Quel est le processus et séquence de démarrage d’un PC (POST, BIOS, OS)

Le démarrage du PC (également appelé boot) est l'ensemble initial d'opérations qu'un système informatique fonctionne lorsque l'alimentation électrique est allumée.
Plusieurs séquences et phases s'enchaînent dans le processus de démarrage du PC pour donner la main au système d'exploitation (Windows, Linux, ...).
Cela notamment grâce à Un chargeur de démarrage (boot loader) est un programme informatique qui charge le système d'exploitation principal ou l'environnement d'exécution de l'ordinateur après l'achèvement des auto-tests.

Dans ce tutoriel, je vous explique comment un PC démarre et quelle est la séquence de démarrage d'un PC.

Quel est le processus et séquence de démarrage d'un PC (POST, BIOS, OS)

Quel est le processus et séquence de démarrage d'un PC (BIOS, POST, OS)

Mise sous tension du PC

La première étape consiste à mettre sous tension le PC en appuyant sur le bouton d'alimentation.
Puis le processus de démarrage du PC s'exécutent et cela se termine lorsque le système d'exploitation obtient le contrôle du processus de démarrage puis l'utilisateur est libre de travailler sur l'ordinateur.
Lorsque l'ordinateur est allumé, le processeur central (CPU) exécute un code de démarrage dans la ROM (Read-only Memory).

En général, ce code possède une seule instruction et routine, généralement appelée code de réinitialisation (reset code). Ce code ne fait généralement rien d'autre que transfère l'exécution vers un autre morceau de code appelé code d'initialisation du matériel (hardware initialization).
Cela a pour but de réveiller et mettre en route chaque composant matériel de la carte mère.

La ROM et le CPU sont situés sur la carte mère de l'ordinateur. La carte mère sert d'interface directe entre l'alimentation externe (généralement une prise murale ou batterie) et le matériel interne de l'ordinateur. Sans carte mère, la CPU ne recevrait pas l'électricité qu'il doit fonctionner correctement. En plus de la CPU, la carte mère sert d'hôte pour pratiquement tous les appareils et connexions nécessaires à l'ordinateur pour exécuter des tâches disponibles. Non seulement la carte mère fournit également l'alimentation du disque dur, des ventilateurs et des cartes graphiques à l'intérieur de l'ordinateur, mais il permet également aux données de circuler librement entre eux, selon les besoins lors de l'exécution d'une application spécifique.

Lorsque la carte mère, RAM ou CPU rencontre un problème matériel, on peut avoir un écran noir au démarrage du PC ou simplement le PC ne se met pas sous tension.

Phase de POST (Power-On Self Test)

L'étape suivante du processus de démarrage est appelée POST (Power-On Self Test) ou test de mise sous tension.
Il est conçu pour garantir que tout le matériel interne de l'ordinateur est entièrement opérationnel et capable de poursuivre la séquence de démarrage.
Ce test vérifie tous les matériels connectés, y compris la mémoire RAM et les périphériques de stockage secondaires pour être sûr que tout fonctionne correctement.

Durant la phase de POST, chaque périphérique inclus dans la liste de démarrage charge son propre BIOS unique. Au cours de ce processus, le matériel étant démarré communique directement avec la carte mère et fournit toutes les informations nécessaires pour que cela puisse recevoir et transmettre des messages à un autre matériel connecté et à la carte mère elle-même.

Dans le cas où le POST découvre un problème avec votre matériel, il alerte souvent l'utilisateur à l'aide de l'un des numéros de plusieurs codes sous forme de bip ou d'affichage. Le type d'erreur émis dépend en grande partie du problème qui se produit. Par exemple, si la carte vidéo est incapable de démarrer correctement, il est impossible d'afficher un avertissement à l'écran. Dans une situation telle que celle-ci, l'ordinateur peut émettre une séquence audible de bips.

C'est dans cette phase du démarrage que l'on peut rencontrer des erreurs :

Smart hard disk error
BIOS ROM checksum error
System CMOS checksum bad
CMOS Checksum Missmatch
Des beep au démarrage du PC indiquant un matériel défectueux

Trouver un périphérique de démarrage

Une fois le matériel du PC initialisé et vérifié, le PC peut charger le système d'exploitation.
Pour cela, le processus de démarrage recherche la liste des périphériques de démarrage dans les réglages du BIOS.
Pour cela, le BIOS joue les périphériques dans un ordre de démarrage (Boot Priority) définis par l'utilisateur.

Disk I/O error
Reboot and select proprer Boot Device or insert Boot Media in Selected Boot Device
No bootable device, hit any key
non-system disk

Disk I/O error - replace the disk. Reboot and select proprer Boot Device or insert Boot Media in Selected Boot Device

Charger le système d'exploitation

Une fois la fonctionnalité matérielle confirmée et que le système d'entrée/sortie est chargé, le processus de démarrage commence à charger le système d'exploitation à partir du périphérique de démarrage.
C'est le chargeur de démarrage (BootLoader) de l'OS qui se charge de cela.
Sur Windows, il s'agit de Windows Boot Loader, sur Linux, c'est Grub.

La recherche du périphérique de démarrage diffère sur les PC en BIOS hérité, d'un PC en BIOS UEFI :

en BIOS hérité, le BIOS charge le Master boot Record (MBR) de la partition active
Sur un PC UEFI, le BIOS charge le firmware UEFI de la partition EFI /ESP

C'est lors de cette phase que l'on peut rencontrer des problèmes et erreurs de démarrage de Windows.
Par exemple :

Des erreurs BCD lorsque la configuration du démarrage de Windows est corrompue ou erronée
Windows qui boucle sur la réparation automatique lorsque le système est corrompu
Résoudre l’erreur INACCESSIBLE_BOOT_DEVICE au démarrage de Windows 10
BSOD UNMOUNTABLE BOOT VOLUME au démarrage de Windows 10

Le tutoriel suivant évoque ces plantages lors du démarrage de Windows : Problèmes de démarrage de Windows.

Puis, le bootloader charge le noyau du système d'exploitation dans la RAM et toutes les instructions spécifiques au système d'exploitation particulier sont exécutées.

Le transfert de contrôle

Une fois que les étapes précédentes sont terminées et que le système d'exploitation est chargé en toute sécurité en RAM, le processus de démarrage renonce à la commande du système d'exploitation.
Le système d'exploitation procède ensuite à l'exécution de toutes les routines de démarrage préconfigurées pour définir la configuration utilisateur ou l'exécution des applications.
À la fin du transfert de contrôle, l'ordinateur est prêt à être utilisé.

En général, cela se traduit par un écran de démarrage de l'OS ou du texte qui défile pendant que les services et les processus de démarrage se chargent et s'initialisent.
Puis cela se terminé par l'interface utilisateur avec un écran d'identification où l'utilisateur s'authentifie pour ouvrir une session utilisateur.
C'est à ce moment là que le transfert de contrôle a lieu.