固件（Firmware）

加电与 CPU 初始化:
- 当你按下电源按钮，电源单元 (PSU) 开始向主板上的各个组件供电。
- CPU（中央处理器）在接收到稳定的电源和特定的复位信号后，会进行内部初始化。最关键的一步是：CPU 被硬性设计为总是从一个预先定义的、固定的内存地址开始读取并执行第一条指令。
- 对于传统的 x86 架构 BIOS 系统，这个地址通常是物理内存地址 0xFFFFFFF0（靠近 4GB 内存地址空间的顶端，但在 CPU 的初始实模式下会被映射到 1MB 以下的某个位置，指向 BIOS ROM）。
- 对于现代的 UEFI 系统，初始化的过程更复杂，但最终也会跳转到一个预设的入口点来执行固件代码。
- 固件代码的存储:
- 这个“预先定义的地址”指向的并不是我们通常说的内存条 (RAM)，因为 RAM 在刚加电时是空的。这个地址实际上指向主板上的一个非易失性存储芯片（Non-Volatile Memory），通常是 Flash ROM（现在常用 SPI Flash 芯片）。
- 这个芯片里预先烧录了固件程序（BIOS 或 UEFI 的核心代码）。“非易失性”意味着即使断电，里面的代码也不会丢失。
- 固件代码开始执行 (POST 阶段):
- CPU 从那个固定地址开始，逐条执行存储在固件芯片中的指令。
- 固件首先执行的是POST (Power-On Self-Test) 程序。这是一个硬件自检和初始化的过程，包括：
  - 检查 CPU 本身是否基本正常。
  - 初始化并检测内存 (RAM)，确定可用内存大小。
  - 初始化主板芯片组、总线（如 PCIe）。
  - 检测并初始化关键的基础设备，如显卡（以便能显示信息）、键盘（以便能接收输入）。
  - 通过蜂鸣声（Beep Codes）或屏幕显示输出自检状态和错误信息。
- 查找并加载引导设备:
- 当 POST 成功完成，基本的硬件被初始化后，固件的下一个主要任务是找到一个可引导的存储设备（Boot Device）来加载操作系统的引导程序（Bootloader）。
- 固件会按照在设置界面（BIOS/UEFI Setup Utility）中预先配置好的引导顺序（Boot Order），依次检查硬盘、SSD、U盘、光驱、网络等设备。
- 加载引导程序 (根据固件类型不同):
- 对于传统 BIOS 系统:
  - 它会读取所选引导设备的第一个扇区（512 字节），这个扇区被称为主引导记录 (MBR - Master Boot Record)。
  - BIOS 会检查这个扇区的最后两个字节是否为0x55AA（所谓的“魔数”或“引导签名”）。
  - 如果签名正确，BIOS 就认为这个设备是可引导的，并将这 512 字节的 MBR 内容复制到内存中的一个固定地址 0x7C00。
  - 然后，BIOS 跳转到 0x7C00 这个地址，将控制权交给 MBR 中的引导加载程序代码。BIOS 的主要引导任务到此结束。
    - 对于现代 UEFI 系统:
  - UEFI 不会去读取 MBR（除非开启了兼容模式 CSM）。它会查找磁盘上一个特殊类型的分区，称为 EFI 系统分区 (ESP - EFI System Partition)，这个分区通常使用 FAT32 文件系统格式化。
  - UEFI 会在 ESP 分区中按照预定义的路径（如 \EFI\BOOT\BOOTX64.EFI 作为默认/可移动介质路径）或根据存储在 NVRAM（非易失性 RAM）中的引导变量指定的路径，查找.efi 格式的可执行引导程序文件。
  - 找到合适的 .efi 文件后，UEFI 会将其加载到内存（地址由 UEFI 决定，不再是固定的 0x7C00）。
  - 然后，UEFI 执行这个 .efi 文件，将控制权交给这个 UEFI 引导程序（如 Windows Boot Manager, GRUB2, systemd-boot 等）。UEFI 本身还会提供一系列运行时服务供引导程序和操作系统使用。
  - 控制权移交:
- 一旦固件（BIOS 或 UEFI）将控制权交给从存储设备加载到内存中的引导程序（MBR 代码或 .efi 文件），固件的主要启动任务就完成了。接下来的工作——加载操作系统的内核、驱动程序和启动系统服务——就由这个引导程序负责了。

总结来说，固件的启动运行过程是：加电 -> CPU 跳转到固件存储芯片的预设地址 -> 执行固件代码进行硬件自检和初始化 (POST) -> 根据引导顺序查找可引导设备 -> 加载该设备的引导程序（MBR 或 EFI 文件）到内存 -> 跳转执行该引导程序，并将控制权移交出去。v