Was macht ein PC beim Hochfahren?

Das Starten eines PCs ist für manche ein Mysterium, aber so kompliziert ist es nicht. Was genau ein PC beim Starten macht, siehst du hier.

Um das Starten eines PCs zu verstehen, müssen wir erstmal klären, was wir genau unter dem Startvorgang bzw. Bootvorgang verstehen.

1. Was genau ist ein Bootvorgang?

Der Bootvorgang eines PCs hat nichts mit einem Boot zu tun, welches auf dem Wasser fährt. Und wird deswegen auch nicht wie "Boot" ausgesprochen sondern [buːt] bzw. das "Booten" [buːtən] ausgesprochen. Aber jetzt zu dem technischen. Ein Bootvorgang bezieht sich auf den Prozess, den ein Computer oder ein elektronisches Gerät beim Starten durchführt. Der Bootvorgang ist in verschiedene Schritte unterteilt, um so die notwendigen Komponenten zu initialisieren und das Betriebssystem zu laden.

Nachdem wir jetzt wissen was genau ein Bootvorgang ist, können wir in die tiefere Technik des Bootens zu gehen.

2. Wie ist ein Bootvorgang aufgebaut

Ein typischer Bootvorgang besteht aus mehreren Phasen. Zu Beginn wird die Hardware des Computers aktiviert, indem beispielsweise der Strom eingeschaltet wird. Anschließend durchläuft der Computer den sogenannten Power-On Self-Test (POST), bei dem die Hardwarekomponenten auf ihre Funktionsfähigkeit überprüft werden. Danach sucht der Computer nach einem Boot-Medium, wie zum Beispiel einer Festplatte oder einem USB-Laufwerk, um das Betriebssystem zu laden. Dabei kann entweder das MBR (Master Boot Record) oder das GPT (GUID Partition Table) verwendet werden, je nachdem, wie die Festplatte formatiert ist. Sobald das Betriebssystem erfolgreich geladen ist, beginnt der Nutzer mit der Verwendung des Computers.

Um das theoretische Wissen etwas zu verbildlichen hier einmal ein kompletter Bootvorgang Schritt für Schritt.

3. Konkretes Beispiel eines Bootvorgangs

1. Der Computer wird eingeschaltet und die Stromversorgung aktiviert.
2. Der Power-On Self-Test (POST) wird durchgeführt, um die Hardwarekomponenten zu überprüfen und sicherzustellen, dass sie ordnungsgemäß funktionieren.
3. Das BIOS (Basic Input/Output System) oder UEFI (Unified Extensible Firmware Interface) wird aktiviert und initialisiert die Hardware, indem es beispielsweise die CPU (Central Processing Unit), den Arbeitsspeicher und die Peripheriegeräte wie die Tastatur und die Festplatte konfiguriert.
4. Das BIOS oder UEFI sucht nach einem geeigneten Boot-Medium, um das Betriebssystem zu laden. Dies kann eine Festplatte, ein USB-Laufwerk oder ein Netzwerkboot sein.
5. Bei Verwendung des MBR (Master Boot Record) als Partitionierungsschema sucht das BIOS oder UEFI nach dem MBR auf dem ausgewählten Boot-Medium.
6. Der MBR befindet sich im ersten Sektor der Festplatte und enthält Informationen über die Partitionierung und den Bootloader.
7. Der Bootloader im MBR wird aufgerufen und geladen. Der Bootloader ist eine kleine spezielle Software, die das Betriebssystem lädt und startet.
8. Der Bootloader liest die Informationen aus dem MBR, um den Standort des Betriebssystems auf der Festplatte zu identifizieren.
9. Der Bootloader lädt den Kernel des Betriebssystems in den Speicher.
10. Der Kernel wird ausgeführt und initialisiert das Betriebssystem. Dabei werden verschiedene Systemdienste und Treiber geladen.
11. Sobald das Betriebssystem vollständig geladen ist, wird der Benutzer zur Eingabe seines Benutzernamens und Passworts aufgefordert und kann dann mit der Verwendung des Computers beginnen.

Unterschied UEFI - BIOS. Und was genau machen die Firmwares eigentlich?

Der Unterschied zwischen dem UEFI (Unified Extensible Firmware Interface) und dem traditionellen BIOS (Basic Input/Output System) liegt in der Art und Weise, wie sie den Bootvorgang steuern und mit der Hardware des Computers interagieren. Das UEFI bietet eine modernere und erweiterte Schnittstelle, die flexibler und leistungsfähiger ist als das traditionelle BIOS. UEFI ermöglicht außerdem die Bedienung über eine grafische Benutzeroberfläche (GUI), erweiterte Sicherheitsfunktionen, Unterstützung für größere Festplattenkapazitäten und eine verbesserte Netzwerkfähigkeit bieten auch weitere Vorteile. Die Aufgaben von dem UEFI und dem BIOS umfassen die Initialisierung der Hardwarekomponenten, die Suche nach einem Boot-Medium, das Laden des Betriebssystems und die Bereitstellung von erweiterten Funktionen für die Konfiguration und Verwaltung des Systems.

Unterschied MBR und GPT

MBR (Master Boot Record) und GPT (GUID Partition Table) sind zwei verschiedene Methoden zur Partitionierung einer Festplatte. MBR ist älter und weit verbreitet, während GPT moderner und flexibler ist. Der Hauptunterschied besteht darin, wie sie Informationen über die Partitionierung und den Bootvorgang speichern. MBR verwendet einen einzelnen Bootsektor am Anfang der Festplatte, der den Master Boot Record enthält und auf dem bis zu vier primäre Partitionen oder drei primäre Partitionen und eine erweiterte Partition mit mehreren logischen Laufwerken erstellt werden können. GPT verwendet hingegen eine spezielle Partitionstabelle, die über die gesamte Festplatte verteilt ist und bis zu 128 Partitionen unterstützen kann. GPT bietet zusätzlich verbesserte Integritätsprüfungen und Redundanzmechanismen, um Datenverluste zu verhindern. Darüber hinaus unterstützt GPT größere Festplattenkapazitäten und ist besser für Systeme mit UEFI geeignet.

Zum Schluss folgt noch die Geschichte des Bootvorgangs

Geschichte des Bootvorgangs

Die Geschichte des Bootvorgangs reicht zurück zu den frühen Tagen der Computerentwicklung. In den Anfängen wurden Computer manuell durch Schalter oder Steckverbindungen gestartet. Mit der Einführung der Mikroprozessoren und der Entwicklung von Betriebssystemen wurde der Bootvorgang automatisiert. Früher waren Startsequenzen auf Disketten oder anderen externen Medien gespeichert, die in den Computer eingelegt wurden. Mit der Weiterentwicklung der Technologie wurden Festplattenlaufwerke und Flash-Speicher als primäre Boot-Medien verwendet. Heutzutage sind schnelle Startzeiten und effiziente Bootvorgänge entscheidend, und daher wird ständig an der Optimierung des Bootprozesses gearbeitet. Dabei spielen Technologien wie das UEFI BIOS und verschiedene Partitionierungsschemata wie MBR und GPT eine wichtige Rolle, um eine nahtlose und reibungslose Erfahrung für die Nutzer zu gewährleisten.