS-памяти и батарейки. При неисправной батарейке CMOS все данные настройки БИОС, находящиеся в памяти теряются. Загрузка последней конфигурации становится невозможной, о чем сообщается на экране монитора. Есть возможность осуществить загрузку стандартных заводских значений БИОС.
8. Инициализация устройств материнской платы. Производится поиск и настройка загрузочных устройств (жесткий диск, привод CD, FDD), средств управления процессом загрузки (клавиатура, мышь), устройств ввода-вывода (COM, LPT). Устройствам выделяются соответствующие линии прерывания .
9. PnP. Идентифицируются устройства, подключенные через системные разъемы. Устройствам выделяются ресурсы и прерывания.
10. Включение видеосистемы. Запускается Video BIOS, который настраивает видеоконтроллер на режим VGA или EGA, которые поддерживают все видеоконтроллеры. После этого видеоконтроллер готов к работе.
11. Выдача сообщения на экран монитора. На экране монитора появляется первое сообщение: фирма-производитель BIOS, тип и частота процессора, тип и объем ОЗУ.
12. Тестирование ОЗУ. Производится выборочная проверка незадействованной оперативной памяти.
13. Инициализация контроллера дисководов.
14. Инициализация контроллера жестких дисков.
15. Инициализация клавиатуры. Включается контроллер клавиатуры, производится тест матрицы контактов, устанавливаются временные параметры опроса клавиш и режим NumLock. Клавиатура готова к работе. На экран выводится сообщение о возможности использования программы BIOS Setup (обычно для этого используется клавиша Del).
16. Поиск устройств с собственным BIOS. Если таковые устройства найдены, то управление передается BIOS-программам этих устройств и происходит их инициализация.
17. Передача управления загрузчику ОС. По программному прерыванию Int 19h на дисковых накопителях ищется загрузчик ОС (Boot Record). Он должен находиться на одном из устройств (HDD, CD, FDD, SCSI). Местоположение загрузчика везде одинаково. После того, как загрузчик ОС найден, управление передается ему.

Загрузка операционной системы

Ядро операционной системы (ОС) загружается в ОЗУ, после чего в памяти системы размещается основная часть ОС.

БИОС производит "грубую" настройку компьютерной системы. Его основная задача - "вдохнуть" жизнь в компьютерное железо, независимо от его конкретной модификации. Новые модели процессоров, материнских плат, чипсетов и прочих устройств выходят чуть ли не ежеквартально. Невозможно в БИОС сразу заложить идентификацию всего этого разнообразия. Да это и не нужно. Основная задача БИОС сделать начальную инициализацию оборудования и запустить работу операционной системы, которая сама производит "тонкую" настройку компьютерных составляющих.

На заре развития персоналок конфигурирование системы требовало от пользователей соответствующей квалификации. Наверняка, пользователи со стажем еще помнят такие файлы, как config.exe и autoexec.bat , которые надо было правильно настроить, чтобы "телега" нормально поехала.

Что поделать, - это была обратная сторона медали открытой архитектуры IBM. За удобство получения компьютера нужной конфигурации надо было платить знаниями по его правильной настройке. Такие неудобства отпугивали неподготовленных пользователей, поэтому, фирмы-производители ПК не могли долго мириться с подобным положением вещей. Производители компьютерной техники и разработчики программного обеспечения постарались максимально снять с потребителя необходимость конфигурирования своего компьютера. Впервые новая процедура настройки системы была применена в ОС Windows - операционная система сама "опрашивала" подключенные устройства и правильно настраивала их:

• определялся перечень устройств, требующих программной настройки;
• подыскивались соответствующие программы для правильной работы таких устройств;
• выполнялась процедура программной инициализации устройств и настройка их на рабочие режимы.

Задача, в общем-то, довольно сложная. Для облегчения ее выполнения производители чипсетов и разработчики ПО согласовали и установили определенные правила механизма начальной загрузки. Теперь компоненты компьютерной системы, требующие инициализации и настройки комплектовались соответствующим программным обеспечением (инициализирующими программами, драйверами, INF-файлами):

• Инициализирующие программы заносят управляющие коды по конкретным адресам (разовая процедура);
• Драйверы - это программы, управляющие работой контроллера соответствующего устройства;
• INF-файл - командный файл, помогающий ОС организовать процедуру настройки конкретного компьютерного блока.

Начальная загрузка Windows ведется под управлением командного файла, который содержит перечень программ и драйверов выполняемых в процессе загрузки ОС. Это, так называемая, "заготовка" командного файла, которая должна в процессе первоначальной установки Windows на компьютер, переделана в рабочую версию, соответственно установленному оборудованию на данном компьютере.

Windows имеет определенный набор универсальных драйверов (который постоянно пополняется с выходом новой версии ОС), позволяющих выполнить настройку всех компонентов системы. Справедливости ради следует сказать, что универсальные драйвера Windows далеко не всегда способны произвести оптимальную настройку того или иного устройства, что снижает производительность и стабильность работы всей компьютерной системы. Поэтому, все устройства поставляются со "своим" установочным ПО (как правило, на CD). При первоначальной установке нового устройства Windows может попросить вас установить в дисковод диск с соответствующими драйверами для правильной настройки нового устройства. Рекомендуется также следить за выходом новой версии драйверов (в которых исправлены ошибки, сделана оптимизация работы и проч.) для чипсета своей материнской платы и регулярно обновлять их.

Вы включили компьютер, появляется текстовый экран загрузки на котором быстро мелькают цифры и буквы. Обычно, компьютер работает нормально, и Вы не обращаете внимание на них. Но это важная часть работы компьютера в процессе которой работают микропрограммы встроенные в BIOS . Но вот случилось что-то непонятное и все остановилось, на экран выводится код ошибки, а иногда вообще ничего не выводится - мигает курсор и все застыло в непонятном сне.

Последовательность загрузки стандартного IBM-совместимого персонального компьютера

После включения персонального компьютера его процессор еще не начинает работу.

Первое устройство, которое запускается после нажатия кнопки включения компьютера, - блок питания. Если все питающие напряжения окажутся в наличии и будут соответствовать норме, на системную плату будет подан специальный сигнал Power Good, свидетельствующий об успешном тестировании блока питания и разрешающий запуск компонентов системной платы.

После этого чипсет формирует сигнал сброса центрального процессора, по которому очищаются регистры процессора, и он запускается.

Первая выполняемая команда расположена по адресу FFFF0h и принадлежит пространству адресов BIOS. Данная команда просто передает управление программе инициализации BIOS и выполняет следующую команду (микропрограмму BIOS ).

Программа инициализации BIOS с помощью программы POST проверяет, чтовсе необходимые для работы BIOS и последующей загрузки основной операционной системы, устройства компьютера работают корректно и инициализирует их.

Таким образом, его работа - последовательно читать и выполнять команды из памяти.

Системная память сконфигурирована так, что первая команда, которую считает процессор после сброса, будет находиться в микросхеме BIOS.

Последовательно выбирая команды из BIOS, процессор начнет выполнять процедуру самотестирования, или POST.

Процедура POST

Процедура самотестирования POST состоит из нескольких этапов.

• Первоначальная инициализация основных системных компонентов;
• Детектирование оперативной памяти, копирование кода BIOS в оперативную память и проверка контрольных сумм BIOS;
• Первоначальная настройка чипсета;
• Поиск и инициализация видеоадаптера. Современные видеоадаптеры имеют собственную BIOS, которую системная BIOS пытается обнаружить в специально отведенном сегменте адресов. В ходе инициализации видеоадаптера на экране появляется первое изображение, сформированное с помощью BIOS видео адаптера ;
• Проверка контрольной суммы CMOS и состояния батарейки. Если контрольная сумма CMOS ошибочна, будут загружены значения по умолчанию ;
• Тестирование процессора и оперативной памяти. Результаты тестирования обычно выводятся на экран ;
• Подключение клавиатуры, тестирование портов ввода/вывода и других устройств.
• Инициализация дисковых накопителей. Сведения об обнаруженных устройствах обычно выводятся на экран ;
• Распределение ресурсов между устройствами и вывод таблицы с обнаруженными устройствами и назначенными для них ресурсами;
• Поиск и инициализация устройств, имеющих собственную BIOS;
• Вызов программного прерывания BIOS INT 19h, который ищет загрузочный сектор на устройствах, указанных в списке загрузки.

В зависимости от конкретной версии BIOS порядок процедуры POST может немного раз отличаться, но приведенные выше основные этапы выполняются при загрузке любого компьютера.

Что такое POST-коды?

После включения питания компьютера, если исправны блок питания и основные узлы материнской платы (генератор тактовых частот, компоненты, отвечающие за работу системной шины и шины памяти), процессор начинает выполнение кода BIOS.

Если быть совсем точным, во многих современных чипсетах перед передачей команд процессору системным контроллером предварительно конфигурируется «умная» системная шина. Но это не меняет сути дела.

Основная задача BIOS на данном этапе - проверка исправности и инициализация основных аппаратных компонентов компьютера. Вначале конфигурируются внутренние регистры чипсета и процессора, проверяется целостность кода BIOS. Затем происходит определение типа и размера оперативной памяти, поиск и инициализация видеокарты (интегрированной в чипсет или внешней). Следом конфигурируются порты ввода-вывода, контроллер дисковода, IDE/SATA-контроллер и подключенные к нему накопители. И, наконец, осуществляется поиск и инициализация интегрированных на материнскую плату дополнительных контроллеров и установленных карт расширения. Всего получается около ста промежуточных шагов, после чего управление передается загрузчику BOOTStrap, отвечающему за старт операционной системы.

Каждый из шагов POST-тестов имеет свой уникальный номер, называемый POST-кодом. Перед началом выполнения очередной процедуры ее POST-код записывается в специальный порт, именуемый Manufacturing Test Port. При успешной инициализации устройства в Manufacturing Test Port записывается POST-код следующей процедуры и так далее, до полного прохождения всех тестов. Если сконфигурировать устройство не удалось, дальнейшее выполнение POST-тестов прекращается, а в Manufacturing Test Port остается POST-код процедуры, вызывавшей сбой. Прочитав его можно однозначно идентифицировать проблемное устройство.

Имейте в виду, после перезагрузки компьютера средствами операционной системы («мягкая» или «горячая» перезагрузка) или при выходе из энергосберегающего режима обычно выполняются не все шаги по тестированию и конфигурированию аппаратных компонентов, а только необходимый минимум - так быстрее. При поиске неисправности необходимо всегда выполнять «жесткую» («холодную») перезагрузку - клавишей RESET или отключением питания компьютера. Только так гарантируется, что все этапы инициализации будут выполнены в полном объеме.

Award BIOS 6.0: вариант полной загрузки

Данную таблицу можно использовать не только как список POST-кодов, но и как последовательность действий, которые выполняются при включении компьютера. Она содержит POST-коды, которые отображаются при полной процедуре POST.

Невыполнение или сбой выполнения любого шага в последовательности тестов приводит к остановке тестирования и выдаче POST - кода соответствующего данному шагу сбоя.

POST - коды других производителей можно найти на сайтах производителя Вашей системной платы или производителя DIOS или в Internet .

Чтение POST-кодов

В мастерских или у занимающихся ремонтом специалистов контроль выполнения микропрограмм BIOS осуществляется с помощью специальной карты расширения. Она вставляется в свободный слот (большинство современных моделей рассчитано на шину PCI) и по мере загрузки отображает на своем индикаторе код выполняемой в текущий момент процедуры.

Примером может быть Post карта PCI BM9222 .

Однако POST-карта это не широко распространенное средство. Скорее, это инструмент профессионального ремонтника компьютеров. Осознавая данный факт, производители материнских плат стали оснащать модели, рассчитанные на энтузиастов экспериментирующих с настройками и разгоном компьютера, встроенными индикаторами POST-кодов.

Примером может быть системная плата ECS H67H2-M , или модели X58 Extreme3, P55 Deluxe3 и 890GX Extreme3 .

Встречается и более дешевое решение - во время начальной инициализации компонентов POST-коды могут отображаться на экране наряду с другой служебной информацией. Правда у этого решения есть существенный недостаток: если проблема связана с видеокартой, вы, скорее всего, ничего не увидите.

Последняя возможность узнать о сбое проявившемся при тестировании Звуковые сигналы сообщений об ошибках.

Звуковые сигналы и сообщения об ошибках

Несмотря на то, что POST-коды являются самым мощным инструментом по выявлению аппаратных проблем при старте компьютера, BIOS предоставляет и другие средства диагностики. Если в вашем распоряжении нет POST-карты, а материнская плата не умеет индицировать POST-коды, можно ориентироваться на звуковые сигналы и сообщения об ошибках.

Но для этого необходимо, чтобы в корпусе ПК имел системный динамик и он был подключен к системной платы.

Звуковые сигналы особенно ценны на начальном этапе, когда видеокарта еще не проинициализирована и, как следствие, не в состоянии отобразить что-либо на экране. Уникальная комбинация длинных и коротких сигналов укажет на проблемный компонент.

На более поздних этапах проще сориентироваться по сообщению об ошибке, выводимому BIOS в случае аппаратной проблемы. В некоторых версиях BIOS это сообщение сопровождается особым звуковым сигналом, в некоторых - заменяет его. Но в любом случае информации обычно достаточно, чтобы выявить сбоящий компонент.

Надо заметить, что звуковые сигналы и сообщения об ошибках фактически являются более наглядным вариантом отображения определенных POST-кодов, а отнюдь не дополнительным средством диагностики. Если в вашем распоряжении есть POST-карта, либо материнская плата способна отображать POST-коды, ориентироваться надо именно на коды - они дают гораздо более точную и детальную картину. Сравните хотя бы количество POST-кодов (около ста) и количество различных сообщений об ошибках или звуковых сигналов (несколько десятков).

Процедура Setup

Вход в BIOS Setup

Вход в BIOS Setup возможен только при включении компьютера и при успешном выполнении первоначального тестировании POST (слышен один короткий сигнал из системного динамика).

Для этого необходимо нажать определенную клавишу или сочетание клавиш.

Обычно на экранной заставке при тестировании отображается надпись типа «Press DEL to enter Setup» - это означает, что для входа в BIOS Setup необходимо нажать клавишу DEL. Узнать, за которой клавишей закреплен вход в BIOS, можно из инструкции к материнской плате. Если инструкции нет, а экранная заставка не отображает подсказки, можно опробовать наиболее известные варианты комбинаций:

Delete
Esc
Ctrl + Shift + S или Ctrl + Alt + S
Ctrl + Alt + Esc
Ctrl + Alt + Delete

Безопасная работа с BIOS Setup

Работа с BIOS Setup связана с определенным риском, поскольку при неправильном или неосторожном изменении параметра система может функционировать нестабильно либо не функционировать вообще. Есть несколько простых советов, которые позволяют свести возможный риск к минимуму:

• Экспериментировать с настройками BIOS Setup лучше всего на новом не заполненном информацией компьютере;
• Старайтесь вообще не экспериментировать с BIOS на компьютерах, обрабатывающих или хранящих важную или объемную информацию. Перед настройкой системы с помощью BIOS позаботьтесь о резервном копировании важных данных. Главное в таких компьютерах - стабильность. Подвисший разогнанный компьютер через несколько часов обработки видео - это потеря времени, электроэнергии и результата работы. Неразогнанный справится с данной задачей гораздо эффективнее и сохранит ваши нервы;
• Прежде, чем изменить важные параметры, всегда фиксируйте выставленное и измененное значение. Это позволит вам в случае нестабильной работы системы вернуть ее в рабочее состояние;
• Не изменяйте значения параметров, которые вам неизвестны. Уточните их значение либо в инструкции к материнской плате, либо в сети Internet на ресурсе разработчика платы;
• Не редактируйте за раз несколько важных не связанных между собой параметров. При нестабильной работе системы гораздо сложнее определить, какой параметр вызвал нестабильную работу;
• Не разгоняйте компьютер без соответствующей изучения работы разгоняемой системы и подготовки;
• Не используйте раздел Hard Disk Utility, который предназначен для низкоуровневого форматирования устаревших моделей жестких дисков и встречается в старых версиях BIOS, т.к. может вывести из строя современный жесткий диск;
• Если после выставления параметров и выхода из BIOS компьютер перестает запускаться вообще, вернуть систему в рабочее состояние можно несколькими способами:
  • Если после перезагрузки компьютера возможно войти в BIOS Setup, нужно установить прежние значения отредактированных параметров. Некоторые версии BIOS сами осуществляют откат изменений за последнюю сессию.
  • Если сделанные изменения неизвестны, то лучше воспользоваться параметрами по умолчанию, использовав команду Load Fail-Safe Defaults. После этого придется настраивать систему на оптимальную работу.
  • Если компьютер вовсе не запускается из-за неправильных настроек BIOS, то в таком случае необходимо обнулить содержимое CMOS. При этом все значения включая дату/время будут изменены. Для этого сбросить неправильные установки, для этого просто переместить перемычку Flash Recovery (IBM )или джампер Clearing CMOS в положение "очистка CMOS ". В последнем случае нужно просто замкнуть перемычкой на несколько минут контакты соответствующего джампера.
  • В случае неудачных результатов настройки Setup BIOS , необходимо после сброса неудачной конфигурации с помощью джампера в процедуре Setup BIOS продублировать возвращение загрузку значений BIOS ru.Wikipedia.org << на главную>>

При включении питания компьютера управление передается базовой системе ввода/вывода, BIOS.Она выполняет проверку аппаратных узлов компьютера, формирует начальную часть таблицы векторов прерываний, инициализирует устройства и начинает процесс загрузки операционной системы.

Загрузка начинается с того, что BIOS делает попытку прочитать самый первый сектор дискеты, вставленной в дисковод А: (на загрузочной дискете этот сектор содержит загрузчик операционной системы). Если в дисковод вставлена системная дискета, с нее считывается загрузчик и ему передается управление.

Если дискета не системная, т.е. не содержит загрузочной записи, на экран выдается сообщение с просьбой заменить дискету.

Если же дискеты в дисководе А: вообще нет, то BIOS читает основную загрузочную запись диска С: (Master Boot Record). Обычно это самый первый сектор на диске. Управление передается загрузчику, который находится в этом секторе. Загрузчик анализирует содержимое таблицы разделов (она также находится в этом секторе), выбирает активный раздел и читает загрузочную запись этого раздела. Загрузочная запись активного раздела (Boot Record) аналогична загрузочной записи, находящейся в первом секторе системной дискеты.

Загрузочная запись активного раздела считывает с диска файлы IO.SYS и MSDOS.SYS (именно в этом порядке). Затем считываются и загружаются резидентные драйверы. Начинается формирование связанного списка драйверов устройств. Анализируется содержимое файла CONFIG.SYS, загружаются описанные в этом файле драйверы. Сначала загружаются драйверы, описанные параметром DEVICE, затем (только в MS-DOS версии 4.х и 5.0) резидентные программы, указанные операторами INSTALL. После этого считывается командный процессор и ему передается управление.

Командный процессор состоит из трех частей - резидентной, инициализирующей и транзитной. Первой загружается резидентная часть. Она обрабатывает прерывания INT 22H, INT 23H, INT 24H, управляет загрузкой транзитной части. Эта часть командного процессора обрабатывает ошибки MS-DOS и выдает запрос пользователю о действиях при обнаружении ошибок.

Инициализирующая часть используется только в процессе загрузки операционной системы. Она определяет начальный адрес, по которому будет загружаться пользовательская программа и инициализирует выполнение файла AUTOEXEC.BAT.

Транзитная часть командного процессора располагается в старших адресах памяти. В этой части находятся обработчики внутренних команд MS-DOS и интерпретатор командных файлов с расширением имени.BAT. Транзитная часть выдает системное приглашение (например, А:\>), ожидает ввода команды оператора с клавиатуры или из пакетного файла и организует их выполнение.

После загрузки командного процессора и выполнения начальных процедур, перечисленных в файле AUTOEXEC.BAT, подготовка системы к работе завершается.

1.3. Общая схема работы dos

Для того чтобы правильно работать с системным программным и аппаратным обеспечением, нужно четко представлять себе механизм взаимодействия прикладной программы с компьютером. На рис. 1.1 показаны функциональные связи программы с программно-аппаратным обеспечением IBM PC.

Рис.1. Функциональные связи программы для MS-DOS с программно-аппаратным обеспечением ПЭВМ

Как правило, ядро DOS разделяют на несколько подсистем, каждая из которых отвечает за выполнение той или иной задачи. Как показано на рисунке, обычно выделяются следующие подсистемы:

файловая система;

система управления памятью;

система управления программами;

система связи с драйверами устройств;

система обработки ошибок;

службу времени;

систему ввода/вывода консоли оператора.

Эти подсистемы общаются с аппаратурой через BIOS, драйверы или напрямую. Прикладное программное обеспечение может вызывать подсистемы DOS, работать с BIOS или непосредственно с аппаратурой. Обратите, однако, внимание на то, что прикладные программы могут обращаться к драйверам только через соответствующую подсистему DOS.

Очевидно также, что чем выше уровень интерфейса прикладной программы и аппаратуры, тем меньше программа будет зависеть от особенностей аппаратуры.

Рассмотрим подсистемы DOS отдельно.