Как работает компьютер?

как работает компьютер

В этой статье вы узнаете как работает персональный компьютер, как проходит его загрузка, начиная с нажатия кнопки питания.

Включение питания компьютера

При первом нажатии кнопки питания компьютер посылает сигнал на источник питания компьютера, который преобразует переменный ток (AC (alternating current)) в постоянный (DC (direct current)). Это питание обеспечивает компьютер и его компоненты необходимым питающим напряжением и электрической мощностью.

Компьютер и его компоненты получат питание. Источник питания проводит запуск теста напряжений. Если нет ошибок, он отправит сигнал (с использованием транзисторов) на материнскую плату и процессор компьютера (CPU). В то время как это происходит, процессор обнуляет данные в регистрах памяти и присваивает счетчику программ процессора шестнадцатеричное число F000. Этой командой процессор сигнализирует о том, что он готов обработать инструкции, содержащиеся в базовой системе ввода-вывода (BIOS).

BIOS и POST

Когда компьютер обращается к BIOS, он начинает самотестирование при включении питания (POST - power on self test ). Эта последовательность тестов гарантирует, что необходимые компоненты присутствуют и функционируют должным образом. Если компьютер не проходит ни один из тестов, он сталкивается с ошибками. Ошибка POST - это код звукового сигнала, который отличается от стандартного - один или два звуковых сигнала. Например, при ошибке POST может не генерировать никаких звуковых сигналов или будет комбинация различных звуковых сигналов, указывающих на причину сбоя.

Если компьютер проходит POST, он просматривает первые 64 байта памяти, расположенные в микросхеме CMOS. Этот чип запитан 3 вольтовой батареей, даже при выключенном компьютере, настройки в нем сохраняются. Этот чип содержит такую информацию, как системное время и дата, а также информацию обо всем оборудовании, установленном на вашем компьютере.

После загрузки информации из CMOS, POST начинает проверку и сравнение системных настроек с тем, что установлено на компьютере. Если ошибок не обнаружено, он загружает основные драйверы устройств и обработчики прерываний для такого оборудования, как жесткий диск, клавиатура, мышь. Эти базовые драйверы позволяют процессору взаимодействовать с этими аппаратными устройствами и позволяют компьютеру продолжать процесс загрузки.

Затем POST проверяет значение реального времени (RTC) или системный таймер и системную шину, чтобы убедиться, что оба работают. Наконец, вы получите изображение на своем дисплее после того, как POST загрузит память, содержащуюся в адаптере дисплея.

Затем BIOS проверяет, продолжить загрузку или сделать перезагрузку, просматривая адрес памяти 0000:0472. Если он видит 1234h, BIOS понимает, что это перезагрузка, и пропускает оставшиеся шаги POST.

Если 1234h не отображается, BIOS понимает, что можно продолжать и выполнять следующие тесты POST. Затем он проверяет оперативную память (ОЗУ), установленную в компьютере, путем записи на каждый чип. Раньше компьютеры показывали этот шаг, поскольку память подсчитывалась во время загрузки.

Далее, POST отправляет сигналы на оптический привод компьютера и жесткий диск для тестирования. Если все диски проходят тест, POST завершен,  и компьютер получает указание начать загрузку операционной системы.

BIOS UEFI
BIOS и UEFI

Загрузка операционной системы

После того, как компьютер прошел проверку, он запускает процесс загрузки. Этот процесс отвечает за загрузку операционной системы и всех связанных с ней системных файлов. Поскольку Microsoft Windows является наиболее часто используемой операционной системой, в этом разделе рассматривается загрузка Microsoft Windows.

BIOS сначала передает управление первичному загрузчику (bootstrap loader), который просматривает загрузочный сектор первого загрузочного устройства (жесткого диска, SDD, DVD, флэш-накопителя).  Если очерёдность загрузки в настройках CMOS не изменена.

В этом примере Microsoft Windows 10 Bootmgr (диспетчер загрузки Windows) находится в загрузочном секторе. Он сообщает компьютеру, где найти оставшийся код на жестком диске или SDD. Затем загружается Windows, начиная с заставки Windows и загрузки реестра Windows. После загрузки реестра, Windows начинает загружать в память множество низкоуровневых программ, составляющих операционную систему. Первоначально загруженные программы позволяют Windows взаимодействовать с основным оборудованием и другими приложениями, запущенными на компьютере.

загрузка Windows 10
Заставка запуска Windows 10

После загрузки реестра, начальных базовых аппаратных устройств, загрузчик Windows подхватывает устройства plug and play, устройства PCI. После загрузки всех этих устройств, Windows устанавливает полную поддержку жесткого диска, разделов и любых других дисков и переходит ко всем другим установленным драйверам.

В итоге, после выполнения описанных выше действий, будут загружены все дополнительные необходимые службы, и Windows покажет Рабочий стол - компьютер готов к работе.

Аппаратные устройства, взаимодействующие с компьютером

После загрузки операционной системы на компьютер аппаратное обеспечение, подключенное к компьютеру, должно иметь возможность взаимодействовать с процессором. Аппаратная связь осуществляется с помощью запроса на прерывание (IRQ). Контроллер прерываний отправляет запрос (INTR) в центральный процессор, чтобы остановить то, что он делает для обработки нового аппаратного запроса. Все, что выполняется процессором, приостанавливается и сохраняется в виде адреса памяти в стеке памяти. Затем эта задача возобновляется, когда выполняется текущая (более срочная) задача.

Дополнительная информация:

Дорогой читатель! Вы посмотрели статью до конца.
Получили вы ответ на свой вопрос? Напишите в комментариях пару слов. Если ответа не нашли, укажите что искали или откройте содержание блога.

ОЧЕНЬ ВАЖНО! Оцени лайком или дизлайком статью!
Блог твой компьютер лайк   Блог твой компьютер дизлайк

Блог "Твой компьютер"
Добавить комментарий

;-) :| :x :twisted: :smile: :shock: :sad: :roll: :razz: :oops: :o :mrgreen: :lol: :idea: :grin: :evil: :cry: :cool: :arrow: :???: :?: :!:
Нажимая на кнопку "Отправить комментарий", я даю согласие на рассылку, обработку персональных данных и принимаю политику конфиденциальности.