Le démarrage d'un ordinateur (en anglais, boot, initial program load ou IPL) est la procédure de démarrage d’un ordinateur et comporte notamment le chargement du programme initial (l’amorçage ou bootstrap en anglais).

On distingue :

• le « démarrage à froid » (cold boot), obtenu en allumant la machine, ou en l’éteignant puis en la rallumant ;
• du « démarrage à chaud » (warm boot), « réamorçage » ou « redémarrage » (reboot), obtenu en rechargeant le programme initial ; il ne s’agit pas d’un redémarrage au sens strict (coupure puis remise de l’alimentation électrique) ; l’option est présente au niveau de certains systèmes d’exploitation, notamment Windows et macOS.

Termes utilisés

Le Baron de Münchhausen se sort lui-même d'un marais en tirant sur sa propre queue de cheval.

Le terme « amorçage » est dérivé du verbe amorcer ; le terme « boot » est une apocope du mot anglais « bootstrap », nom qui désigne la languette des chaussures pour pouvoir les enfiler plus facilement (voir la section Historique).

L’origine du mot « boot » viendrait de la plaisanterie suivante : la gageure posée par le programme boot est de faire démarrer un ordinateur et lui faire charger un programme alors que, a priori, il ne possède encore aucun programme dans sa mémoire.

Ce terme vient de l’expression, « to pull oneself up by one’s bootstrap », qui trouve son origine dans le livre de Erich Raspe publié en 1785 : Les aventures du Baron de Münchhausen. Au cours de l’une de ses innombrables aventures, le Baron se sauve par ses propres moyens de la noyade à laquelle il était promis en s’agrippant à ses lacets, se halant ainsi progressivement vers le bord^[1].

Principe

L’ordinateur exploite un programme réduit, le chargeur d'amorçage, permettant d’extraire un programme accessible via un périphérique de stockage permanent ou amovible. Ce dernier est typiquement le noyau du système d’exploitation, qui s’installera en RAM (la mémoire vive) et appellera lui-même des programmes applicatifs.

Sur PC, le BIOS se chargeait de 1981 à 2010 environ, de lire le master boot record (ou MBR), d’une taille de 512 octets, à partir d'un espace de stockage (un disque dur, une disquette, un CD-ROM, une clé USB…) et le place en RAM à l'adresse 0x7C00 puis passe la main à ce code machine pour la suite.

Les réservations d'espace prévues pour stocker les tailles se révélant insuffisantes pour gérer des disques de plus de 2 téraoctets, on en profita pour introduire un successeur du BIOS nommé l'UEFI, présentant par ailleurs les avantages d'une interface plus ou moins graphique et, pour Microsoft, de rendre plus contraignante l'installation d'un autre système que Windows.

Les machines totalement autonomes (calculatrices programmables, petits ordinateurs portatifs sans disques durs, PDA, machines de contrôle industriel…), disposent en général de programmes applicatifs écrits en permanence en ROM ou en mémoire flash. Dans ce cas, le boot peut consister à lancer directement l’initialisation du système d’exploitation.

Historique

Les tout premiers ordinateurs ne possédant pas de ROM, les chargeurs d'amorçage étaient entrés de la façon suivante : le processeur était mis en état d’attente. Un opérateur positionnait un certain nombre de clés (interrupteurs) pour écrire en binaire le contenu de la première instruction. Puis, il déclenchait une opération électrique provoquant l’écriture dans la première case mémoire (en RAM). Ensuite, il repositionnait les clés pour l’écriture de la deuxième instruction, et ainsi de suite. Une fois le programme codé, le processeur était « lâché » et exécutait le code ainsi écrit qui lui permettait d’accéder aux périphériques, etc.

Sur des machines des années 1960 comme l'IBM 1130, le boot était un programme binaire contenu sur une carte perforée dite « Cold Start ». Ces cartes comportant 80 colonnes de 12 perforations chacune, le programme (chargé par un bouton spécial au pupitre) devait donc tenir en 120 octets (80 × 12 bits, 120 octets). Son rôle était de lire un secteur disque ou même simplement les cartes suivantes.

Les micro-ordinateurs comme le T1600 de Télémécanique Électrique dans les années 1970-1975 avaient un bootstrap sur ruban perforé lu sur une télétype ASR33. Ceux de Data General dans les années 1975-1980 disposaient d'une petite ROM déclenchant la lecture d'une zone réservée du disque. Le boot s'effectuait par simple appui d'un bouton sur le pupitre sans usage de quelque lecteur que ce soit.

En 1975, sur un ordinateur pour contrôle d'un commutateur téléphonique italien (« Gruppi speciali »), SIP (Telecom Italia) mit en œuvre l'un des premiers « bootstraps » initiés par une ROM qui est constituée de semi-conducteurs et initié par un seul bouton^[2].

Sur les premiers micro-ordinateurs, qui n’avaient pas encore de disque dur, le boot demandait l’usage d’une disquette. Par la suite, des supports plus commodes devinrent utilisables, comme un CD, un DVD, une clé USB, ou encore un accès réseau, ce dernier permettant d'amorcer (booter) plusieurs machines simultanément grâce au multicast.

Sous le système MS-DOS, le redémarrage de l'ordinateur était provoqué par l'appui simultané des touches Ctrl-Alt-Del, qui avait été imposé à Bill Gates par le concepteur du clavier IBM^[3],[4].

Séquence de démarrage standard

Diagramme de séquence de boot d'un ordinateur.

Un démarrage standard de PC s’effectue normalement par les étapes suivantes.

Séquence de démarrage rapide (Fastboot)

L'inconvénient majeur de l'architecture PC x86 est le temps que prend le BIOS à s'exécuter. De plus, le temps d'exécution dépend majoritairement de la configuration matérielle.

La procédure de démarrage rapide « fastboot » a été créée pour que l'architecture x86 soit plus adaptée à des systèmes embarqués où la configuration matérielle est prédéfinie et figée (pc industriels, tablettes, netbook, etc.)^[8]

Sur ce type de systèmes, sont inutiles :

1. Le support d'une configuration matérielle variable ;
2. La recherche de périphérique et l'assignation d'interruptions ;
3. La détection des fonctionnalités des processeurs et de la quantité de RAM.

Le développeur peut également accélérer le processus d'amorçage :

1. en démarrant depuis un périphérique de stockage linéaire (EEPROM ou mémoire flash) ;
2. en déférer l'allocation de ressources.

Fastboot peut s'appuyer sur des « mini-pilotes » qui permettent de communiquer avec des périphériques avant que le système soit totalement initialisé. Ainsi, il est possible d'initialiser un périphérique en un temps restreint.

Notes et références

Voir aussi