0.1、计算机硬件

首先，我们来看看硬件和操作系统。

常见的计算机通常使用由冯诺依曼提出的冯诺依曼架构，它一般由下面四部分组成

1. 运算器
2. 控制器
3. 储存器
4. 输出输出设备

运算器

运算器，顾名思义，它是用来计算的硬件。加减乘除位运算都靠它来完成。

他也叫算数逻辑单元（ALU, Arithmetic Logic Unit）

一般来说，ALU是用于处理整数计算的，而对于浮点数的计算（暂且可以理解为小数），现代的计算机中，通常会由一个（或多个）浮点运算单元（Float Point Unit，即FPU）完成。

控制器

控制器是计算机的控制中心，主要是程序计数器、译码器等部分组成。

他可以控制上面的运算器进行计算，也可以处理各种硬件的响应。

通常我们将控制器和运算器置于一块芯片中，这样的芯片也就是传说中的中央处理器（Central Processing Unit, 即CPU）

储存器

储存器不用多说，自然是存储数据的地方。严格的来说，计算机上的储存器分为两种：内部储存器和外部储存器

内部储存器（简称为内存）是由计算机必须的一部分，通常容量较小，而外部储存器则不是必须的

内部储存器又根据性质可以分为两类“，一是 只读存储器ROM（Read-Only Memory ）”，二是“随机存取存储器RAM（Random-Access Memory）”

RAM也叫内存，你在计算机上最容易找到的ram也就是内存条了。

它的读写速度比较快，用于保存正在运行的程序数据。通常，程序和数据都保存在一块内存上的不同位置。计算机执行程序时，cpu会从内存中取出指令，然后再由cpu执行。（一般来说）RAM上的数据断电后就会丢失，如果你正在编写一个程序，还差最后一个字符就写完了，这时候停电了，那么你就杯具了，因为你刚才写的代码在你保存之前，只会储存在RAM中，断电之后程序就没了。好在现在某些编辑器可以自动保存，妈妈再也不用担心我写的东西不见了 😀

储存在ROM上面的数据不会轻易丢失（熊孩子除外）。千万不要被他名字中的read-only给骗了，尽管在最初它是名副其实的“只读”，而现在由于技术进步，可以擦写（这个说法很形象）的ROM早已进入千家万户。

你可以在任何一块计算机主板上找到一个BIOS储存芯片，BIOS是一段在开机时运行的程序（下一篇我们将谈到）

最初bios是储存与真正的只读芯片里的，而现在则是储存于EEPROM (Electrically Erasable Programmable Read-Only Memory)，即电可擦可编程只读存储器（这名字真长）中，顾名思义，这种芯片是可以通过电来擦除的

而外部储存，对于一般人来说就更常见了，例如硬盘，U盘等都是外部储存器

输入输出设备

输入设备（input）和输出设备（output），我们经常将他们合起来说，也就是所谓的IO设备。

输入设备往计算机输入信息，通常有键盘、鼠标、话筒等。

输出设备输出信息，有屏幕、扬声器、打印机等，当然触摸屏也属于输入设备。

---

说完了硬件，再来谈一谈软件。

可能你对计算机开机过程比较好奇，那么我们就从这里说起。

首先问一个问题，启动的英文怎么说？

他就是“boot”，如果你比较冲动的去查了一下，你会发现它本来的意思是靴子。。。没错，就是靴子

原来，这里的boot是bootstrap（鞋带）的缩写，它来自一句谚语：
“pull oneself up by one’s bootstraps”，意思是拽着鞋带把自己拉起来，根据牛顿第三定律，这显然是不可能的。在计算机刚刚发明的时候，工程师是灰常纠结的，为什么呢？如果你仔细看了前面，你会知道，计算机是从RAM里头执行程序的，而RAM又有掉电丢失数据的特点。这意味着每次开机，ram里面都是空的，因此CPU就无法正常运行。

这样就陷入了一个死循环：必须先运行程序，然后计算机才能启动，但是计算机不启动就无法运行程序！

工程师需要想尽办法，把程序装入RAM，计算机才能启动，而这个过程他们叫做“拉鞋带”，久而久之就叫“boot”了。

之后，人们发明了ROM，人们将开机程序存在ROM里，这样每次开机，计算机就自动从ROM里执行这段开机程序。

这块芯片里的程序叫做”基本输入输出系统”（Basic Input/Output System），简称为BIOS。

在你按下电源的瞬间，电源向计算机供电，在我们看来，计算机一下子就开始工作了。实际上如果我们用更小的时间分度去度量cpu的供电情况，你就会发现加在cpu上的电压并不是一瞬间就达到它的工作电压的（其它芯片类似）。

如果直接让cpu从rom芯片内取出指令，开始执行，很可能会由于rom芯片还没有正常工作，或者是电压的波动产生的干扰，导致cpu运行出错。

因此，为了避免这种情况发生，主板上的芯片会持续向cpu发送一个叫做RESET的信号，cpu收到此信号便不会往下工作。

直到主板上的芯片检测到供电已经稳定，才会停止RESET信号的发送。

没有了RESET信号的限制，cpu就像放学了的小朋友一样，高高兴兴的从某一个固定地址取出第一条指令开始执行了（这个地址会正好位于主板上储存BIOS的EEPROM芯片上）

此时，cpu就开始执行BIOS程序了，这一段程序会检查硬件是否正常工作，如有没有内存（此时只会检查640K常规内存），显卡，如果有问题开机过程会被终止，发出错误信号。

如果硬件检查无误，他将跳转到显卡的BIOS，初始化显卡，此时多数显卡都会在屏幕上显示出一些初始化信息，介绍生产厂商、图形芯片类型等内容。系统BIOS接着会检查其他设备的BIOS，并执行里面的初始化程序。

在这之后，BIOS会检查硬件，如cpu型号，工作频率，检查所有的RAM，扫描安装在计算机上的标准硬件设备，包括硬盘、光驱、串口、并口和软驱等设备（当然是有这些设备的情况下），然后检查即插即用设备，如键盘鼠标等，为他们分配相应的资源。

如果这些都没有错误，BIOS会根据用户设置的启动顺序，从硬盘、光盘等设备中执行引导程序。

至此，BIOS下班了。

引导程序是一段引导操作系统的程序。由于操作系统比较大，bios一般没有办法直接将操作系统全部塞入内存，因此我们需要一小段程序

它的用途是专门负责启动操作系统。由于设计的原因，这段引导代码只能有几百字节。

当然话是这么说，通常操作系统较为复杂，这么一点程序还是很难启动整个系统

因此，很多情况下都采用了分段引导的做法，用一段短的（这也意味着功能较少）程序引导一个功能更为强大（意味着体积更大）的引导程序

最后完成操作系统的启动