在以前学习计算机组成原理，以及微机故障修复等课程时，就有讲到一些关于计算机是如何启动的一些信息。
从开启电源到计算机启动完成，期间的过程是比较复杂的。
在这里根据阮老师的文章，自己再简单整理一遍：计算机启动的基本过程。
参考文章：
http://www.ruanyifeng.com/blog/2013/02/booting.html（计算机是如何启动的）
https://baike.baidu.com/item/%E9%A9%AC%E4%B8%81%E9%9E%8B/1120541?fr=aladdin（马丁鞋）
https://baike.baidu.com/item/%E8%9C%82%E9%B8%A3%E5%A3%B0/8630401（蜂鸣声）
https://baike.baidu.com/item/%E5%AD%98%E5%82%A8%E8%AE%BE%E5%A4%87/3340812?fr=aladdin（存储设备）
https://baijiahao.baidu.com/s?id=1597752279467163630&wfr=spider&for=pc（小知识：电脑硬盘分区为什么从"C"开始？）
1、Boot（启动）单词的历史由来
boot 实际上是 bootstrap 的简写，而 bootstrap 的意思是“拔鞋带”，来源于马丁鞋，如下图：
有一句英文谚语：pull oneself up by one's bootstraps
意思是：拽着拔鞋带把自己拉起来
比喻：做荒谬不可能完成的事情
隐喻：一种不需要外部帮助自己能够处理事情的情形
所以 bootstrap 还有“自举”的意思。
早期工程师就用这句谚语，比喻计算机的启动过程，因为计算机的启动是一个矛盾的过程：
——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！
所以工程师就用 bootstrap 来指代计算机的启动了，久而久之就简称为了 boot 。
2、启动的第一阶段：BIOS
（1）BIOS 的历史由来
上个世纪 70 年代初，只读内存（read-only memory，ROM）发明出来了，开机程序被刷入 ROM 芯片中。
计算机通电后，第一件事情就是读取 ROM 芯片中的开机程序。
ROM 芯片中的开机程序，称为“基本输入输出系统”（Basic Input/Output System），简称为 BIOS 。
（2）硬件自检
计算机通电后，读取 ROM 芯片中的 BIOS 程序，BIOS 程序开始执行。
BIOS 首先检查，计算机的硬件能否满足运行的条件，此过程称为“硬件自检”（Power-On Self-Test），简称 POST 。
如果硬件有问题，则发出不同含义的蜂鸣声，启动中止。
对于不同类型的 BIOS，相同的蜂鸣声可能也表示不同的问题，通过蜂鸣声，可以指出出现问题的部件。
如果硬件满足运行的条件，则屏幕就会显示出 CPU、内存、硬盘等信息，如下图：
（3）启动顺序
在 BIOS “硬件自检”成功后，计算机就要读取下一阶段的程序了（比如操作系统程序）
BIOS 是存储在 ROM 中的开机程序，而下一阶段的程序则存储在外部存储设备中。
常见的存储设备，如下：
1、电能方式：各式存储器，如 RAM、ROM 等。
2、磁能方式：硬盘、软盘（已经淘汰）、磁带、磁芯存储器、磁泡存储器、U盘 。
3、光学方式：CD 或 DVD。
4、磁光方式：MO（磁光盘）。
5、物理物（如纸卡、纸带等）：打孔卡、打孔带、绳结等。
6、专用存储系统
为了知道下一阶段，应该读取哪个外部存储设备中的程序，就需要有一个外部存储设备的排序，称为“启动顺序”。
BIOS 按照“启动顺序”，将计算机控制权，交给排在前面的设备。
BIOS 的操作界面里，有一项可以设定“启动顺序”，如下：
3、启动的第二阶段：主引导记录
（1）主引导记录（MBR）的含义
BIOS 程序按照“启动顺序”，把计算机的控制权，交给排在第一位的外部存储设备。
这时，计算机开始读取此外部存储设备的第一个扇区。
外部存储设备（如硬盘）的最小存储单元是“扇区”（Sector），每个扇区有 0.5KB，即 512 个字节。
如果第一个扇区（即设备的最前面的 512 个字节）的最后两个字节为 0x55 和 0xAA，则表明此设备能用于启动，否则不能启动，计算机的控制权转交给“启动顺序”的下一个设备。
存储设备最前面的 512 个字节，就称为“主引导记录”（Master Boot Record，简称 MBR ）。
（2）主引导记录（MBR）的结构
“主引导记录”只有 512 个字节，实际中的主要作用为：告诉计算机到硬盘的哪个位置找操作系统。
“主引导记录”分为三个部分，如下：
1、第 1-446 字节：调用操作系统的机器码。
2、第 447-510 字节：分区表（Partition table），用于将硬盘进行分区。
3、第 511-512 字节：主引导记录签名（ 0x55 和 0xAA ），表示此设备能用于启动。
（3）分区表
硬盘分区后，每个分区可以安装不同的操作系统，因此"主引导记录"必须知道要将控制权转交给哪个区。
“主引导记录”中的第 447-510 字节代表“分区表”，所以“分区表”占 64 个字节。
“分区表”的 64 个字节分成了四项，每项 16 个字节，所以一个硬盘最多只能分为 4 个一级分区（即“主分区”最多有 4 个）
“主分区”占 16 个字节，分为了 6 个部分，如下：
1、第 1 个字节：如果为 0x80，就表示该主分区是激活分区，控制权要转交给这个分区（4 个主分区里面只能有一个是激活的）。
2、第 2-4 个字节：主分区第一个扇区的物理位置（柱面、磁头、扇区号等等）。
3、第 5 个字节：主分区类型。
4、第 6-8 个字节：主分区最后一个扇区的物理位置。
5、第 9-12 字节：该主分区第一个扇区的逻辑地址。
6、第 13-16 字节：主分区的扇区总数（决定了主分区的长度，最多不超过 2 的 32 次方）。
由于主分区的长度最多不超过 2 的 32 次方，所以如果一个扇区占 512 字节，则单个分区最大不超过 2TB。
由于逻辑地址也是 32 位，所以一个硬盘的可利用空间最大为 2 TB。
为了使硬盘的可利用空间变大，只有增大单个扇区的字节数，或者增大主分区的扇区总数。
（4）为什么 windows 系统的电脑中，硬盘以 C 开头？
我们常见的电脑，大多数使用的都是 windows 系统，而在安装 windows 系统时通常安装在 C 盘。
C 称为【盘符】，代表硬盘分区号，是微软体系的电脑对驱动器的命名方式和标识符，而 UNIX 系统和 LINUX 系统是没有盘符的概念的。
在进行硬盘划分时，也是从 C 盘划分出新的空间，形成 D 、E 、F 盘等
从上可以看出硬盘分区号是以英文字母的顺序进行命名的，那么为什么是以 C 开头，而不是 A 呢？这是历史原因造成的，如下：
1、上个世纪70年代末80年代初，硬盘容量小，价格贵，很少有人使用
2、因此厂商就推出了不带硬盘的兼容机，这种电脑上带的存储设备叫什么呢？这种存储设备叫做【软盘】
3、当时微软的 DOS 系统很流行，于是微软专门给外部插入驱动器分配盘符，默认的第一个盘符就是 A 盘，这是当年主要的存储设备软盘。
4、后来软盘大小从 8 寸发展为 3.5 寸和 5.25 寸，所以存在双驱动软盘，微软就分别分配了软盘驱动器，一个为 A ，一个为 B
5、再后来，硬盘技术发展起来了，软盘很少用了，但仍然留在 A 和 B 作为软盘的盘符，所以硬盘的盘符从 C 开头。
4、启动的第三阶段：硬盘启动
计算机在读取“主引导记录”后，就知道要把控制权交给对应的分区了，主要分了三种情况：
（1）卷引导记录
四个主分区里面，只有一个是激活的。
计算机会读取激活分区的第一个扇区，叫做"卷引导记录"（Volume boot record，缩写为VBR）。
"卷引导记录"的主要作用是，告诉计算机，操作系统在这个分区里的位置。然后，计算机就会加载操作系统了。
（2）扩展分区和逻辑分区
随着硬盘越来越大，四个主分区已经不够了，需要更多的分区。
但是，分区表只有四项，因此规定有且仅有一个区可以被定义成"扩展分区"（Extended partition）。
"扩展分区"，就是指这个区里面又能分成多个区。
“扩展分区”里面的分区，就叫做"逻辑分区"（logical partition）。
计算机先读取扩展分区的第一个扇区，叫做"扩展引导记录"（Extended boot record，缩写为EBR）。
“扩展引导记录”里面也包含一张 64 字节的“分区表”，但是最多只有两项（也就是两个逻辑分区）。
计算机接着读取第二个逻辑分区的第一个扇区，再从里面的分区表中找到第三个逻辑分区的位置，以此类推，直到某个逻辑分区的分区表只包含它自身为止（即只有一个分区项）。因此，扩展分区可以包含无数个逻辑分区。
但是，似乎很少通过这种方式启动操作系统。如果操作系统确实安装在扩展分区，一般采用“启动管理器”启动。
（3）启动管理器
在这种情况下，计算机读取"主引导记录"前面 446 字节的机器码之后，不再把控制权转交给某一个分区，而是运行事先安装的"启动管理器"（boot loader），由用户选择启动哪一个操作系统。
Linux环境中，目前最流行的启动管理器是Grub，如下：
5、启动的第四阶段：操作系统
控制权转交给操作系统后，操作系统的内核首先被载入内存。
以Linux系统为例，先载入/boot目录下面的kernel。
内核加载成功后，第一个运行的程序是/sbin/init。它根据配置文件（Debian系统是/etc/initab）产生init进程。这是Linux启动后的第一个进程，pid进程编号为1，其他进程都是它的后代。
然后，init线程加载系统的各个模块，比如窗口程序和网络程序，直至执行/bin/login程序，跳出登录界面，等待用户输入用户名和密码。
至此，全部启动过程完成。