Ремонт, диагностика компьютеров на Троещине, компьютерная помощь на дому без выходных: ☎ 0982940277. ✅ ОПЫТНЫЙ ИНЖЕНЕР осуществляет диагностику и настройку компьютеров на Троещине. Для частных лиц работает ремонт компьютеров на дому, организациям Троещины предоставляется компьютерная помощь в рамках ИТ-аутсорсинга: сопровождение локальной сети и ремонт компьютеров офиса внештатным системным администратором.

Tag Archives: Принцип загрузки Windows

Принцип загрузки компьютера. Принцип загрузки операционной системы Windows.

Принцип загрузки компьютера, принцип загрузки операционной системы Windows

Почему необходимо понимать принцип загрузки операционной системы Windows? Старт компьютера, загрузка операционной системы — поэтапные процессы, проходящие соответственно определенным правилам и протоколам. Зачастую, на форуме компьютерной помощи, «знатоки» начинают советовать не понимая ни сути проблемы, ни метода ее устранения. Переустановкой Windows и сбросом батарейки CMOS сложные проблемы не решаются. Для восстановления работоспособности компьютера необходимо четко понимать принцип загрузки операционной системы WIndows от нажатия кнопки Power до появления рабочего стола.

В данной статье я попытался коротко осветить принцип загрузки компьютера: BIOSа, операционной системы Windows и возможные сбои на этапах от старта до появления рабочего стола.

Принцип загрузки компьютера: BIOS

Микросхема BIOS (один из вариантов исполнения чипа)

Микросхема BIOS (один из вариантов исполнения чипа)

Принцип загрузки любого компьютера примерно одинаков: вначале инициализируется, проверяется и настраивается «железо», затем управление передается загрузчику операционной системы.

Базовая операционная система ввода-вывода (BIOS) необходима для начального старта компьютера: распознавания и конфигурации устройств (железа), распределения прерываний, выставления частот и таймингов устройств, поиска загрузочного устройства хранения (по определенным меткам) для загрузки операционной системы Windows/Linux/BSD и т.п. Так же операционная система BIOS содержит драйвера для работы с базовыми устройствами ввода-вывода: клавиатура, дисплей. Хотя Windows, например, не использует драйвера BIOS имея в распоряжении собственные, такие операционные системы как DOS охотно используют модули драйверов базовой системы ввода-вывода. Т.о. основная функция BIOS проинициализировать, проверить и настроить все устройства до этапа загрузки операционной системы. При включении компьютера на базе х86 его процессор начинает работать в режиме реальной адресации. В конце доступного процессору адресного пространства оперативной памяти из ПЗУ материнской платы отображен загрузчик базовой системы ввода-вывода (BIOS) которому передается управление.

Такой принцип загрузки компьютера класса IBM PC был сформирован и утвержден много лет назад. Однако, современные реалии уже не приемлют устаревший 16-и разрядный BIOS. На его смену пришел программный продукт Intel под названием EFI BIOS обладающий значительными преимуществами.

Режим реальной адресации ЦП

Режим реальной адресации — это такой режим работы процессора при котором ему доступно 1Мб (именно 1 мегабайт — это не опечатка) памяти в которой размещаются основная область 640Кб хранящая таблицу прерываний устройств, данные BIOS и данные 16-и битных программ DOS (если их кто-то еще запускает). За основной область памяти «внутри» первого 1Мб хранится Upper Memory Area (UMA) размером 384 Кб. В ней содержится информации об аппаратной части компьютера: видеопамять, адаптеры BIOS, а так же зарезервированное место размером 128Кб использующееся как специальное программное окно, через которое можно странично адресовать память выше 1Мб. Память свыше первого 1Мб может быть доступна через спецификацию расширенной памяти (англ. Expanded Memory Specification, EMS) при этом там можно хранить только данные, но не код программы. Для того, чтобы память выше 1Мб была доступна непосредственно программам без интерфейса EMS, процессор необходимо переключить в защищенный режим работы. Принцип загрузки компьютера в режиме реальной адресации — историческая особенность первых процессоров таких как Intel 80286 который не мог адресовать более одного мегабайта памяти. BIOS — из той же эпохи. Вот почему современные компьютеры и ноутбуки используют с недавнего времени вместо BIOS расширенную базовую систему ввода-вывода под названием EFI.

Настройка BIOS

То, что вы видите на картинке — это не сам BIOS, это его утилита настройки. Микрокод BIOS хранится в микросхеме EEPROM, а настройки CMOS BIOS — в энергонезависимой памяти размером 128-256 Байт располагаемой на отдельной микросхеме или интегрирован в южный мост. Настройки CMOS сохраняются при выключении питания за счет подпитки от литиевой 3-х вольтовой батарейки.

Типичные проблемы загрузки компьютера на этапе BIOS:

  • Отсутствие изображения на мониторе и звуковых сигналов динамика CMOS. Неисправно «железо»
  • Сообщения на мониторе: «Overclocking failed». Ошибка разгона, сбросить настройки вынув батарейку.
  • «Check CMOS summ error». Ошибка настроек, села батарейка 3V.
  • «No bootable device — insert boot disk and press any key» — BIOS не может найти загрузочное устройство, жесткий диск не исправен, не помечен как загрузочный, вставлен второй жесткий диск на котором теперь BIOS  ищет MBR.
  •  »Error loading operation system» загрузочный код в MBR не может найти (и, соответственно, передать дальше управление) загрузочному коду (PBR) активного раздела. Лечится из консоли восстановления командой Fixboot.
  • Нет изображения на мониторе из динамика на материнской плате слышны звуковые сигналы ошибки BIOS .

Согласно настройкам Boot device priority BIOS опрашивает устройства хранения и ищет в первом секторе диска сигнатуру 55AA. Это является признаком наличия MBR на загрузочном устройстве. В противном случае выводится информация об ошибке: «No bootable device».

Признак наличия MBR на загрузочной флешке

Признак наличия MBR на загрузочной флешке

 

Первый сектор MBR занимает 512 байт и содержит код загрузчика, таблицу разделов (4 поля по 16байт) и признак загрузочного устройства в виде записи 55AA.

Принцип загрузки операционной системы Windows XP

BIOS производит чтение 512 байт первого сектора жесткого диска в оперативную память по адресу 0x00007C00, далее прочитанному коду передаётся управление. Этот программный код MBR сканирует таблицу разделов жесткого диска и передает управление загрузочному коду (PBR — Partition Boot Record) одного из разделов ЖД имеющего статус «активный». Windows, например не будет загружаться с раздела жесткого диска не имеющего статус активного. Задача кода в активном разделе диска загрузить ядро операционной системы в память и передать ему управление. Код в загрузочном секторе  считывает корневой каталог для Ntldr. Ntldr производит следующие шаги:

  • Переводит процессор в 32-битный режим работы — вариант реального режима процессора, в котором может адресоваться до 4 Гб памяти.
  • Организовывает доступ к файловой системе
  • Ntldr.exe считывает boot.ini (файл конфигурации загрузки в Windows XP)
  • Ntldr запускает файл ntdetect.com, который собирает основную информацию об аппаратном обеспечении компьютера, сообщаемую BIOSом

Далее загружается Ntoskrnl.exe (ядро системы), hal.dll. Ядро и HAL (уровень аппаратных абстракций) инициализируют Windows executive, который читает конфигурацию оборудования из реестра (ключ HKEY_LOCAL_MACHINE\SYSTEM) и запускает сервисы и драйверы.

Во время загрузки драйверов устройств на экране монитора отображается анимированный бегунок загрузки Windows. Так что если «бегунок подвис», загружайтесь в безопасном режиме (F8) и отключайте по одному основные драйверы: видеокарты, драйверы сетевых адаптеров.

 

Проблемы загрузки Windows:

  • Windows не удается загрузиться из-за поврежденного или отсутствующего файла System. Повреждение системных файлов, возможно из-за проблем с жестким диском.
  • Ntldr is missing press Ctrl Alt Del to restart. Повреждение файлов ntldr и ntdetect.com, возможно из-за проблем с жестким диском.
  • Цикличная перезагрузка Windows. Неисправно оборудование, установлен новый драйвер работающий некорректно.
  • Синий экран BSOD. Аналогично пункту выше. Содержимое синего экрана и код формата «STOP: 0х_число» несет в себе причину неисправности. К примеру, очень часто BSOD с ошибкой Unmountable boot volume указывает на появившийся бед-блок на жестком диске.
  • Windows зависает на этапе отображения бегунка загрузки или запуск Windows продолжается бесконечно. Неисправно оборудование: очень часто видеокарта, сетевая карта, проблемы с жестким диском.
  • Не отображается рабочий стол, рабочий стол чистый без иконок панели задач и кнопки «Пуск». Неправильная настройка параметров Shell реестра, отсутствует файл Explorer.exe. Возможная и очень частая причина — вирусная атака.

Для каждого этапа загрузки системы характерны свои неисправности и сбои отображаемые теми или иными сообщениями. Понятно, что если Windows циклично перезагружается или подвисает на синем экране, либо на полоске загрузки, выдает синий экран BSOD, сбрасывание настроек CMOS BIOS путем вытаскивания батарейки 3V ни к чему не приведет (если вы, конечно, до этого не занимались разгоном компьютера).

Режимы работы IDE/AHCI контроллера жесткого диска и его влияние на загрузку Windows

Для нормальной загрузки BIOS и передачи дальнейших полномочий загрузчику операционной системы на жестком диске, «железо» компьютера должно быть исправным, а в настройках BIOS верно указано и сконфигурировано загрузочное устройство (жесткий диск): приоритет загрузки и режим работы контроллера диска AHCI / IDE. XP например вообще не устанавливается на диск если его контроллер сконфигурирован в режим AHCI, установщик Windows просто сообщит об отсутствующем жестком диске. Windows Vista/7/8 прекрасно устанавливаются  в режиме контроллера AHCI или IDE.

Переключения режима работы контроллера жесткого диска

Переключения режима работы контроллера жесткого диска IDE/AHCI

Учтите, что после установки операционной системы эти режимы в BIOS переключать нельзя! К чему я веду: если уже установленная и проработавшая какое-то время операционная система сбоит, не загружается, не надо лезть в настройки BIOS и переключать режимы контроллера AHCI/IDE.

Необходимо, так же, четко осознавать, что если вы наблюдаете картинку начальной загрузки Windows, то загрузчики MBR и PBR, NTLDR, таблица разделов в порядке! Не надо загружаться с лайв-сд и использовать команды восстановления загрузочной записи: Fixmbr, Fixboot.

И наоборот, если вы наблюдаете экран черный с мигающим курсором вверху и ничего не происходит, выводится сообщение No bootable device — insert boot disk and press any key, No boot device available,  Error loading operation system — «копайте» в сторону повреждения MBR, PBR, ищите проблемы с таблицей разделов, со статусом «Active» раздела жесткого диска с которого грузится Windows, проверьте сам жесткий диск на работоспособность. При появлении бед-блоков на жестком диске проблемы возможны на любом этапе загрузки операционной системы. А вот потеря статуса «Active/активный» загрузочного раздела — это уже дело рук пользователей экспериментирующих с программами создания загрузочных флешек и пр. Windows загружается только с первичного, активного раздела жесткого диска.

Виды повреждений файловой системы и методы их устранения

Ниже приведены варианты вероятных повреждений структуры файловой системы и указаны способы устранения. Данная таблица была взята из замечательной книги Криса Касперски «Восстановление данных».

Принцип загрузки операционной системы Windows 7 / 8 несколько иной.

Принцип загрузки компьютера на базе Windows 7 8 отличен от XP. Загрузка Windows 7/8 имеет свои особенности: вместо NTLDR там используется Winload.exe, сама система располагается на двух разделах: один скрытый со статусом «Active/Активный», «Системный» размером ~100Мб содержит:

  • Таблицу загрузки BCD (файл конфигурации boot.ini, как в XP, теперь не используется)
  • Программу Bootmgr (менеджер загрузки читающий базу данных BCD)
  • Тест памяти Memtest

Раздел диска с файлами операционной системы Windows 7 и документами пользователя располагается на  диске со статусом «Загрузочный», «Основной раздел» и имеет, обычно, букву «С». Учтите, так же, что вместо NTLDR используется winload.exe — загрузчик операционной системы Windows 7/8.

Разделы необходимые для загрузки Windows 7

Разделы необходимые для загрузки Windows 7

Таким образом, затерев «ненужный и непонятный» раздел размером 100Мб, можно лишиться загрузки операционной системы Windows 7.

Принцип загрузки операционной системы Windows 7 и восстановление ее загрузки описан мной в этой статье.

Резюмируя, принцип загрузки операционной системы Windows, а точнее, процесс от старта компьютера до загрузки ядра ОС можно описать так:

 Код в 1-ом секторе HDD —>  Загрузчик в активном разделе —> Ядро, HAL, реестр, службы, Winlogon, Shell.
MBR  1сектор HDDPartition tableКод ищущий акт.раздел PBR(акт. разд., «система»)Раздел «загрузка»Bootmgr<—>(читает BCD) Папка Windows: Ntoskrnl.exe
Winload.exe
HAL.dll

Загрузка операционной системы Windows 7: от ядра до появления рабочего стола

Начальный загрузчик загружает ядро операционной системы (файл Ntoskrnl.exe), а затем загружает уровень HAL (файл Hal.dll). Далее начальный загрузчик загружает в память куст реестра HKEY_LOCAL_MACHINE\SYSTEM файл %System-Root%System32\Config\System, после чего сканирует ключ HKEY_LOCAL_MACHINE\ SYSTEM\Services в поисках драйверов устройств, сконфигурированных для данного класса загрузки, и загружает их в память. Загружаются драйверы и службы.

На последнем этапе запуска компьютера ядро операционной системы запускает диспетчер сеансов (файл Smss.exe). Тот инициализирует системную среду, создавая системные переменные среды и запуская подсистему Win32 (файл Csrss.exe).

Диспетчер сеансов запускает диспетчер входа в систему (Windows Logon Manager, файл Winlogon.exe), который в свою очередь запускает диспетчер управления службами (Services Control Manager, файл Services.exe) и локальную систему безопасности (Local Security Authority, файл Lsass.exe) и переходит в режим ожидания входа пользователя в систему. Когда пользователь выполняет вход в систему, диспетчер входа в систему запускает на исполнение файл Userinit.exe и оболочку Проводника (File Explorer). Файл Userinit.exe инициализирует пользовательскую среду, создавая пользовательские переменные среды, запуская программы автозагрузки и выполняя прочие необходимые задания. Оболочка Проводника Windows предоставляет рабочий стол, панель задач и систему меню.

 

Понимание принципа загрузки компьютера, операционной системы Windows поможет быстро понять на каком этапе произошел сбой.

Возникли вопросы? Задайте их на форуме бесплатной компьютерной помощи!

 



Switch to our mobile site