Загрузка операционной системы. Загрузка Windows XP. Этапы включения и загрузки компьютера

• Основные понятия загрузочного процесса операционных систем Windows XP и 7
• Метод двойной и многовариантной загрузки Windows.
• Ограничения загрузки операционной системы Windows и другие возможные варианты.
• Как работают загрузчики (менеджеры загрузки) сторонних производителей.

Я знаю из личного опыта, что большинство людей рассматривает процесс загрузки компьютера как что-то недоступное их пониманию. Во многих руководствах и инструкциях содержится слишком много технических подробностей и деталей запутывающих пользователей и вообще отбивающие желание изучать его.

В этом руководстве будет содержаться только самая необходимая информация. Я думаю, что нет необходимости глубоко вникать в процесс загрузки. Достаточно знать основные технические моменты, для того чтобы сделать правильный выбор при установке или изменении конфигурации, загрузки операционной системы Windows.

Данный ниже материал, может кому-то показаться слишком упрощенным, но это лишь, то, что действительно необходимо для понимания процесса. Процесс загрузки операционной системы — это последовательный запуск и выполнения работы одной “программки”, которая потом запускает вторую, третью и так далее. Как правило, для загрузки необходим запуск 4 или 5 “программок”, последняя из которых фактически запускает операционную систему Windows.

Большинство проблем возникают, только потому, что одна из программ не может найти следующую за ней программу в цепи действий. Если вы знаете, где расположена нужная программа, что нужно ей для запуска следующей и какая точка входа необходима этой программе, то вы действительно разбираетесь в загрузке операционных систем.

В понимании процесса загрузки нет ничего особо трудного или мистического. Ведь речь идёт всего лишь о пяти небольших программках, которые просто должны запускаться (стартовать) в правильном порядке. Любой начинающий пользователь, через пять минут работы за компьютером может узнать, что это за программки и как ими удобно пользоваться.

В последовательном запуске программ нет ничего секретного или магического, эти программы как и любые другие всего лишь закодированные единицы и нули, которые указывают компьютеру, что необходимо делать. Некоторые из программ имеют странные имена, которые стали уже почти легендами, их названия произносятся часто с чувством почтения и удивления. Они вызывают уважение, даже среди некоторых закалённых компьютерных специалистов. Я не хочу подвергать сомнению, чьи либо убеждения, но это правда.

Последовательность загрузки операционной системы

Первая программа уже встроена в материнскую плату вашего персонального компьютера, точнее, в маленькую микросхему (чип) которая находится всегда в одном и том же месте. При включении компьютера она запускается и выполняет заложенную в неё программу. Эта первая программа называется БИОС (BIOS). Выполнив свою работу, она запускает следующую программу. БИОС весьма “умна” и всегда старается найти следующую для запуска программку, для этого проверяются места её возможного нахождения.

Как правило, всё находится автоматически, так что делать ничего не нужно. Иногда возникает необходимость указать программе нужный параметр для поиска необходимого устройства – флоппи дисковода, жёсткого диска и т. д. Все это можно сделать в настройках программы BIOS.

Для продолжения загрузки операционной системы с жесткого диска необходима вторая программа, которая находится на жёстком диске. Для простоты поиска второй программы её всегда размещают в одном и том же месте, и БИОС всегда начинает просмотр именно с него.

Запуск второй программы всегда начинается с первых байтов первого сектора. Называется эта программа MBR (Главная загрузочная запись). Она содержит в себе программу начальной загрузки и таблицу разделов (Partition Table ) жесткого диска – вот это двойное предназначение многих вводит в заблуждение. Самое распространённое название загрузочной части MBR это – Программа начальной загрузки (IPL ). Так же как и БИОС, программа IPL универсальна для всех операционных систем, так что не надо беспокоиться, поддерживает она, Windows или Linux. Находясь на жестком диске, её задача лишь запустить следующую программку. Программка IPL от компании Майкрософт имеет маленький размер и ограниченные возможности, её цель и главная задача найти и запустить следующую программку в цепи.

Просматривая таблицу разделов, и заметив “развивающийся” флаг активности, программка понимает, что нашла свою цель. Если раздел отмечен флагом активности, то программа начальной загрузки (IPL) идет к первым байтам первого сектора и запускает следующую программку в цепи загрузки. При изменении (перемещении) флага активности с одного раздела на другой, программа начальной загрузки начнет просмотр и загрузку с другого раздела.

При изменении флага активности никаких физических действий с разделом не происходит, вносится лишь небольшая поправка в таблицу разделов. Раздел с установленным флагом называют Активным разделом, для изменения активности разделов жесткого диска, надо просто переместить указатель (флаг на техническом языке) на нужный раздел.

Третья программа в цепочке последовательно запускающих программ находится в самом начале раздела. Она называется PBR (Запись Загрузки Раздела) или иногда её называют VBR (Том Записи Загрузок). Когда PBR сделает свою работу, то она запускает следующую за ней программу. PBR весьма специфична, и в отличие от BIOS и IPL, ей требуется знать, точное название и местонахождение файла. Название файла в зависимости от операционной системы будет разным, поэтому в процессе установки операционной системы PBR запишет необходимые данные, для того что бы легко можно было найти нужный файл. Для операционных систем от Windows NT до Vista это будет файл под названием ntldr , который всегда находится в корневом каталоге раздела. Месторасположение файла ntldr всегда в корневом каталоге рядом с папками Windows и Program Files, а не внутри папки или директории.

Для операционных систем, от Windows NT до Vista запуск файла ntldr будет четвертой и последней программой в цепи загрузки. Файл, по сути, является загрузчиком Windows, которая запускается из папки system32.

На этом рисунке отображена последовательность загрузки. Главная загрузочная запись (MBR) показана как отдельная секция в начале жёсткого диска. Для этого на жестком диске специально зарезервирован маленький раздел, который никак не связан с другими разделами. Запись загрузки раздела (PBR) показана как отдельная секция, хотя на самом деле это часть раздела. Операционная система Windows резервирует первые 16 секторов своего раздела, исключительно для использования загрузочной записи раздела.

Последовательность загрузки старой операционной системы Windows NT и Vista почти не отличается, но в последней операционной системе ntldr была изменена. В старой Windows NT, файл ntldr был и загрузчиком и менеджером загрузок, но в Windows Vista эти две функции были разделены на две разные программы.

Функцию менеджера загрузки, в обязанность которой входит поиск активной операционной системы теперь выполняет — файл bootmng . Загрузчик, который фактически запускает операционную систему, выполняет — файл winload.exe . Файл bootimg находится в корневом разделе установленной операционной системы, а файл winload.exe помещен внутрь папки system32 системной папки Windows. Все эти изменения добавляют еще один шаг в цепочку загрузки операционной системы, поэтому в Viste она составляет пять шагов.

Операционная система Windows 7 наделена огромными возможностями, которые позволяют создать дополнительный раздел для управления загрузкой и файлами BCD и bootmng . Компания Майкрософт сообщает, что изменение в загрузке новой операционной системы Windows 7, возможно в дальнейшем станет постоянным.

Продолжение следует…

Начальная загрузка операционной системы

Файлы операционной системы находятся на диске (жестком или гибком). Однако программы могут выполняться, только если они находятся в оперативной памяти, поэтому файлы операционной системы необходимо загрузить в оперативную память.

При включении компьютера он тестирует свои устройства и пытается выполнить загрузку ОС - программы, осуществляющей управление компьютером.

Этот процесс называется начальной загрузкой. Она выполняется автоматически при включении электропитания компьютера.

После включения компьютера производится загрузка операционной системы с системного диска в оперативную память, которая должна выполняться в соответствии с программой загрузки.

В компьютере находится постоянное запоминающее устройство (ПЗУ), содержащее программы тестирования компьютера и первого этапа загрузки операционной системы, которые называются BIOS (базовая система ввода/вывода). ПЗУ расположено на системной плате и питается от батарейки, поэтому записанные в нем программы, не стираются при выключении компьютера.

После включения компьютера эти программы начинают выполняться, причем информация о ходе этого процесса высвечивается на экран дисплея. Сначала производится тестирование и настройка аппаратных средств, затем начинается загрузка операционной системы.

На этом этапе процессор обращается к диску и ищет в определенном месте (в 1 секторе диска) наличие очень небольшой программы-загрузчикаMaster Boot. Если диск системный, то Master Boot оказывается на месте, считывается в память, и ему передается управление. В свою очередь Master Boot ищет на диске основной загрузчик Boot Sector, загружает его в память и передает ему управление. Далее основной загрузчик ищет остальные модули операционной системы и загружает их в оперативную память.

В случае если в дисковод вставлен несистемный диск или диск вообще отсутствует, то на экране монитора появляется сообщение: Not sуstem disk, и компьютер «зависает».

После окончания загрузки операционной системы управление передается командному процессору. В случае использования интерфейса командной строки на экране появляется приглашение системы, в противном случае загружается графический интерфейс.

Все файлы операционной системы не могут одновременно находится в оперативной памяти, так как объем современных операционных систем составляет десятки и сотни мегабайт. Для функционирования компьютера обязательно должны находится в оперативной памяти модуль, управляющий файловой системой, командный процессор и драйверы подключенных устройств. Модули операционной системы, обеспечивающие графический интерфейс, могут быть загружены в оперативную память по желанию пользователя.

	Вопросы для самоконтроля 1. Для чего необходима операционная система? 2. Какие компоненты входят в состав операционной системы? 3. Что называется файлом, как задается его имя? 4. Какие могут быть расширения текстовых файлов? 5. Чем отличается быстрое и полное форматирование диска? 6. Чем различаются одноуровневая и иерархическая файловые структуры? 7. Какие операции с файлами возможно? 8. Каковы основные этапы загрузки операционной системы?
Настройка интерфейса Windows Вопросы для изучения: 1. Рабочий стол Windows. 1.1. Значки и ярлыки объектов. 1.2. Окна. 1.3. Панель задач. 1.4. Панель индикации. 2. Структура окна папки. 2.1. Строка заголовка. 2.2. Кнопки управления размерами окна. 2.3. Системный значок. 2.4. Строка меню. 2.5. Панель инструментов. 2.6. Адресная строка. 2.7. Рабочее поле. 2.8. Строка состояния.

Операционные системы семейства Windows – наиболее универсальные. Ими можно пользоваться для работы с офисными программами, для потребительской работы в Интернете, в учебных и развлекательных целях. Как и все операционные

Д лительное время бегать из одной операционной системы в другую, если их установлено на компьютере две, не получится. После тщательного изучения обоих, рано или поздно придётся выбрать только одну из них – основную , с которой работа будет проводиться преимущественно. Если по большей части используется только одна система Windows, иные её версии или редакции, размещённые на других разделах диска, не обязательно удалять. Конечно же, при условии, что пространство жёсткого диска не стеснено в размерах.

Возможность работы в будущем с другими системами компьютера можно оставить, но для удобства упростить вход в основную, убрав временно неиспользуемые с загрузки. В этом случае запуск компьютера будет упрощён автоматической загрузкой только нужной операционной системы. Другой вариант упростить начало работы с компьютером – не убирать окно выбора загрузки всех систем, но назначить нужную версию Windows в качестве загружаемой по умолчанию и уменьшить время выбора других вариантов в окне загрузчика.

Как отредактировать процесс загрузки нескольких операционных систем Windows, установленных на одном компьютере – об этом подробнее ниже.

Итак, имеем в нашем случае компьютер с установленными версиями Windows 7 и 8.1. При включении компьютера видим окно загрузчика с перечнем систем для выбора.

Каждый раз при загрузке компьютера попасть в нужную систему можно, сделав соответствующий выбор. В противном случае по истечении определённого времени – а по умолчанию это 30 секунд – автоматически будет загружена Windows, стоящая в списке первой. В нашем случае это Windows 7 , поскольку она установлена на компьютер последней, и именно её загрузчик, как видим, встречает нас после запуска компьютера.

Что же, изменим это. Настроим автоматическую загрузку основной системы – Windows 8.1. Для этого, естественно, необходимо войти в неё.

Нам нужен раздел настроек , и в Windows 8.1 в него можно попасть с помощью контекстного меню на кнопке .

В окошке системы выбираем дополнительные параметры .

Попасть в раздел настроек в Windows 7 можно также с помощью контекстного меню, но вызванном на значке «Компьютер» в проводнике. В числе команд необходимо выбрать .

В Windows 7 также выбираем дополнительные параметры .

Дальнейшие шаги в обоих системах идентичны.

В появившемся окне свойств системы во вкладке «Дополнительно» жмём кнопку параметров в последнем разделе .

Теперь можно приступать к редактированию загрузки нескольких систем. Меняем загружаемую по умолчанию Windows из числа вариантов в выпадающем списке. В нашем случае предустановленную Windows 7 меняем на Windows 8.1.

Как упоминалось, по умолчанию загрузчик Windows ждёт полминуты , чтобы пользователь мог осуществить выбор операционной системы.

Если преимущественно работа проводится только в одной системе , нет смысла оставлять полминуты ожидания её автоматической загрузки. Другую операционную систему можно не лишать возможности запуска, но сократить предустановленное время для выбора вариантов загрузки. В отображении списка загружаемых систем в нашем случае установим 5-секундное ожидание перед автоматической загрузкой основной системы Windows 8.1. Этого времени хватит с лихвой, чтобы осуществить выбор, если вдруг когда-то понадобится войти в Windows 7.

Чтобы полностью убрать другую систему из перечня загрузки, необходимо убрать галочку с опции отображения списка систем . В этом случае без каких-либо временных задержек будет загружаться только система, выбранная для загрузки по умолчанию.

Если вторая операционная система когда-то понадобится, войти в неё можно будет, сделав эту опцию снова активной .

После внесения изменений жмём «Ок» внизу этого окна, а также внизу окна свойств системы.

Всё – список загрузки операционных систем отредактирован.

Выше мы рассмотрели редактирование загрузки существующих операционных систем. Но нередко при запуске компьютера можем увидеть перечень операционных систем, которых уже на компьютере нет . Это естественное развитие событий после того, как вторая операционная система была удалена путём обычного форматирования раздела диска или уничтожения системных файлов вручную, но при этом запись о возможности её загрузки в конфигурации системы не убиралась. Загрузчик также может отображать вариант запуска несуществующей основной Windows после того, как система была переустановлена . Это, кстати, не основная, но одна из причин, почему системщики советуют осуществлять так называемую чистую установку Windows – без сохранения файлов предыдущей системы и с форматированием раздела диска.

Н есуществующую операционную систему лучше вообще удалить из вариантов загрузки, чтобы она не затягивала процесс запуска основной Windows.

В основной системе вызываем команду . В Windows 8.1 быстрый доступ к ней реализован в контекстном меню на кнопке .

Нам нужен раздел конфигурации системы . Вводим в поле команды значение:

Жмём «Ок» .

В Windows 7 запустить окно конфигурации системы можно проще — прописав ключевой запрос в поисковом поле меню .

Появится окно конфигурации системы, переходим на вкладку . Выбираем запись о загрузке несуществующей системы и удаляем её .

В нашем случае перечень загрузки содержал разные версии Windows, и определиться с удаляемой «Семёркой» нам явно не составило труда. Но если в перечне загрузки числятся записи о двух одинаковых версиях Windows, в ориентации с той, которую нужно удалить, помогут описания систем. Windows, в которой мы по факту находимся, будет обозначена как текущая .

Внесённые изменения сохраняем кнопкой . После нажатия «Ок» система предложит перезагрузиться .

После перезапуска компьютера можем наблюдать незамедлительную автозагрузку основной системы.

Загрузка операционной системы

Файлы операционной системы хранятся во внешней, долговременной памяти (на жестком, гибком или лазерном диске). Однако программы могут выполняться, только если они находятся в оперативной памяти, поэтому файлы операционной системы необходимо загрузить в оперативную память.

Диск (жесткий, гибкий или лазерный), на котором находятся файлы операционной системы и с которого производится ее загрузка, называется системным .

После включения компьютера производится загрузка операционной системы с системного диска в оперативную память. Загрузка должна выполняться в соответствии с программой загрузки. Однако для того чтобы компьютер выполнял какую-нибудь программу, эта программа должна уже находиться в оперативной памяти. Разрешение этого противоречия состоит в последовательной, поэтапной загрузке операционной системы.

Самотестирование компьютера. В состав компьютера входит энергонезависимое постоянное запоминающее устройство (ПЗУ), содержащее программы тестирования компьютера и первого этапа загрузки операционной системы - это BIOS (Basic Input/Output System - базовая система ввода/вывода).

После включения питания компьютера или нажатия кнопки Reset на системном блоке компьютера или одновременного нажатия комбинации клавиш {Ctrl+Alt+Del} на клавиатуре процессор начинает выполнение программы самотестирования компьютера POST (Power-ON Self Test). Производится тестирование работоспособности процессора, памяти и других аппаратных средств компьютера.

В процессе тестирования сначала могут выдаваться диагностические сообщения в виде различных последовательностей коротких и длинных звуковых сигналов (например, 1 длинный и 3 коротких - не подключен монитор, 5 коротких - ошибка процессора и так далее). После успешной инициализации видеокарты краткие диагностические сообщения выводятся на экран монитора.

Для установки правильной даты и времени, а также внесения изменений в конфигурацию аппаратных средств компьютера в процессе выполнения самотестирования необходимо нажать клавишу {Del}. Загрузится системная утилита BIOS Setup, имеющая интерфейс в виде системы иерархических меню. Пользователь может установить новые параметры конфигурации компьютера и запомнить их в специальной микросхеме памяти, которая при выключенном компьютере питается от батарейки, установленной на системной плате. В случае выхода из строя батарейки конфигурационные параметры теряются и компьютер перестает нормально загружаться.

После проведения самотестирования специальная программа, содержащаяся в BIOS, начинает поиск загрузчика операционной системы. Происходит поочередное обращение к имеющимся в компьютере дискам (гибким, жестким, CD-ROM) и поиск на определенном месте (в первом, так называемом загрузочном секторе диска) наличия специальной программы Master Boot (программы-загрузчика операционной системы).

Если диск системный и программа-загрузчик оказывается на месте, то она загружается в оперативную память и ей передается управление работой компьютера. Программа ищет файлы операционной системы на системном диске и загружает их в оперативную память в качестве программных модулей (рис. 4.20).

Рис. 4.20. Процесс загрузки операционной системы

Если системные диски в компьютере отсутствуют, на экране монитора появляется сообщение "Non system disk" , и компьютер "зависает", то есть загрузка операционной системы прекращается и компьютер остается неработоспособным.

После окончания загрузки операционной системы управление передается командному процессору. В случае использования интерфейса командной строки на экране появляется приглашение системы к вводу команд. Приглашение представляет собой последовательность символов, сообщающих о текущем диске и каталоге. Например, если загрузка операционной системы была произведена с диска С:, а операционная система была установлена в каталог WINDOWS, то появится приглашение:

В случае загрузки графического интерфейса операционной системы команды могут вводиться с помощью мыши.

Вопросы для размышления

1. Каковы основные этапы самотестирования компьютера?

2. Что хранится в микросхеме конфигурационной памяти компьютера?

3. Каковы основные этапы загрузки операционной системы?

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.