Как работает компьютер: часть 4. Включение и выключение компьютера

Начало — Часть 1: Обработка информации,

Часть 2: Общая шина,

Часть 3: Программное обеспечение персонального компьютера

Кроме внешних устройств в компьютере есть и внутренние устройства. К ним относятся жесткие диски, CD- и DVD-устройства и др. Эти внутренние устройства подключаются к общей шине ПК через контроллеры устройств ввода-вывода.

Таким образом обеспечивается стандартная конфигурация ПК, когда на общей шине находятся быстродействующие процессор, оперативная память и контроллеры. Остальные устройства (будь они внешние, например, принтеры, или внутренние, такие как жесткие диски, например) подключаются к ПК только через специальные контроллеры.

Подключение внутренних устройств к ПК, также как и внешних устройств к ПК расширяет возможности компьютера. Например, жесткие диски существенно увеличивают память ПК.

Кроме того, внутренние и внешние устройства, подключенные к ПК посредством контроллеров, как правило, позволяют сохранять информацию даже  после выключения электропитания компьютера.

При этом информация из оперативной памяти и из процессора стирается полностью без возможности последующего восстановления.

А значит, применяя внешние и внутренние устройства, можно обеспечить сохранность как информации, так и программ. Соответственно, после включения компьютера можно без потери программ и данных продолжать обработку информации. В противном случае приходилось бы после каждого включения компьютера заново его программировать.

BIOS

Теперь посмотрим, как работает современный компьютер с момента его включения, как он «оживает» после подачи электропитания. У каждого компьютера в обязательном порядке есть базовое устройство ввода-вывода (BIOS). В момент включения компьютера из него автоматически считывается информация о конфигурации ПК.

Конфигурация ПК – это информация о процессоре и его возможностях, об оперативной памяти и ее размерах (о количестве ячеек памяти), о контроллерах устройств ввода-вывода, подключенных к общей шине ПК. Таким образом, в памяти ПК восстанавливается конфигурация компьютера («забытая» им в момент предыдущего выключения), и теперь процессор, оперативная память и контроллеры могут работать согласованно между собой.

Базовое устройство ввода-вывода (BIOS) является единственным устройством внутри ПК, которому не нужно электрическое питание для хранения данных. Для этого в старых моделях компьютеров к нему подключались специальные аккумуляторы. В современных моделях могут использоваться устройства, не нуждающиеся в электропитании для долговременного хранения информации, например, флеш-память. Иначе, повторяюсь, невозможно сохранить информацию о конфигурации компьютера после выключения электрического питания.

Из базового устройства ввода-вывода (BIOS) в процессе загрузки компьютера также считывается информация о том, на каком из внешних устройств ПК находится загружаемая в него операционная система.

Операционная система — специальное программное обеспечение, которое создает удобный интерфейс для работы пользователей ПК и удобную среду для выполнения прикладных программ пользователей компьютера. Процессор обращается к этому внешнему устройству (используя адрес этого устройства, прочитанный из базового устройства ввода-вывода BIOS), выбирает программу загрузки операционной системы и исполняет эту программу последовательно команда за командой.

На все это требуется немалое время, поэтому компьютер не начинает работу немедленно после включения. Для ускорения включения компьютера в ноутбуках и, реже, в стационарных компьютерах применяются методы «быстрого» включения и выключения, так называемые спящий и ждущий режимы. Но для того, чтобы быстро включить компьютер, не тратя времени на ожидание загрузки операционной системы, нужно сначала его «правильно» выключить.

При выключении компьютера путем перевода его в один из указанных выше режимов (спящий или ждущий) в оперативной памяти или на жестком диске сохраняется образ операционной системы и прикладных программ на момент выключения компьютера.

Затем при включении компьютера остается только загрузить этот сохраненный образ в оперативную память, и запустить выполнение прерванных программ. И это происходит намного быстрее, чем запуск операционной системы из начальной точки загрузки.

Говоря о спящем и ждущем режимах выключения компьютера, необходимо отметить, что выключение компьютера в ждущий режим требует обязательного сохранения электрического подключения компьютера. Это связано с тем, что в ждущем режиме информация о конфигурации компьютера записывается в оперативную память, работа которой без электрического питания невозможна.

А вот при выключении в спящий режим компьютер можно отключить от электрической сети, так как вся необходимая для последующего включения электропитания информация сохраняется на жестком диске, и не теряется при отключении питания.

После загрузки операционной системы процессор начинает выполнять те программы, которые необходимы пользователю ПК. Разумеется, пользователи не задумываются о том, какими командами пользуется процессор ПК, из каких ячеек оперативной памяти он берет данные и в какие ячейки их записывает после обработки и т.д. Пользователей ПК от этого избавили программисты, которые обеспечили перевод инструкций пользователей на язык, понятный процессору ПК.

Опять мы видим, что программное обеспечение компьютеров играет решающую роль в том, что современные ПК стали столь распространенными и удобными для работы устройствами обработки информации…

В дополнение к статье можно посмотреть видео о ждущем режиме, и настройке (при необходимости) спящего режима:

P.S. Статья закончилась, но на блоге можно еще  прочитать:

Как работает ПК: часть 1. Обработка информации

Как работает ПК: часть 2. Общая шина

Как работает ПК: часть 3. Программное обеспечение персонального компьютера

Как работает ПК: заключение. Компьютерный интеллект

Что делать, если на компьютере постоянно сбивается время