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…

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.

Вкратце процесс загрузки компьютера описан в статье "Включение ПК" раздела BIOS. Рассмотрим этот процесс более подробно.

Инициализация системы средствами BIOS

Нажатие кнопки включения питания. При включении кнопки Power на элементы материнской платы поступают питающие напряжения; по сигналу Power Good запускается тактовый генератор; на процессор подается сигнал сброса, который устанавливает его в исходное состояние. Начинают работать программы системного BIOS.
Проверка BIOS. Контрольная сумма системных программ, находящихся в ПЗУ, находится в одной из ячеек. После запуска контрольная сумма пересчитывается и сравнивается с эталонным значением.
Идентификация процессора. Материнская плата предусматривает возможность установки различных моделей процессора. БИОС подает запрос на идентификацию процессора и по полученному ответу определяет тип процессора, частоту, напряжения и проч.
Настройка базовых элементов. Инициализируются и тестируются базовые компоненты системной платы: блок прямого доступа к памяти, таймер, блок аппаратных прерываний.
Тестирование ОЗУ. Определяется тип модулей памяти, их объем, организация; тестируются первые 64 Кб оперативной памяти.
Организация рабочих структур ОЗУ. Выделяется область под БИОС, настраиваются прерывания.
Проверка CMOS-памяти и батарейки. При неисправной батарейке CMOS все данные настройки БИОС, находящиеся в памяти теряются. Загрузка последней конфигурации становится невозможной, о чем сообщается на экране монитора. Есть возможность осуществить загрузку стандартных заводских значений БИОС.
Инициализация устройств материнской платы. Производится поиск и настройка загрузочных устройств (жесткий диск, привод CD, FDD), средств управления процессом загрузки (клавиатура, мышь), устройств ввода-вывода (COM, LPT). Устройствам выделяются соответствующие линии прерывания .
PnP. Идентифицируются устройства, подключенные через системные разъемы. Устройствам выделяются ресурсы и прерывания.
Включение видеосистемы. Запускается Video BIOS, который настраивает видеоконтроллер на режим VGA или EGA, которые поддерживают все видеоконтроллеры. После этого видеоконтроллер готов к работе.
Выдача сообщения на экран монитора. На экране монитора появляется первое сообщение: фирма-производитель BIOS, тип и частота процессора, тип и объем ОЗУ.
Тестирование ОЗУ. Производится выборочная проверка незадействованной оперативной памяти.
Инициализация контроллера дисководов.
Инициализация контроллера жестких дисков.
Инициализация клавиатуры. Включается контроллер клавиатуры, производится тест матрицы контактов, устанавливаются временные параметры опроса клавиш и режим NumLock. Клавиатура готова к работе. На экран выводится сообщение о возможности использования программы BIOS Setup (обычно для этого используется клавиша Del).
Поиск устройств с собственным BIOS. Если таковые устройства найдены, то управление передается BIOS-программам этих устройств и происходит их инициализация.
Передача управления загрузчику ОС. По программному прерыванию Int 19h на дисковых накопителях ищется загрузчик ОС (Boot Record). Он должен находиться на одном из устройств (HDD, CD, FDD, SCSI). Местоположение загрузчика везде одинаково. После того, как загрузчик ОС найден, управление передается ему.

Загрузка операционной системы

Ядро операционной системы (ОС) загружается в ОЗУ, после чего в памяти системы размещается основная часть ОС.

БИОС производит "грубую" настройку компьютерной системы. Его основная задача - "вдохнуть" жизнь в компьютерное железо, независимо от его конкретной модификации. Новые модели процессоров, материнских плат, чипсетов и прочих устройств выходят чуть ли не ежеквартально. Невозможно в БИОС сразу заложить идентификацию всего этого разнообразия. Да это и не нужно. Основная задача БИОС сделать начальную инициализацию оборудования и запустить работу операционной системы, которая сама производит "тонкую" настройку компьютерных составляющих.

На заре развития персоналок конфигурирование системы требовало от пользователей соответствующей квалификации. Наверняка, пользователи со стажем еще помнят такие файлы, как config.exe и autoexec.bat , которые надо было правильно настроить, чтобы "телега" нормально поехала.

Что поделать, - это была обратная сторона медали открытой архитектуры IBM. За удобство получения компьютера нужной конфигурации надо было платить знаниями по его правильной настройке. Такие неудобства отпугивали неподготовленных пользователей, поэтому, фирмы-производители ПК не могли долго мириться с подобным положением вещей. Производители компьютерной техники и разработчики программного обеспечения постарались максимально снять с потребителя необходимость конфигурирования своего компьютера. Впервые новая процедура настройки системы была применена в ОС Windows - операционная система сама "опрашивала" подключенные устройства и правильно настраивала их:

определялся перечень устройств, требующих программной настройки;
подыскивались соответствующие программы для правильной работы таких устройств;
выполнялась процедура программной инициализации устройств и настройка их на рабочие режимы.

Задача, в общем-то, довольно сложная. Для облегчения ее выполнения производители чипсетов и разработчики ПО согласовали и установили определенные правила механизма начальной загрузки. Теперь компоненты компьютерной системы, требующие инициализации и настройки комплектовались соответствующим программным обеспечением (инициализирующими программами, драйверами, INF-файлами):

Инициализирующие программы заносят управляющие коды по конкретным адресам (разовая процедура);
Драйверы - это программы, управляющие работой контроллера соответствующего устройства;
INF-файл - командный файл, помогающий ОС организовать процедуру настройки конкретного компьютерного блока.

Начальная загрузка Windows ведется под управлением командного файла, который содержит перечень программ и драйверов выполняемых в процессе загрузки ОС. Это, так называемая, "заготовка" командного файла, которая должна в процессе первоначальной установки Windows на компьютер, переделана в рабочую версию, соответственно установленному оборудованию на данном компьютере.

Windows имеет определенный набор универсальных драйверов (который постоянно пополняется с выходом новой версии ОС), позволяющих выполнить настройку всех компонентов системы. Справедливости ради следует сказать, что универсальные драйвера Windows далеко не всегда способны произвести оптимальную настройку того или иного устройства, что снижает производительность и стабильность работы всей компьютерной системы. Поэтому, все устройства поставляются со "своим" установочным ПО (как правило, на CD). При первоначальной установке нового устройства Windows может попросить вас установить в дисковод диск с соответствующими драйверами для правильной настройки нового устройства. Рекомендуется также следить за выходом новой версии драйверов (в которых исправлены ошибки, сделана оптимизация работы и проч.) для чипсета своей материнской платы и регулярно обновлять их.

Запуск компьютера - не просто его включение. Включение - это событие, а запуск - процесс. Он растянут во времени и происходит под внешним управлением. В зависимости оттого, кто является управляющей стороной, в запуске компьютера можно выделить три этапа.

Первый этап

На первом этапе запуском управляет человек. Предварительно он должен убедиться в том, что клавиатура - основное устройство управления - имеется в наличии и подключена, а электропитание подано. Для инициализации запуска достаточно нажать кнопку на лицевой панели - далее процесс развивается автоматически.

Если на самом деле автоматический запуск не требуется, а такое бывает при проведении ремонтно-восстановительных работ, первый этап - самое замечательное время, чтобы перехватить управление у автоматики и взять его на себя. Делается это с помощью клавиатуры. Подробности - ниже.

Второй этап

На втором этапе запуском компьютера управляют устройства. Точнее - материнская плата . Еще точнее - микросхема постоянного запоминающего устройства (ПЗУ), находящаяся на ней. Совсем точно - пакет встроенных программ, который называется BIOS. Как настроить Boot menu в BOIS Вы можете прочитать в другой инструкции.

Третий этап

К третьему этапу компьютер подходит после того, как система BIOS запустит программы, позволяющие читать данные, записанные на внутренних и внешних дисковых носителях. Цель третьего этапа - загрузить операционную систему. На самом деле этот этап сам разбивается на несколько этапов, но мы так далеко погружаться не будем.

Как и на втором этапе, управляющее стороной третьего этапа запуска является программа. Только теперь она не «зашита» в ПЗУ материнской платы, а берется с того диска, который назначен системным. Эта программа - первоначальный загрузчик операционной системы.

Если человека по каким-то причинам не устраивает, какую операционную систему загружает первоначальный загрузчик и в каком режиме он ее запускает, в работу загрузчика можно вмешаться. То есть, управление начальной загрузкой человек может взять на себя. Обычно этого не делают, но если надо выполнить какие-то специфические действия или устранить обнаруженные неполадки, возможность управления начальной загрузкой бывает весьма полезной.

Вмешательство с целью управления начальной загрузкой должно происходить сразу после того, как на экране появятся сведения о распознанных дисковых накопителях.

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