当我们插上电源，计算机从休眠状态苏醒，直至操作系统完全启动，这一系列复杂的过程涉及到硬件和软件的多个层面。本文将详细解析计算机插上电源后操作系统所做的工作，揭示这一过程的技术细节。
1. 电源开启
当电源线插入计算机并打开电源开关时，电源供应器（PSU）开始工作，为主板和所有连接的硬件组件提供电能。此时，主板上的电压调节器会将电源供应器提供的不稳定电压转换为稳定的电压，供CPU、内存、硬盘等硬件使用。
2. BIOS/UEFI启动
电源接通后，计算机的主板会执行BIOS（基本输入输出系统）或UEFI（统一可扩展固件接口）固件。BIOS/UEFI是存储在主板上的固件，负责初始化硬件设备，并为操作系统的加载做准备。这个过程包括：
- 硬件检测：BIOS/UEFI会执行POST（加电自检），检查所有关键硬件（如CPU、内存、硬盘等）是否正常工作。
- 启动顺序设置：根据BIOS/UEFI设置中的启动顺序，确定从哪个设备启动操作系统。
- 固件接口调用：UEFI提供了比BIOS更高级的启动选项，包括安全启动和网络启动等。
3. 启动设备选择
BIOS/UEFI会根据启动顺序，从硬盘、SSD、USB设备或其他存储设备中寻找启动扇区。启动扇区包含了启动加载程序，它负责加载操作系统的内核。
4. 启动加载程序执行
一旦BIOS/UEFI找到了启动设备，它会将控制权交给启动加载程序。对于Windows系统，这通常是NTLDR或Bootmgr；对于Linux系统，这可能是GRUB或LILO。启动加载程序的主要任务是：
- 加载内核：启动加载程序会加载操作系统的内核到内存中。
- 初始化设备驱动：加载必要的设备驱动，以便操作系统可以控制硬件设备。
- 传递启动参数：向操作系统内核传递启动参数，如启动模式、语言设置等。
5. 操作系统内核启动
操作系统内核是操作系统的核心，负责管理系统资源、调度进程和处理硬件中断。内核启动后，会进行以下操作：
- 内存管理：初始化内存管理单元（MMU），为操作系统和应用程序分配内存。
- 进程管理：创建第一个用户级进程，通常是系统的初始化进程。
- 设备管理：初始化所有必要的设备驱动，使操作系统能够控制所有硬件设备。
6. 用户界面加载
内核启动完成后，会加载用户界面（如Windows的桌面或Linux的X Window系统）。此时，用户可以看到操作系统的图形界面，并开始与计算机交互。
7. 系统服务启动
最后，操作系统会启动各种系统服务和后台程序，如网络服务、安全服务和用户登录服务。这些服务为用户登录和应用程序运行提供了必要的支持。
8. 结论
从插上电源到操作系统完全启动，计算机经历了一系列复杂的初始化和加载过程。这个过程涉及到硬件的检测和初始化、固件的执行、启动加载程序的运行、内核的启动以及用户界面和系统服务的加载。了解这一过程有助于我们更好地理解计算机的启动机制，以及在遇到启动问题时进行故障诊断和解决。
