Початкове завантаження комп'ютера

Історично комп'ютерні системи могли виконувати лише команди, що знаходяться в оперативній пам'яті комп'ютера.^{[джерело?]} Як альтернатива програмний код може виконуватися і безпосередньо у пам'яті довготривалого зберігання (наприклад, NVDIMM).

Операційні системи для настільних комп'ютерів, серверів і мейнфреймів як правило зберігаються на жорстких дисках, завантажувальних CD-ROM, USB-дисках або в локальній мережі, і вимагають завантаження деяких своїх компонентів (ядро операційної системи, драйвери пристроїв) до оперативної пам'яті машини перед запуском ОС. Цій меті слугує спеціальна комп'ютерна програма — завантажувача операційної системи. Ця програма не володіє всією функціональністю ОС, але її достатньо для того, щоб завантажити вказані компоненти (часто методом багаторівневого завантаження) до пам'яті і передати їм керування

У сучасних комп'ютерах процес початкового завантаження починається з виконання процесором програми, розташованій у постійній пам'яті (наприклад, BIOS у IBM PC-сумісних комп'ютерах, або UEFI), починаючи з наперед заданої адреси (процесор робить це після перезавантаження без якої б то не було допомоги). Це програмне забезпечення може виявляти пристрої, придатні для завантаження з них, і завантажувати зі спеціального розділу вибраного пристрою (завантажувального сектора диска, або файлової системи UEFI) завантажувач ОС.

Початкові завантажувачі повинні відповідати специфічним вимогам. У випадку BIOS або CSM-завантаження на IBM PC-сумісному комп'ютері завантажувач першого рівня повинен міститися в перших 446 байтах головного завантажувального запису, залишивши місце для 64 байт таблиці розділів і 2 байти для сигнатури 55AAh, необхідної для того, щоб BIOS виявила сам початковий завантажувач. У випадку UEFI-завантаження файл повинен бути у спеціальному форматі (Portable Executable).

Перші комп'ютери мали набір перемикачів, які дозволяли оператору розміщувати початковий завантажувач в пам'яті до запуску процесора. Потім завантажувач зчитував операційну систему з зовнішнього пристрою, наприклад з перфострічки або з жорсткого диска.

Псевдоасемблерний код початкового завантажувача може бути настільки ж простим, як і наступна послідовність інструкцій:

0: записати в регістр P число 8
1: перевірити, що пристрій зчитування перфострічок може починати зчитування
2: якщо не може, перейти до п. 1
3: прочитати байт з пристрою зчитування перфострічок і записати його в акумулятор
4: якщо перфострічка закінчилася, перейти до п. 8
5: записати значення, збережене в акумуляторі, в оперативну пам'ять за адресою, що зберігається в регістрі P
6: збільшити значення регістра P на одиницю
7: перейти до п. 1

Даний приклад заснований на початковому завантажувачі одного з міні-комп'ютерів, випущеного в 1970-х роках фірмою Nicolet Instrument Corporation:

0: записати в регістр P число 106
1: перевірити, що пристрій зчитування перфострічок може починати зчитування
2: якщо не може, перейти до п. 1
3: прочитати байт з пристрою зчитування з перфострічок і записати його в акумулятор
4: якщо перфолента закінчилася, перейти до п. 8
5: записати значення, збережене в акумуляторі, в оперативну пам'ять за адресою, що зберігається в регістрі P
6: зменшити значення регістра P на одиницю
7: перейти до п. 1

Довжина завантажувача другого рівня була такою, що останній байт завантажувача змінював команду, розташовану за адресою 6. Таким чином, після виконання пункту 5 стартував завантажувач другого рівня. Завантажувач другого рівня очікував заправки в пристрій зчитування перфострічки довгої перфострічки, яка містила операційну систему. Відмінністю між завантажувачем першого рівня і завантажувачем другого рівня були перевірки на помилки зчитування з перфострічки, які часто зустрічалися в той час, і, зокрема, на використовуваних в даному випадку телетайпах ASR-33.

Деякі операційні системи, найбільш характерними з яких є старі (до 1995 року) операційні системи комп'ютерів Macintosh вироблених Apple Computer, настільки тісно пов'язані з апаратним забезпеченням комп'ютерів, що на даних комп'ютерах неможливо завантажити будь-яку іншу операційну систему. В таких випадках зазвичай розробляється початковий завантажувач, який працює як завантажувач стандартної ОС, а потім запускає альтернативну операційну систему. Apple використовувала даний спосіб для запуску A/UX (UNIX-подібна операційна система), а потім він використовувався різними безкоштовними операційними системами.

До завантаження операційної системи BIOS має ініціалізувати пристрої введення (клавіатура, миша), базові пристрої виводу (відеокарта і дисплей), і пристрій, з якого буде проведене завантаження ОС — дисковод, жорсткий диск, CD-ROM, флеш-диск, SCSI-пристрій, мережева карта (при завантаженні по мережі; наприклад, за допомогою PXE).

Деякі процесори мають інші режими завантаження. Наприклад, більшість цифрових сигнальних процесорів можуть завантажитися в наступних режимах:

• завантаження з послідовного порту;
• завантаження з паралельного порту;
• завантаження з використанням HPI (Host-Port Interface);
• завантаження після «гарячого» перезавантаження (відрізняється від послідовності виконуваної при початковому увімкнені живлення).

• POST
• Завантаження операційної системи
• Гібернація

• Загрузка // Модернизация и ремонт ПК : пер. с англ. / Скотт Мюллер. — 17-е изд. — М. : Вильямс, 2008. — Гл. 22 : Средства диагностики и техническое обслуживание. — С. 1341–1349. — ISBN 978-5-8459-1126-1.

• Краткий обзор загрузки Windows, Linux, Mac OS X, QNX // sysbin.com. — 07.05.2005.
• Подробности процесса загрузки Linux : Путешествие от Master Boot Record до первого приложения, исполняющегося в пространстве пользователя / М. Тим Джонс // IBM Developer. — 30.09.2008.
• Этапы загрузки Windows под микроскопом + анализ и диагностика : [видео] // DesignerMix : канал YouTube. — 28.08.2013.
• BIOS Boot Specification : Version 1.01 : January 11, 1996 / Compaq Computer Corporation, Phoenix Technologies Ltd., Intel Corporation // www.intel-assembler.it.