Как компьютер переходит в операционную систему при нажатии кнопки питания?
Загрузчик очень важен для операционных систем. Тем не менее его часто упускают из виду как ключевой компонент компьютеров. Это происходит потому, что он играет свою роль в фоновом режиме, помогая активировать нужную операционную систему. Большинство процессорных плат в наших устройствах имеют предварительно загруженные на них программы. Эти программы известны как загрузчики.
В этой статье объясняется, что такое загрузчик и как он работает. Если вам интересно узнать, что такое загрузчик и как он работает, эта статья для вас.
Что такое загрузчик
Когда компьютер включен, он находится в чистом состоянии. Это означает, что в его памяти нет программ и доступ к его компонентам невозможен.
Загрузчик помогает загрузить операционную систему или среду выполнения, чтобы добавить программы в память и обеспечить доступ к компонентам. Он необходим для запуска процесса запуска, инициализации аппаратного обеспечения и передачи управления ядру, которое инициализирует операционную систему.
BIOS
Ключевые компоненты загрузчика включают базовую систему ввода/вывода (BIOS), микропрограмму, находящуюся в памяти только для чтения (ROM) ПК. При включении компьютера BIOS запускается раньше, чем любая другая программа.
BIOS состоит из следующих компонентов:
- POST (самотестирование при включении питания)
- Загрузчик загрузочного сектора
- Прерывания BIOS
- Меню настройки
Меню Setup помогает настроить параметры загрузчика. В современных версиях BIOS используются различные параметры. К ним относится порядок загрузки, определяющий устройства, которые BIOS проверяет перед загрузкой.
Загрузчик загрузочного сектора загружает в оперативную память первый 512-байтовый сектор с загрузочного диска. Он необходим для того, чтобы первый доступный блок памяти или сектор носителя был зарезервирован для записи.
Прерывания BIOS — это драйверы устройств, на которые полагаются загрузчики для доступа к экрану, клавиатуре и дискам. Не все операционные системы используют прерывания BIOS.
Помимо BIOS, существуют ПЗУ расширения. Основной BIOS может запускать ПЗУ расширения.
Загрузчик обычно состоит из трех программ:
- Программа загрузочного сектора, непосредственно загружаемая BIOS во время загрузки.
- Программа второго этапа, загружаемая программой загрузочного сектора для завершения процесса загрузки
- Программа установки загрузчика для установки загрузчика и программы второго этапа на загрузочный диск.
UEFI BIOS
Развивающиеся требования пользователей компьютеров привели к созданию современного преемника BIOS.
UEFI (Unified Extensible Firmware Interface) — это мини-операционная система, которая загружает загрузчик в память перед выполнением дополнительных операционных процедур.
Хотя он имеет некоторые общие черты с BIOS, несколько ключевых различий заставили многих рассматривать UEFI как расширение, а не замену традиционной BIOS.
Одно из основных отличий UEFI от BIOS заключается в том, что UEFI предоставляет операционный интерфейс для компьютеров и использует новые механизмы и функции. Кроме того, хотя UEFI не определяет полностью, как должна программироваться микропрограмма, он влияет на интерфейс между микропрограммой и операционной системой.
Программа UEFI постоянно находится в микросхеме памяти на материнской плате. Это означает, что она сохраняется даже при отсутствии питания. Для связи между микропрограммой и операционной системой используется уникальный операционный уровень. Режим UEFI может быть инициализирован до запуска операционной системы.
К основным преимуществам UEFI относятся:
- Не требует активной операционной системы для функционирования сети
- Лучшее удобство использования благодаря использованию компьютерной мыши и графического интерфейса пользователя
- Повышенная безопасность благодаря функции Secure Boot
- Гибкая модульная структура, которая помогает адаптироваться к специальным аппаратным средам и профилям требований.
- Менеджер загрузки, который управляет различными загрузчиками для различных операционных систем
- Инструмент командной строки для проведения диагностики и устранения неполадок.
Целью Secure Boot является повышение безопасности. Части микропрограммы UEFI, загрузчика и ядра операционной системы должны быть проверены перед запуском. Компоненты проверяются с помощью криптографических цифровых подписей в базе данных подписей микропрограммы UEFI. Загрузка системы может быть отменена, если проверка безопасности не пройдена.
В профессиональных средах Secure Boot обычно используется с аппаратным компонентом. Модуль Trusted Platform Module (TPM) является ключевым компонентом Secure Boot, обеспечивающим функции безопасности для компьютеров.
Если сравнивать с традиционным способом загрузки системы BIOS, то UEFI и GPT дают следующие преимущества:
- Позволяет одновременно устанавливать несколько операционных систем с собственными менеджерами загрузки.
- Загружается быстрее, чем традиционные системы BIOS
- Поддерживает приложения перед загрузкой
В наши дни для настроек, связанных с загрузкой, используется NVRAM (энергонезависимая память с произвольным доступом). Настройки сохраняются после выключения компьютера. При этом используется небольшое количество энергии от батареи материнской платы.
Как работает загрузчик?
После включения компьютера на экране появляется информация об установленном оборудовании. Загрузчик помещает свою операционную систему в память. Базовая система ввода/вывода (BIOS) выполняет тесты перед передачей управления на главную загрузочную запись (MBR), которая содержит загрузчик.
Многие загрузчики настроены так, чтобы предоставить пользователям различные варианты загрузки. Эти варианты включают различные операционные системы, различные версии одной и той же операционной системы, варианты загрузки операционной системы и программы, работающие без операционной системы.
В некоторых случаях устройство может иметь две операционные системы. На таких устройствах можно использовать загрузчики, чтобы автоматически запускать ту операционную систему, которую предпочитает пользователь. Загрузчик также может использоваться для загрузки операционной системы в безопасный режим для восстановления.
С помощью загрузчика можно загрузиться в программу без необходимости запускать операционную систему. Это может быть полезно для таких устройств, как игровые приставки. После того как диск с игрой вставлен в консоль и консоль включена, вместо экрана приветствия пользователь попадает прямо в игру.
Исключения и прерывания
Загрузчики очень важны для поддержания безопасности и архитектуры программного обеспечения. Исключения и прерывания могут по-разному обрабатываться загрузчиками и приложениями. Метод, которым связаны аппаратное и программное обеспечение, напрямую влияет на работу исключений и прерываний и на функциональность загрузчика.
Надеюсь вы поняли что такое загрузчик? Если у вас есть дополнения, можете написать в комментариях ниже, а я в свою очередь, добавлю ваши заметки в статью.
