El Proceso de arranque de una PC (Computadora Personal)

Nota: Hace (18 años), Septiembre 1.995, se publicó este Artículo: "El proceso de arranque de una PC", está información quedará para la historia y evolución de la Computadora Personal, los especialistas en el área de la Computación deben discernir si el proceso de arranque de una PC continúa siendo igual como hace décadas o si actualmente (Octubre 2013) las nuevas tecnologías han transformado el proceso de arranque en algo novedoso. En fin este documento es histórico, para no perder su memoria – histórica se envía a www.monografias.com para su validación.

Cuando su computadora personal está apagada, es simplemente una colección muerta de metal, plástico, filamentos metálicos y pequeños pedazos de silicio. Cuando usted presiona el botón de encendido, una pequeña carga de electricidad –de apenas unos 5 Voltios-inicia una cadena de eventos que mágicamente le da vida a lo que de otra forma sería un pisapapeles gigante.

No obstante, aún con ese toque de vida, al principio la PC es más bien un poco estúpida. Tiene un sentido primitivo de sí misma cuando revisa las partes que tiene instaladas y que están trabajando, como un paciente que despierta de un estado de coma y se revisa para ver si tiene todas sus extremidades y si todos sus miembros todavía funcionan. Pero aparte de hacer inventario de sí misma, la recién despertada PC todavía no puede hacer nada realmente útil, mucho menos, algo que nosotros consideremos inteligente.

En el mejor de los casos puede buscar inteligencia –en la forma de un sistema operativo que le dé estructura a la primitiva existencia de la PC. Luego viene una verdadera educación en forma de software de aplicación- programas que le dicen cómo hacer las tareas más rápido y más acertadamente de lo que nosotros mismos pudiéramos, o sea, un estudiante que espera a su maestro.

Pero no todo tipo de computadora tiene que sufrir este tortuoso renacimiento cada vez que la encienden. Diariamente usted encuentra computadoras que cobran vida totalmente formadas desde el instante en que se encienden. Quizás no las considera computadoras, pero son: Las calculadoras, el encendido electrónico de su carro, el cronómetro de su horno micro-ondas y el inentendible control remoto programador de su VHS. La diferencia entre estas computadoras y la que usted tiene sobre su escritorio es la circuitería. Las computadoras construidas para realizar una sola tarea –son muy eficientes haciendo esa tarea- están programadas en la circuitería. Pero eso significa que son más idiotas que sabias.

Lo que hace que su PC sea un dispositivo tan milagroso es que cada vez que usted la enciende, es una mente abierta, capaz de hacer cualquier cosa que su creatividad –o, más usualmente, la creatividad de los programadores profesionales- pueda imaginar que haga. Es una calculadora, el lienzo de un artista, una máquina de escribir mágica, un contador infalible y un anfitrión de otras herramientas. Para transformarse de una persona a otra solamente requiere activar algunos de los microscópicos conmutadores internos de los microchips, tarea realizada al escribir un comando en la señal del indicador de DOS o al hacer clic con su mouse en algún icono de la pantalla.

Esta inteligencia es frágil y de corta duración. Todos esos millones de microscópicos conmutadores están apagándose y prendiéndose constantemente en el tiempo para mezclar flujos de electricidad. Tomo lo que se necesita es una instrucción errante o una lectura errónea de un solo conmutador para enviar este humanoide maravillosamente inteligente a un estado catatónico. O desactivar el botón de encendido y lo que era una pujante vida artificial morirá sin emitir ni un solo lamento.

Luego, la próxima vez que la encienda, el nacimiento comenzará de nuevo.

Cómo funciona el POST

Cuando usted presiona el botón de encendido de su PC, parece que nada ocurriera durante varios segundos. En realidad, su computadora está pasando a través de una complicada serie de operaciones para asegurarse de que todos sus componentes están trabajando apropiadamente y para advertirle si algo anda mal. Esta operación es el primer paso en un proceso, aún más complicado, denominado el arranque. El término viene de la palabra "bootstraps" del inglés, que quiere decir levantarse por sus propios esfuerzos. En una PC, es necesario porque la máquina debe tener alguna forma de darle vida a todos sus componentes el tiempo suficiente como para que puedan alcanzarla meta común de cargar un sistema operativo.

Luego, el sistema operativo se encarga de tareas más complicadas que el código de arranque no puede manejar, entre esas, hacer que el hardware de la PC interactúe con el software.

Pero incluso antes de que su PC pueda cargar un sistema operativo, ésta tiene que asegurarse de que todos sus componentes están funcionando, y de que la CPU (Central Processing Unit: Unidad Central de Procesamiento) y la memoria están funcionando adecuadamente. Este es el trabajo del POST (Power-On Self Test: Autoverificación de Encendido).

El POST es lo primero que su PC hace cuando usted la enciende y es el primero en avisarle si hay problema con alguno de los componentes. Cuando el POST detecta un error de la pantalla, de la memoria, del teclado o de otro componente básico, produce una advertencia de error en forma de mensaje en pantalla y –en el caso de que ésta se aparte del problema- en forma de una serie de pitidos. Normalmente ni los pitidos ni los mensajes de pantalla son lo suficientemente específicos para decirle exactamente lo que está mal.

Todo lo que tratan de hacer es orientarle en la dirección general del componente que tiene problemas. Un solo pitido acompañado de una pantalla del usual indicador de DOS significa que todos los componentes han pasado el POST. Pero cualquier otra combinación de pitidos cortos o largos por lo general significa problemas. Incluso que no suene un pitido en absoluto indica un problema. (Ver tabla).

Sin embargo, que no aparezca un mensaje ni ocurre un pitido de error, no significa que todos los componentes de hardware de su sistema están funcionando como deberían. El POST es capaz de detectar sólo los tipos de error más generales. Puede indicarle si un disco duro que se supone debería estar instalado no lo está, pero no puede decirle si hay problemas con el formato de la unidad.

En resumen, el POST pareciera no ser extremadamente útil. Ello se debe a que la mayoría de las PCs funcionan tan confiablemente que sólo rara vez algo activa una alarma del POST. Los beneficios del POST son sutiles, pero fundamentales. Sin él, usted nunca podría estar seguro de la capacidad de su PC para realizar sus tareas en forma confiable y precisa.

Ficha Técnica

El POST

1.- Cuando usted enciende su PC, una señal eléctrica sigue una vía programada hacia la CPU para limpiar los datos residuales de los registros internos de memoria del chip. La señal inicializa con una dirección específica un registro de la CPU denominado el contador de programa. En el caso de los ATs y computadoras posteriores, esta dirección es la F000.El número del contador de programa le indica a la CPU la dirección de la próxima instrucción que debe procesar. En este caso, la dirección es el comienzo de un programa de arranque almacenado en la dirección F000 en un conjunto de chips ROM [Read Only Memory: Memoria de Sólo Lectura] que contienen el BIOS [Basic Input/Output System: Sistema Básico de Entrada/Salida].

2.- La CPU usa la dirección para encontrar e invocar al programa de arranque del ROM BIOS, que a su vez llama una serie de verificaciones del sistema, conocidas como autoverificaciones de encendido, o POSTs. Primero la CPU se revisa a si misma y al programa del POST leyendo el código de varias posiciones y comparándolo con un registro idéntico permanente.

3.- La CPU envía una señal sobre el bus del sistema –el circuito que conecta todos los componentes entre sí para asegurarse de que todos están funcionando.

4.- En las PCs viejas que contienen un núcleo del lenguaje de programación BASIC en ROM, esa sección de código se revisa mientras la CPU verifica el temporizador del sistema, que es el responsable de asegurarse de que las operaciones de la PC funcionen en forma ordenada y sincronizada.

5.- El procedimiento del POST evalúa la memoria contenida en la tarjeta de video y las señales de video que controlan la pantalla. Luego hace que el BIOS de la tarjeta se codifique como una parte del BIOS general del sistema y de la configuración de memoria. Es en este punto que usted verá por primera vez que algo parece en el monitor de su PC.

6.- El POST corre una serie de pruebas para garantizar que los chips de RAM están funcionando adecuadamente. La CPU escribe datos a cada chip, luego los lee y compara lo que lee con los datos que había enviado a los chips. Se muestra en pantalla un conteo de la cantidad de memoria que se ha verificado durante esta prueba.

7.- La CPU verifica que el teclado esté conectado apropiadamente y revisa si se han presionado teclas.

8.- El POST envía señales sobre rutas específicas en el bus a todas las unidades de disco conectadas y espera una respuesta para determinar qué unidades están disponibles.

9.- Los resultados de las pruebas del POST se comparan con el registro de un chip CMOS específico que es el registro oficial de los componentes instalados. CMOS es un tipo de chip de memoria que mantiene los datos después de apagado el equipo, todo mientras reciba un flujo de electricidad proveniente de una batería o una pila. Cualquier cambio en la configuración básica del sistema debe grabarse en los datos del CMOS en todas las PCs que incluyan esta función (sólo la PC original y las computadoras tipo XT no usan CMOS).

10.-En sistemas que contienen componentes que poseen sus propios BIOS, como ciertas tarjetas controladoras de disco, ese código del BIOS es reconocido e incorporado como parte del propio BIOS del sistema y uso de memoria. A partir de este momento, la PC está lista para el siguiente paso del proceso de arranque. Cargar un sistema operativo de disco.

Cómo funciona el arranque de Disco

Una computadora personal no puede hacer nada útil a menos que esté corriendo un sistema operativo: El software que permite que la PC use otro software . Pero antes de que pueda correr un sistema operativo, necesita cargar de alguna manera el sistema operativo desde un disco a la RAM [Random Acces Memory: Memoria de Acceso Aleatorio]. Esta forma es mediante el arranque ("bootstrap" en inglès) una pequeña cantidad de código que permanentemente forma parte de la PC.

El bootstrap [que en inglés quiere decir "arrancar por sus propios medios"] es una denominaciónm adecuada porque la PC hace algo totalmente por sí sola, sin ningún sistema operativo externo. Por supuesto, la operación de arranque no hace mucho. De hecho, tiene sólo dos funciones: Una es correr el POST [Power-On Self Test: Autoverificación de Encendido] y las otra es buscar una unidad de disco en la que resida un sistema operativo. Cuando se termina de ejecutar funciones, la operación de arranque comienza a leer los archivos del sistema operativo para copiarlos en la RAM.

¿Por qué las PCs usan un arranque tan indirecto? ¿Por qué no sencillamente hacen que el sistema operativo sea parte de la PC? Algunas computadoras especializadas o de bajo nivel hacen esto. Las primeras computadoras que normalmente se usaban para videojuegos, como la Atari 400 y la 800, y la vieja computadora de mano (palmtop) Hewlett-Packard LX95 tienen un sistema operativo permanente. La LX95 hasta incluye un programa de aplicación, Lotus 1-2-3, en un microchip especial. Pero en la mayoría de los casos, el sistema operativo se carga desde un disco por dos razones:

Es más simple actualizar el sistema operativo cuando se carga desde un disco. Cuando una compañía como Microsoft –que hace el MS-DOS, el sistema operativo de PC más comúnmente usado- quiere añadir nuevas funciones o arreglar serios problemas, sencillamente tiene que liberar un nuevo conjunto de discos. Algunas veces todo lo que se necesita es un solo archivo que arregla un error del sistema operativo. Para Microsoft es más barato distribuir DOS en diskettes que diseñar un microchip que contenga el sistema operativo. Y para los usuarios de computadoras es más fácil instalar un nuevo DOS desde diskettes que desmontar un chip para colocar otro.

La segunda razón para cargar un sistema operativo desde disco es que le da a los usuarios la posibilidad de escoger el sistema operativo. Aunque la mayoría de PCs basadas en microprocesadores construidos por Intel usan MS-DOS, hay otros sistemas operativos alternativos, como OS/2 y Unix. En algunas configuraciones de PC, usted incluso puede escoger cuál sistema operativo usará cada vez que enciende la computadora.

Proceso de Arranque

1.- Después de conducir el POST de todos los componentes del hardware de la PC, el programa de arranque contenido en los chips de ROM BIOS de la computadora revisa la Unidad A para ver si tiene un diskette formateado. Si existe, el programa busca en posiciones específicas del diskette los archivos que constituyen las dos primeras partes del sistema operativo. Normalmente usted no ve estos archivos del sistema porque cada están marcados como ocultos. En la mayoría de las PCs, los archivos tienen en los nombres de IO.SYS y MSDOS.SYS. En las computadoras IBM, los nombres son IBMBIO.COM y IBMDOS.COM. Si la unidad de diskette está vacía, el programa de inicio revisa la unidad de disco C para ver si tiene los archivos del sistema. Si el disco no contiene los archivos, el programa de inicio genera un mensaje de error.

2.- Después de localizar un disco que posea los archivos del sistema, el programa de inicio lee los datos almacenados en el primer sector del disco y los copia en posiciones específicas de la RAM. Esta información constituye el registro de inicio (boot record) del DOS. El registro de inicio siempre se encuentra en la misma posición en cualquier diskette formateado. Ocupa sólo 512 bytes, exactamente el código suficiente para iniciar la carga de los dos archivos ocultos del sistema. Después de que el programa de inicio del BIOS ha cargado el registro de inicio en la dirección hexadecimal 7C00 de memoria, el BIOS pasa el control al registro de inicio dando un salto a esa dirección.

Fuente de Información

• Revista "Computación al Día", Venezuela, Septiembre 1.995.

Autor:

Edgar Alexander Tovar Canelo