CN1302016A - 快速启动装置和方法 - Google Patents

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Abstract

一种计算机系统包括启动映象存储设备,该启动映象存储设备可以由硬盘驱动器,存储器,和压缩光盘驱动器构成。当切断计算机系统的电源时,将主存储器的初始状态转换成启动映象,并把启动映象存储到启动映象存储设备。当给计算机系统通电时,每当启动系统时,从启动映象存储设备读出启动映象,而不装入和引用硬件组件的对应驱动程序。当切断计算机系统的主电源时,可以从辅助电源给主存储器供电。

Description

快速启动装置和方法
本申请依赖于1999年12月2日申请的第99-54462号韩国专利申请的优先权，该申请的全部内容结合于此作为参考。
本发明涉及一种计算机系统，更具体地讲，涉及一种可以快速启动的计算机系统。
计算机系统一般包括许多复杂的硬件组件，例如，中央处理单元(CPU)、主存储器、基本输入输出系统只读存储器(BIOS ROM)、硬盘驱动器(HDD)、软盘驱动器(FDD)、输入设备、显示器等等。
计算机系统一般通过操作系统(OS)程序控制和协调。操作系统，例如，微软公司的Windows95,Windows98，和WindowsNT，提供整个计算机系统的资源管理，包括进程执行和调度，存储器管理，文件系统服务，网络和I/O服务，以及用户界面显示之类的任务。编辑程序和电子表格程序之类的用户应用程序直接或间接地依赖操作系统的这些和其它能力。
迫使计算机系统进入一种可执行计算机应用程序的已知可用状态的过程一般称为“启动”。但是，广义的“启动”一词可以进一步区分成“首次启动”、“冷启动”和“热启动”。每种类型取决于执行启动操作时系统的状态。
第一次给计算机系统通电时执行“首次启动”。在这时，计算机系统具有一种“最小”已知状态。例如，安装在计算机系统中的软件在首次启动前一般不包括一个完整操作系统的拷贝。
如果系统已经装入了操作系统，那么在接通电源时执行“冷启动”。冷启动需要比首次启动更少的操作，因为计算机系统在启动操作之前具有更多的已知状态。除了其它事件，计算机系统已经具有了安装在诸如非易失性盘之类的它的相关本地介质中的操作系统的拷贝。
如果已经装入了操作系统并且已经接通电源，那么用户可以进行“热启动”，迫使系统进入一种特定开始状态。这一般是通过预定的击键序列引起的。热启动比冷启动需要更少的步骤。
惯用的计算机系统提供了各种硬件和软件结构使计算机系统启动到一种有用状态。下面以首次启动的前后关系说明这些结构。然后，区分首次启动以及冷启动和热启动。
当给计算机系统施加电能时，一般称为“初始化硬件”的计算机系统的一部分电子检测“通电”状态，并且响应这一检测，使系统的特定电路进入一种已知状态。例如，CPU一般包括指令指针(IP)，指令指针保存着CPU从中取出CPU要执行的指令的内存地址。初始化硬件一般电子地迫使IP指向一个起始地址，从而CPU可以从这个起始地址开始取出和执行指令。ROM预先记录有以下称为“ROM基本码(ROM-based code)”的计算机指令。结果，在通电后不久，CPU开始执行ROM基本码。
ROM基本码试图与所谓的“启动设备”建立通信。启动设备保存着启动系统所必需的信息。在建立与启动设备通信的尝试中，ROM基本码根据所谓的“启动顺序(boot order)”操作。启动顺序指定可能的启动设备，例如，磁盘和本地介质。当前，一般把固定盘用作本地介质。但是，如以后将进一步说明的，本地介质可以利用其它现有的或未来的技术。启动顺序中列出的第一设备一般是磁盘。因此，ROM基本码试图与磁盘通信，以确定它是否是启动设备。更具体地讲，ROM基本码试图从磁盘的一个特定扇区检索所谓的“主引导记录”。如果通信尝试成功，那么ROM基本码使用该设备作为启动设备。如果不成功，那么ROM基本码继续尝试与下一启动顺序的设备，例如，本地介质，通信。
在“首次启动”的情况下，启动设备一般是插入到系统中的磁盘。更具体地讲，通常需要多个磁盘来存储启动系统所需的所有信息，每个磁盘按顺序在适当的点插入。多个磁盘形成了启动设备。
假设在系统中插入了正确的第一磁盘，ROM基本码从第一磁盘的0扇区检索出主引导记录。主引导记录除了其它信息外一般包括有关特定启动介质的信息，例如该磁盘的分区信息，并且包括到所谓操作系统装入程序(“OS装入程序”)的指针和偏移量。然后，ROM基本码把OS装入程序从第一磁盘复制到RAM，复制从主引导记录指示的地址开始并且继续到主引导记录提供的偏移量指示的长度。在把OS装入程序复制到RAM中后，ROM基本码跳转到OS装入程序。
OS装入程序比ROM基本码更复杂，并且执行特定的预备功能，例如评价存储器的容量。在执行了预备功能之后，OS装入程序把操作系统中称为“核心程序”的部分复制到RAM中。
核心程序提供操作系统的某些核心功能，例如，内存管理。在把核心程序复制到RAM中之后，OS装入程序跳转到核心程序的称为“SYSTEM.INI”的部分。
SYSTEM.INI执行其它常规预备功能，例如执行系统诊断，以保证系统正在正常操作。这些预备功能指示是否值得继续进行启动。例如，如果一个关键硬件检测失败，那么不可能成功地启动，因而不值得继续启动过程。
在执行了预备功能之后，SYSTEM.INI从磁盘读出一个被称为CONFIG.SYS的ASCⅡ文件。除了其它语句外，CONFIG.SYS还包括说明哪些设备可能连接到系统的ASCⅡ语句。CONFIG.SYS也包括在SYSTEM.INI完成之后应当执行的程序的名称。CONFIG.SYS的这个版本对于操作系统是通用；它不是为一个特定机器的特定需要而定制的。
在SYSTEM.INI读出CONFIG.SYS时，它根据ASCⅡ语句把设备驱动程序装入到RAM中。在装入了设备驱动程序后，SYSTEM.INI在初始化进入点调用该设备驱动程序，除了其它功能之外，这使得设备驱动程序检测相应的组件是否连接到计算机系统。这是必须进行的，因为CONFIG.SYS的通用版本可能包括一个特定系统中多个未连接设备的许多ASCⅡ语句。例如，CONFIG.SYS可能包括装入设备驱动程序，以便与计算机网络通信的指令。如果系统没有连接到计算机网络，那么该设备驱动程序初始化例程返回一个指示该设备驱动程序不能与网络通信的状态码。响应这个状态码，CONFIG.SYS从存储器卸载该设备驱动程序，因为它是不需要的。
CONFIG.SYS也包括指示某些文件存储位置的信息。SYSTEM.INI读出这些信息并且用于对核心程序使用的数据结构编程，以确定可执行文件，数据文件，和动态链接库等应当存取的位置。
如上所述，每当计算机执行启动操作时，操作系统装入和引用CONFIG.SYS和SYSTEM.INI文件中定义的设备驱动程序。因此，尽管计算机系统装备有高速CPU和外围设备，计算机系统的启动时间较长。
为了解决这个问题，1994年6月28日公布的Wm.CaldwellCrosswy等的第5,325,532号美国专利“Automatic Development OfOperating System Boot Image”；和1997年1月28日公布的Terence R.Spies的第5,598,563号美国专利“Method Of Loading Device DriversFrom ROM Without Requirement Of System To Have Any Hard-disks OrFloppy Drives And Without Using Config.sys File”中公开了各种配置计算机系统和/或设备驱动程序的方法。
因此，本发明的一个目的是要提供一种计算机系统，以减少启动时间。
本发明的另一个目的是要提供一种关断和启动计算机系统的方法以减少启动时间。
为了达到上述目的，根据本发明的一个方面，提供了一种计算机系统，包括：中央处理单元；主和/或辅助电源，用于提供计算机系统的主和/或辅助电源；启动映象存储设备，用于存储计算机系统的启动映象；主存储器，用于在切断主电源时通过利用辅助电源存储来自启动映象存储设备的启动映象；和组合存储器，用于把中央处理单元的指令指针设定成指向存储启动映象的主存储器的特定区；其中中央处理单元响应指令指针装入来自主存储器的特定区的启动映象，因而操作系统程序可以执行控制功能。
根据本发明的另一方面，提供了一种给计算机系统断电的方法，上述系统利用主和辅助电源并且包括：中央处理单元，主存储器，基本输入/输出系统存储器和启动映象存储设备，该方法包括步骤：确定计算机系统是否断电；当计算机系统断电时，根据主存储器的初始状态从启动映象存储设备读出启动映象；把读出的启动映象存储到主存储器；和把辅助电源提供给主存储器并且切断主电源。还提供了一种给计算机系统通电的方法，上述系统利用主和辅助电源并且包括：带有指令指针的中央处理单元，在主电源断开时通过利用辅助电源存储启动映象的主存储器，和设定指令指针的基本输入/输出系统存储器，该方法包括步骤：检查初始化步骤和计算机系统的硬件组件的故障；把中央处理单元的指令指针设定成指向主存储器的启动映象存储区；和通过从主存储器的启动映象存储区读出启动映象执行操作系统程序。
通过结合附图参考以下的详细说明可以对本发明的完整评价及其优点有更清楚的了解，在附图中相同的标号表示相同或类似的组件，其中：
图1是说明根据本发明的第一实施例的计算机系统的结构的方框图；
图2是说明产生图1中所示计算机系统的启动映象的方法的流程图；
图3是说明启动图1所示计算机系统的方法的流程图；
图4是说明根据本发明的第二实施例的计算机系统的结构的方框图；
图5是说明启动图4所示计算机系统的方法的流程图；
图6是说明根据本发明的第三实施例的计算机系统的结构的方框图；
图7是说明给图6所示计算机系统断电的方法的流程图；和
图8是说明图6所示计算机系统的启动方法的流程图。
图1是描述根据本发明的第一实施例的计算机系统100的结构的方框图。参考图1，计算机系统100包括启动映象存储器108。此外，计算机系统100包括：带有用于控制程序的指令指针(IP)的中央处理单元(CPU)102；用于在CPU102控制下读出和写入数据的主存储器104；和包含用于在主存储器104以及计算机系统100的硬件和软件间进行判优的输入/输出程序的BIOS ROM106。
计算机系统100是一个IBM兼容计算机系统，包括：多个控制器(例如，输入/输出(I/O)控制器110，硬盘驱动器(HDD)控制器112，和软盘驱动器(FDD)控制器114)；包括键盘118和鼠标器120的输入设备；和包括硬盘驱动器(HDD)122，CD-ROM驱动器124，软盘驱动器(FDD)126等的辅助存储设备。此外，计算机系统100还包括视频控制器116和显示器128。这些硬件组件通过一个用于使各组件相互连接的总线连接。
启动映象存储器108可以由一种诸如闪速存储器之类的非易失性存储器构成，用于存储压缩的启动映象数据。可以通过把主存储器104的初始存储状态压缩为一种数据格式获得启动映象数据。初始存储状态能够在操作系统程序环境下执行某些应用程序。以下把主存储器104的状态称为主存储器的初始状态。
BIOS ROM106根据计算机系统100的初始化步骤控制通电自检(POST)例程，中断处理，和系统环境设定。特别是，BIOS ROM106设定指令指针(IP)。
BIOS ROM106和启动映象存储器108可以通过制造商或使用者设定和存储主存储器的初始状态。因此，当把启动映象装入到主存储器104时，CPU102通过从启动映象存储器108读出压缩的启动映象并在解压缩后装入启动映象而减少设备驱动程序装入时间。
图2是说明产生图1所示计算机系统100的启动映象的方法的流程图。控制流是在CPU102的控制下进行的。
参考图2，在步骤S140，给计算机系统100通电，然后控制流前进到步骤S142，在该步骤中，启动计算机系统100。也就是说，在步骤S142，如果通过POST例程检测到成功的启动，CPU102执行操作系统。因此，可以在操作系统环境中执行某些应用程序。
接下来，在步骤S144，确定是否要重新启动计算机系统100以产生启动映象。如果重新启动计算机系统100，那么控制流前进到步骤S146，在步骤S146中，产生对应于主存储器104的一个特定状态(例如，主存储器104的初始状态)的启动映象。在步骤S148，在压缩后把产生的启动映象存储到启动映象存储器108，然后计算机系统重新启动。如果不重新启动计算机系统100，控制流前进到步骤S150，在步骤S150，在操作系统环境下执行应用程序。
图3是说明启动图1所示计算机系统100的方法的流程图。控制流是存储在BIOS ROM106中的程序。CPU102根据BIOS ROM106的处理步骤执行该程序。
参考图3，在步骤S160给计算机系统100通电，并且在步骤S162执行POST例程。接下来，在步骤S164，读出压缩的启动映象。在步骤S166，把压缩的启动映象在解压缩后装入到主存储器104。在步骤S168，把CPU102的指令指针(IP)设定成指向装入了启动映象的主存储器104的特定区。然后，在步骤S170，通过从特定区读出启动映象执行操作系统。因此，应用程序被设定在操作系统环境中开始的状态。
图4是说明根据本发明的第二实施例的计算机系统200的结构的方框图。参考图4，计算机系统200包括CD-ROM214作为一个新的启动映象存储设备。此外，计算机系统200还包括CPU202，主存储器206，BIOS ROM210，和通用硬件组件(未示出)。
CD-ROM214把压缩的启动映象216存储在一个特定区中。BIOSROM210进行控制，从而可以把CPU202的指令指针204设定成指向主存储器206的一个特定区208，并且存储用于装入主存储器206的启动映象的特定区208的位置信息。
CPU202在BIOS的控制下把启动映象216从CD-ROM214装入到主存储器206。在这种情况下，CPU202解压缩来自CD-ROM214的压缩启动映象，并把它装入到主存储器206的一个特定区208。然后，CPU202从BIOS ROM210读出启动映象的位置信息212，并且从主存储器206的特定区208读出启动映象。结果，通过把CPU202的指令指针204设定成指向主存储器206的特定区208，操作系统可以执行控制功能。
如上所述，计算机系统200通过利用CD-ROM把启动映象装入到主存储器。计算机系统200可以给使用者提供一种如同简易计算机之类的设备。
图5是说明启动图4所示计算机系统200的方法的流程图。控制流是一个存储在BIOS ROM210中的程序，并且由CPU202根据BIOS的处理步骤执行。
参考图5，在步骤S220，给计算机系统200通电。然后，在步骤S222执行POST例程。接下来，在步骤S224，从CD-ROM214装入压缩的启动映象216，并且在步骤S226把启动映象解压缩后装入到主存储器206。在步骤S228，将CPU202的指令指针204设定成指向装入了启动映象的主存储器206的特定区208。在步骤S230，通过从主存储器206的特定区208读出启动映象执行操作系统。结果，操作系统可以执行控制功能。
图6是说明根据本发明的第三实施例的计算机系统300的结构的方框图。参考图6，计算机系统300包括：主电源330；辅助电源340(例如，电池或主电源的备用电能供给单元)；带有IP的CPU302；主存储器304，它在主电源330的主电能Vcc被切断时利用来自辅助电源340的辅助电能(例如，电池电压Vbat或备用电压Vsuspend)；和设定IP的BIOS ROM306。此外，计算机系统300还包括：硬盘控制器308；和存储操作系统程序322和启动映象324的硬盘驱动器(HDD)320。另外，计算机系统300包括：诸如键盘，鼠标器之类的输入/输出(I/O)设备；和显示器312。上述硬件组件通过总线相互电耦合。
BIOS ROM306把CPU302的IP设定成指向主存储器304的特定区，并且存储特定区的位置信息，以装入存储器304的启动映象。
在BIOS的控制下，CPU302从硬盘驱动器320读出启动映象324，并把它装入到主存储器304。也就是说，CPU302解压缩来自硬盘驱动器320的特定区的压缩启动映象，并把它装入到主存储器304的特定区。CPU302从BIOS ROM306读出启动映象的位置信息，然后根据位置信息从主存储器304的特定区读出启动映象。因此，操作系统可以通过把CPU302的IP设定成指向主存储器304的特定区执行控制功能。
以下参考图7和8说明计算机系统300的操作。图7是说明给图6所示计算机系统300断电的方法的流程图，图8是说明图6所示计算机系统300的启动方法的流程图。
参考图7，控制流程用于产生启动映象。在步骤S350，确定计算机系统300是否断电。如果计算机系统300被断电，那么控制流前进到步骤S352，在步骤S352从硬盘驱动器320读出根据计算机系统300的特定状态的启动映象。
接下来，在步骤S354，把读出的启动映象324装入到主存储器304。在步骤S356，把辅助电源(例如，Vbat或Vsuspend)提供到主存储器304，并断开主电源Vcc。
以下参考图8，当提供主电源Vcc时，在步骤S360给计算机系统300通电，并且在步骤S362执行POST例程。接下来，在步骤S364，将CPU302的IP设定成指向主存储器304的特定区。在步骤S366，通过从该特定区读出启动映象执行操作系统。因此，操作系统可以执行控制功能。
如上所述，当切断计算机系统的电源时，把存储在主存储器中的主存储器的初始状态转换成启动映象，并且把转换的启动映象存储到启动映象存储设备中。因而，当给计算机系统通电时，从启动映象存储设备读出启动映象。因此，通过在计算机系统的启动中用启动映象取代装入相应的设备驱动程序，可以减少计算机系统的启动时间。此外，当计算机系统的主电源断开时，把辅助电源提供给主存储器。因此，可以更迅速地执行启动操作。
尽管本发明的通过示范实施例说明的，但是可以在附属权利要求的精神和范围内通过各种修改实践上述实施例。

Claims (7)

1．一种计算机系统，包括：
中央处理单元；
主和/或辅助电源，用于提供计算机系统主和/或辅助电源；
启动映象存储设备，用于存储计算机系统的启动映象；
主存储器，用于在主电源被切断时通过利用辅助电源存储来自启动映象存储设备的启动映象；和
组合存储器，用于把中央处理单元的指令指针设定成指向存储启动映象的主存储器的特定区；
其中，中央处理单元响应指令指针，装入来自主存储器特定区的启动映象，因而操作系统程序能够执行控制功能。
2．根据权利要求1所述的计算机系统，其中辅助电源是由电池和主电源的备用电压提供单元中任选一个构成的。
3．根据权利要求1所述的计算机系统，其中启动映象存储设备是硬盘驱动器。
4．根据权利要求1所述的计算机系统，其中启动映象存储设备是非易失性存储器。
5．根据权利要求1所述的计算机系统，其中启动映象存储设备是压缩光盘驱动器。
6．一种给计算机系统断电的方法，该系统利用主和辅助电源并且包括：中央处理单元，主存储器，基本输入/输出系统存储器和启动映象存储设备，该方法包括步骤：
确定计算机系统是否断电；
当计算机系统断电时，根据主存储器的初始状态从启动映象存储设备读出启动映象；
把读出的启动映象存储到主存储器；和
将辅助电源提供到主存储器，并切断主电源。
7．一种给计算机系统通电的方法，该系统利用主和辅助电源并且包括：带有指令指针的中央处理单元，在主电源切断时通过利用辅助电源存储启动映象的主存储器，和设定指令指针的基本输入/输出系统存储器，该方法包括步骤：
检查初始化步骤和计算机系统的硬件组件的故障；
把中央处理单元的指令指针设定成指向主存储器的启动映象存储区；和
通过从主存储器的启动映象存储区读出启动映象执行操作系统程序。
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