前言
我們每天都在使用計算機，每天都要啓動和關閉計算機，但是你瞭解過計算機是由那些部件組成的嗎？計算機是怎樣啓動的？計算機的程序是怎樣運行的?
那麼下面我們來認識一下吧。
一、計算機硬件結構
計算機是由機箱、電源、主板、硬盤、內存條、CPU、顯卡、光驅、顯示器、鼠標、鍵盤、音響等組成的。
深入一點來說，計算機由運算器（數學運算器、加法器、邏輯運算器）、控制器（與運算器一起被稱爲CPU）、儲存器（內存、使用平面編址方式區分地址）以及I/O設備（輸入設備與輸出設備）組成。
二、計算機啓動原理
這裏還是需要先介紹一下兩個基本而重要的概念。
BIOS：即“Basic Input/Output System”（基本輸入輸出系統），它是一組被“固化”在計算機主板上的一塊ROM中直接關聯硬件的程序，保存着計算機最重要的基本輸入輸出的程序、系統設置信息、開機後自檢程序和系統自啓動程序，其主要功能是爲計算機提供最底層的、最直接的硬件設置和控制，它包括系統BIOS（主板BIOS）．其它設備BIOS（例如IDE控制器BIOS、顯卡BIOS等）其中系統BIOS佔據了主導地位.計算機啓動過程中各個BIOS的啓動都是在它的控制下進行的.
內存地址：我曾在虛擬內存的介紹中提到過它，我們知道，內存空間的最基本單位是位，8位視爲一個字節，即我們常用的單位B，內存中的每一個字節都佔有一個地址（地址是爲了讓CPU識別這些空間，是按照16進製表示的），而最早的8086處理器只能識別1MB（2的20次方B）的空間，這1MB內存中低端（即最後面）的640KB就被稱爲基本內存，而剩下的內存（所有的）則是擴展內存。這640KB的空間分別由顯存和各BIOS所得。
現在正式開始介紹計算機的啓動過程（從打開電源到操作系統啓動之前）
1、當電源開關按下時，電源開始向主板和其他設備供電，此時電壓並不穩定，於是，當主板認爲電壓並沒有達到CMOS中記錄的CPU的主頻所要求的電壓時，就會向CPU發出RESET信號（即復位，不讓CPU進一步運行），不過僅一瞬間不穩定的電壓就能達到符合要求的穩定值，此時復位信號撤銷，CPU馬上從基本內存的BIOS段讀取一條跳轉指令，跳轉到BIOS的真正啓動代碼處，如此，系統BIOS啓動，此後的過程都由系統BIOS控制。
2、系統BIOS啓動後會進行加電自檢POST（Power On Self Rest）。不過這個過程進行得很快，它主要是檢測關鍵設備（如電源、CPU芯片、BIOS芯片、基本內存等電路是否存在以及供電情況是否良好。如果自檢出現了問題，系統喇叭會發出警報聲（根據警報聲的長短和次數可以知道到底出現了什麼問題）。
3、如果自檢通過，系統BIOS會查找顯卡BIOS，找到後會調用顯卡BIOS的初始化代碼，此時顯示器就開始顯示了（這就是爲什麼自檢失敗只能靠發聲進行提醒了）。顯卡BIOS會在屏幕上顯示顯卡的相關信息（不過現在的筆記本似乎並不顯示這個）。
4、顯卡檢測成功後會進行其他設備的測試，通過後系統BIOS重新執行自己的代碼，並顯示自己的啓動畫面，將自己的相關信息顯示在屏幕上，而後會進行內存測試（這些在現在的計算機上也看不到了），僅僅是短暫出現系統BIOS設置頁面，此時就可以對系統BIOS進行需要的設置了，完成後會重新啓動。
5、此後BIOS會檢測系統的標準硬件（如硬盤、軟驅（雖然現在很多計算機已沒有軟驅了）、串行和並行接口等），檢測完成後會接着檢測即插即用設備，如果有的話就爲該設備分配中斷、DMA通道和I/O端口等資源，到了這裏，所有的設備都已經檢測完成了，老機會進行一次清屏並顯示一個系統配置表，如果和上次啓動相比出現了硬件變動，BIOS還會更新ESCD，即“Extended System Configuration Data”（擴展系統配置數據），它是系統BIOS用來與操作系統交換硬件配置信息的數據，這些數據被存放在CMOS中。現在的機器則不再顯示這些了。
6、當上面的所有步驟都順利進行以後，BIOS將執行最後一項任務：按照用戶指定的啓動順序進行啓動（即我們經常需要用到的設置系統從哪裏啓動，一般默認是硬盤，如果需要安裝系統，還會設置爲光驅或USB設備），注意，這裏是指的啓動順序，如果設置爲從光驅啓動，而光驅中又沒有光盤的話，系統還是會接着從硬盤啓動的。
至此，操作系統啓動之前的所有啓動步驟都完成了，如果從硬盤啓動的話，接着就是操作系統的啓動過程了，關於這一部分，不同的系統也是存在差別的，我們謹以xp和vista爲例，由於內容較多，就下一次再介紹吧。
下面是上面的啓動過程的流程圖，對照此圖理解上面的內容可能會更方便些：
操作系統啓動之前的計算機啓動過程我已經在《計算機啓動過程圖文詳解（一）----計算機初始化啓動過程》一文中詳細介紹過，今天就介紹一下初始化啓動後的操作系統的啓動過程。
我們只介紹Windows系統的啓動，由於vista和windows7操作系統的啓動採用了全新的方式，所以這裏需要對xp和Vista（Windows7與之基本相同）分別介紹。爲了不至於導致大家看不明白，我只介紹一個大概的過程。
xp系統的啓動
當系統BIOS完成初始化後，會將控制權交給主引導紀錄（即MBR：Master Boot Record），MBR會檢查硬盤分區表，找到硬盤上的引導分區，然後將引導分區上的操作系統引導扇區調入內存，並執行其NTDLR文件。
NTDLR會將微處理器從實模式（此模式下計算機認爲內存爲64KB，其他未擴展內存）轉換爲32位的平面內存模式（此模式下認爲CPU可識別的所有內存均是可用內存）。然後，NTDLR啓動mini-file system drivers以便它能夠識別所有采用NTFS和FAT（FAT32）文件系統的硬盤分區。
此後NTLDR會讀取boot.ini文件，以決定應該啓動哪一個系統，如果boot.ini中僅顯示了一個系統或者將timeout（系統選擇頁面停留時間）參數設爲0的話，這個系統選擇頁面就不會出現而是直接啓動默認的系統。
而如果boot.ini中含有多個啓動引導項，當選擇了不同的系統後計算機接下來的啓動流程就會產生區別，如果選擇的不是xp，NTLDR會讀取bootsect.dos來啓動相應系統，如果選擇了xp的話，就會接着轉入硬件檢測階段。
在這個階段，ntdetect.com會收集計算機的硬件信息列表並將其返回到NTLDR中，以便以後將這些信息寫入註冊表（具體而言是HKEY_LOCAL_MACHINE下的hardware）中。
然後會進行硬件配置選擇，如果計算機含多個硬件配置，會出現配置選擇頁面，如果僅有一個的話，系統直接進入默認配置。
此後開始加載xp內核，NTLDR首先加載ntoskrnl.exe（即xp系統內核），不過此時並未初始化內核，而是緊接着加載了硬件抽象層（即HAL，一個hal.dll文件），然後加載底層設備驅動程序和需要的服務。
完成這些後纔開始初始化內核，此時我們就能看到xp的LOGO和啓動進度條了，在進度條運動的過程中，內核使用剛纔ntdetect.com收集到的意見配置信息創建HKEY_LOCAL_MACHINE的hardware鍵。然後創建計算機數據備份，初始化並加載設備驅動程序，Session Manager啓動xp的高級子系統及其服務並有win32子系統啓動Winlogon進程。
Winlogon.exe會啓動Local Security Authority，此時會顯示xp的歡迎屏幕或者登陸確認框（如果設置了多賬戶或密碼的話）。這個時候，系統還在繼續初始化剛纔沒有完成的驅動程序。
歡迎屏幕結束或者用戶正確登陸後， Service Controller最後還需要檢查是否還有服務需要加載並進行加載。此後xp桌面出現，系統啓動完成。
Vista（Windows7）的啓動
Vista和Windows7的啓動過程就簡單多了（其實是將啓動步驟進行了簡化），它採用了全新的啓動方式。具體如下：
MBR得到控制權後，同樣會讀取引導扇區，以便啓動Windows啓動管理器的bootmgr.exe程序，
Windows啓動管理器的bootmgr.exe被執行時就會讀取Boot Confi guration Data store（其中包含了所有計算機操作系統配置信息）中的信息，然後據此生成啓動菜單，當然，如果只安裝了一個系統，啓動引導選擇頁不會出現，而如果安裝並選擇了其他系統，系統就會轉而加載相應系統的啓動文件。
啓動Vista時，同樣會加載ntoskrnl.exe系統內核和硬件抽象層hal.dll，從而加載需要的驅動程序和服務。
內核初始化完成後，會繼續加載會話管理器smss.exe（注意，正常情況下這個文件存在於Windows/system32文件夾下，如果不是，很可能就是病毒）。
此後，Windows啓動應用程序wininit.exe（正常情況下它也存在於Windows/system32文件夾下，如果不是，很可能是病毒）會啓動,它負責啓動services.exe(服務控制管理器)、lsass.exe(本地安全授權)和lsm.exe(本地會話管理器)，一旦wininit啓動失敗，計算機將會藍屏死機。
當這些進程都順利啓動之後，就可以登錄系統了。至此，Vista（Windows7）啓動完成。
另外，補充一點小知識：我們知道，在Vista或Windows7系統下安裝xp後，開機時就會直接啓動xp，並不出現系統啓動的選擇頁，這是因爲安裝xp時，它會重寫MBR而將Vista或Windows7的引導記錄覆蓋掉，而在xp下安裝Vista或Windows7後就不存在這個問題了，這是因爲雖然Vista和Windows7雖然也會覆蓋引導記錄，但是它也會將原有的引導程序保存，引導權雖然同樣被Vista或Windows7搶奪，但由於它們支持跳轉到以前的引導程序上，所以可以直接顯示多系統頁面。
最後，由於時間關係，我沒有專門製作流程圖，就附上找到的一張系統啓動流程圖吧。此圖比較簡單，並沒有列出全部的啓動流程，但附帶了計算機初始化啓動的過程，比較全面了。如圖：
三、計算機程序運行
程序：指令+數據
RAM:隨機儲存器，如電腦內存條
ROM:只讀儲存器，如電腦bios佔的內存
cpu讀取內存中的指令和數據來實現程序運行
cpu由運算器、控制器、寄存器等組成，一個簡單的加法運算：1、控制器讀取內存控制數據，2、控制器將內存中被加數數據發至運算器，3、運算器將被加數暫存只寄存器，4、控制器將內存中加數數據發送至運算器，5，運算器將被加數和加數進行加法運算髮送至內存。