第二讲——开机流程

<div>开机流程？难道不是按下开机键就行了嘛？我…………</div>
<div>　　上一节我们已经整好了一个能够插上电的一堆硬件，但是这并不意味着按下开机键就能那啥了……</div>
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<div>　　好了，说正经的。</div>
<div>　　当我们准备好一个硬件环境的时候，这才是我们具备了一个基础条件之一。因为我们不知道这些硬件能不能好好地相互配合，能不能按照我们的想法运行，所以，开机并非是那么简单的操作，只是这些操作不是我们去完成的而已。</div>
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<div>　　1.上电自检   什么叫上电自检，为啥叫上电自检？</div>
<div>　　我们给新装的电脑插上电，按下开关，此时的主板会先工作，就是那个把许多设备穿在一起的大个头电路板，上面有一个闪闪发光的玩意儿——电池，它是用来给主板上的某些部件供电的。就是那个大个头，在上面由生产厂家封装了一块芯片，芯片里面写了一个程序叫BIOS，那个芯片叫ROM，只读存储器，什么叫只读，就像你在外面的商场见到的那种大显示屏一样（实际上是LED矩阵），你只能看看里面播放的是不是小电影。</div>
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<div>　　这个小程序会被加载到RAM（内存）的第一段（此处分段会在后面解释），按照程序的设置检查设备是不是好的，如果有硬件坏了还会有声音发出来（本流氓表示没听见过几回），如果是第一次开机，检查结束的硬件信息会被保存在一个flash芯片里，由那个亮瞎眼的小电池供电以存储数据，它还有一个作用就是维持硬件时间，像电子表一样，维持里面的石英晶体振荡器的振荡来计算时间的流逝。</div>
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<div>　　如果在此时用户与计算机硬件 产生交互，也就是说你按了键盘什么的，这时键盘就会产生一个电信号通知CPU，这时候CPU机会暂时停下手里的活来响应用户的指令，这个称谓中断。中断是一种硬件通知机制。</div>
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<div>　　这就是为什么我们按下键盘就会有响应。</div>
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<div>　　还有一种就是CPU不停的扫描用户有没有按下某个按键，这个称谓轮询，这种效率很低下，在单片机里会有。</div>
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<div>　　这样的话问题就来了，为什么计算机知道你按的是键盘而不是你的鼻子耳朵鼠标？</div>
<div>　　主板上有一块芯片，称谓可编程控制器，它的针脚与CPU是相连的，我们可以简单的理解为这个芯片的一个针脚代表一个设备，如果你的键盘鼠标很多，硬盘也有很多怎么办？哎，土豪任性起来让人头痛啊！</div>
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<div>　　这种情况也不是没有，服务器上挂个千儿八百个硬盘还是很常见的，这时候可以再可编程控制器的一个针脚上标识多个设备，用所谓的中断向量来表示……此处省略我也不知道多少字</div>
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<div>　　所以计算机的CPU就是通过不停的中断来与外围设备交互的，当然中断越多对性能的影响也就越大。</div>
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<div>　　比如一些大的网站每秒的请求就上千次，假如一个网页3M，图片乱七八糟加起来轻轻松松过3M，也就是说每秒硬盘的吞吐就的数GB，这要是机械硬盘估计能着火了，所以大多都采用固态硬盘，有些人为了提高硬盘的效率，将固态硬盘直接接到了北桥上，因为北桥是高速总线嘛，起点高啊，机械硬盘因为是有机械结构的，瓶颈很明显，就算是接到北桥意义也不大……看来硬件配置是我的硬伤……</div>
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<div>　　CPU与内存的交互也不是直接互怼的，毕竟CPU那么厉害，内存也怼不过，大家可能听说过缓存，缓存干嘛的？缓存就是用作数据缓冲，你CPU不是吃的快吗，那我提前给你扔点吃的在换缓存里，反正我（RAM）货备的足，CPU有一级缓存、二级缓存，其中和内存交互的是二级缓存，CPU里的都是高速缓存，高速缓存的造价昂贵，举个例子，同样是I7四核心，但是一个二级缓存2M一个二级缓存6M这个价格可能翻一番都还不止，二级缓存容量的提高会提高CPU的性能。一级缓存分为指令缓存和数据缓存，为什么分开？凑一起不好吗？分开会避免冲突并且提高效率，在一级缓存之上还有个和CPU以一样的频率运行的缓存，叫寄存器，就是临时存放数据的，比如要计算2+3，将二传输进去后放哪里？寄存器就是这么个作用，这玩意儿造价啧啧……</div>
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<div>　　这时候计算机自检结束后会在硬盘里的找MBR（主引导分区）以及引导驱动器的分区表，当然这个时候那个小电池的威力就出来了，它会将所有的硬件信息保存在一个叫CMOS的玩意儿里，你可以在BIOS中定义你的启动顺序，从光驱还是第一块硬盘，或者网络，当然你要是有装小电影的硬盘可能也是可以的。然后BIOS就会从硬盘第一个扇区加载MBR到内存，找到MBR里的启动程序和磁盘分区表，然后把工作给启动程序，这个启动程序称为BootLoader，它常常是grub/lilo，这也就意味着系统的控制权从BIOS过渡到了grub/lilo,然后再由grub/lilo找到相应的操作系统，确切的说应该是内核，这样就把权限过渡到了操作系统的内核，此时才会有那个Windows系统熟悉的几个方块的出现，在操作系统中查询硬件信息时都是由BIOS提供的，CMOS里面记录着一张庞大的拓扑网络结构，就是各个硬件之间的关系以及线路是干什么用的，比如网卡是连在第几条PCI总线上的。</div>
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<div>　　至此，这堆花里胡哨的玩意儿终于能像个正常电脑的模样运行了。</div>

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