Wie funktioniert ein Computer?

Diese Seite wurde erstellt, um Ihnen ein besseres Verständnis dafür zu vermitteln, wie der PC ab dem Drücken des Netzschalters funktioniert.

Einschalten des Computers

Computer-Stromversorgung

Wenn Sie den Netzschalter zum ersten Mal drücken, sendet der Computer ein Signal an das Computernetzteil, das den Wechselstrom (Wechselstrom) in Gleichstrom (Gleichstrom) umwandelt. Diese Stromversorgung versorgt den Computer und seine Komponenten mit der richtigen Menge an Spannung und Strom.

Sobald der Computer und seine Komponenten ausreichend Strom haben und das Netzteil keine Fehler meldet, sendet es ein Signal (unter Verwendung von Transistoren) an das Motherboard und den Computerprozessor (CPU). Während dies geschieht, löscht der Prozessor alle verbleibenden Daten in den Speicherregistern und gibt dem CPU-Programmzähler eine Hexadezimalzahl F000. Diese Zahl teilt der CPU mit, dass sie bereit ist, die Anweisungen an dieser Stelle zu verarbeiten, die im BIOS (Basic Input/Output System) enthalten sind.

BIOS und POST

Wenn der Computer zum ersten Mal das BIOS ansieht, beginnt er mit dem Einschaltselbsttest (POST). Diese Reihenfolge stellt sicher, dass die erforderlichen Komponenten vorhanden sind und ordnungsgemäß funktionieren. Wenn der Computer keinen dieser Tests besteht, tritt ein unregelmäßiger POST auf. Ein unregelmäßiger POST ist ein Signaltoncode, der sich von den standardmäßigen ein oder zwei Signaltönen unterscheidet. Beispielsweise könnte ein unregelmäßiger POST keine Pieptöne oder eine Kombination verschiedener Pieptöne erzeugen, um die Ursache des Fehlers anzuzeigen.

Wenn der Computer den POST besteht, prüft er die ersten 64 Bytes des Speichers im CMOS-Chip. Dieser Chip wird von der CMOS-Batterie auch dann am Leben gehalten, wenn der Computer ausgeschaltet ist. Dieser Chip enthält Informationen wie Systemzeit und -datum sowie Informationen über die gesamte in Ihrem Computer installierte Hardware.

Nach dem Laden der CMOS-Informationen beginnt der POST mit der Überprüfung und dem Vergleich der Systemeinstellungen mit dem, was auf dem Computer installiert ist. Wenn keine Fehler gefunden werden, lädt es die grundlegenden Gerätetreiber und Interrupt-Handler für Hardware wie Festplatte, Tastatur, Maus und ein Diskettenlaufwerk. Diese grundlegenden Treiber ermöglichen der CPU, mit diesen Hardwaregeräten zu kommunizieren, und ermöglichen es dem Computer, seinen Startvorgang fortzusetzen.

Als nächstes überprüft der POST die Echtzeituhr (RTC) oder den Systemtimer und den Systembus, um sicherzustellen, dass beide funktionieren. Schließlich erhalten Sie ein Bild auf Ihrem Display, nachdem der POST den Speicher geladen hat, der auf dem Display-Adapter enthalten ist.

Als nächstes prüft das BIOS, ob es einen Kaltstart oder Warmstart (Neustart) durchführt, indem es die Speicheradresse 0000:0472 betrachtet. Wenn es 1234h sieht, weiß das BIOS, dass dies ein Neustart ist, und überspringt die restlichen POST-Schritte.

Wenn 1234h nicht angezeigt wird, weiß das BIOS, dass es sich um einen Kaltstart handelt, und fährt mit der Ausführung zusätzlicher POST-Schritte fort. Als nächstes testet es den im Computer installierten Computerspeicher (RAM), indem es auf jeden Chip schreibt. Frühe Computer zeigten diesen Schritt, da der Speicher während des Bootens gezählt wurde.

Schließlich sendet der POST zum Testen Signale an das optische Laufwerk und die Festplatte des Computers. Wenn alle Laufwerke den Test bestehen, ist der POST abgeschlossen und weist den Computer an, mit dem Laden des Betriebssystems zu beginnen.

Laden des Betriebssystems

Windows 10

Nachdem der Computer den POST bestanden hat, startet er den Startvorgang. Dieser Prozess ist für das Laden des Betriebssystems und aller zugehörigen Systemdateien verantwortlich. Da Microsoft Windows das am häufigsten verwendete Betriebssystem ist, behandelt dieser Abschnitt das Laden von Microsoft Windows.

Das BIOS übergibt die Kontrolle zunächst an den Bootstrap-Loader, der sich den Bootsektor der Festplatte ansieht. Wenn Ihre Boot-Sequenz im CMOS-Setup nicht so eingestellt ist, dass zuerst die Festplatte geprüft wird, bootet sie möglicherweise vom ersten verfügbaren Boot-Medium (z. B. DVD oder Flash-Laufwerk).

In diesem Beispiel befindet sich der Microsoft Windows 10 Bootmgr (Windows-Startmanager) im Bootsektor. Es teilt dem Computer mit, wo er den verbleibenden Code auf der Festplatte finden kann. Als nächstes wird Windows geladen, beginnend mit dem Windows-Begrüßungsbildschirm und dem Laden der Windows-Registrierung. Nach dem Laden der Registrierung beginnt Windows damit, viele Low-Level-Programme, aus denen das Betriebssystem besteht, in den Arbeitsspeicher zu laden. Viele der anfangs geladenen Programme ermöglichen Windows die Kommunikation mit der wesentlichen Hardware und anderen Programmen, die auf dem Computer ausgeführt werden.

Nachdem die Registrierung die ersten grundlegenden Hardwaregeräte geladen hat, beginnt sie mit dem Laden von Plug-and-Play-Geräten, PCI- und ISA-Geräten. Nach dem Laden all dieser Geräte lädt Windows die volle Unterstützung der Festplatte, Partitionen und aller anderen Laufwerke und wechselt dann zu allen anderen installierten Treibern.

Nachdem Sie die obigen Schritte ausgeführt haben, werden schließlich alle zusätzlichen erforderlichen Dienste geladen und Windows wird gestartet.

Hardwaregeräte, die mit dem Computer kommunizieren

Nachdem der Computer das Betriebssystem geladen hat, muss die an den Computer angeschlossene Hardware in der Lage sein, mit der CPU zu kommunizieren. Die Hardwarekommunikation erfolgt über eine Interruptanforderung (IRQ). Der Interrupt-Controller sendet die Anfrage (INTR) an die CPU, um zu stoppen, was sie tut, um eine neue Hardware-Anfrage zu verarbeiten. Alles, was von der CPU ausgeführt wird, wird gehalten und als Speicheradresse im Speicherstapel gespeichert. Dann wird diese Aufgabe fortgesetzt, wenn die aktuelle (dringlichere) Aufgabe abgeschlossen ist.

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