Lorsque l'on appuie sur le bouton d'alimentation d'un ordinateur, le système d'exploitation n'est pas encore en fonctionnement. Avant de pouvoir lancer Windows, Linux ou un autre système, l'ordinateur doit d'abord alimenter ses composants, initialiser le matériel, vérifier son fonctionnement et trouver le programme permettant de démarrer le système.

Le démarrage, aussi appelé boot ou amorçage, est donc une succession d'étapes qui se déroulent dans un ordre précis.

1. L'alimentation électrique

Tout commence lorsque l'ordinateur reçoit de l'énergie électrique. Dans un ordinateur fixe, le bloc d'alimentation transforme le courant provenant de la prise secteur en différentes tensions adaptées aux circuits électroniques. Dans un ordinateur portable, cette énergie provient de la batterie ou du chargeur.

Lorsque les conditions nécessaires sont réunies, la carte mère reçoit les signaux qui lui permettent de mettre en fonctionnement les différents circuits de l'ordinateur.

2. L'appui sur le bouton d'alimentation

Lorsque l'utilisateur appuie sur le bouton d'alimentation, celui-ci ne fournit pas directement toute l'énergie nécessaire aux composants. Il envoie principalement une commande au circuit de gestion de l'alimentation de la carte mère.

Ce circuit permet de déclencher la mise sous tension des différents composants selon une séquence contrôlée. Les tensions électriques deviennent alors disponibles pour le processeur, la mémoire, les circuits de la carte mère, les périphériques de stockage et les autres composants nécessaires au démarrage.

3. La mise en fonctionnement du processeur

Une fois alimenté, le processeur ne commence pas immédiatement à lancer Windows ou un autre système d'exploitation. Il doit d'abord être initialisé par le matériel et recevoir les informations nécessaires pour savoir où commencer son exécution.

Le processeur possède un état initial défini par son architecture. Il commence alors à exécuter les instructions situées à une adresse prédéfinie correspondant au programme de démarrage de la machine.

Sur un ordinateur moderne, ces premières instructions permettent d'accéder au programme de démarrage stocké dans une mémoire non volatile de la carte mère.

4. Le BIOS ou l'UEFI prend le contrôle

Le premier grand programme exécuté lors du démarrage est le firmware de la carte mère. Sur les ordinateurs anciens, il s'agit généralement du BIOS (Basic Input/Output System). Les ordinateurs modernes utilisent principalement l'UEFI (Unified Extensible Firmware Interface).

Le firmware est enregistré dans une mémoire non volatile de la carte mère. Il reste donc présent même lorsque l'ordinateur est éteint.

Son rôle est de préparer la machine avant que le système d'exploitation ne soit chargé. Il initialise notamment les composants essentiels et détermine comment poursuivre le démarrage.

5. L'initialisation du matériel

Le firmware commence par initialiser différents éléments indispensables au fonctionnement de l'ordinateur. Il configure notamment le processeur, la mémoire vive, les contrôleurs de la carte mère et les interfaces nécessaires pour accéder aux périphériques.

La mémoire vive doit notamment être initialisée avant que le système puisse l'utiliser normalement. Le firmware configure également les paramètres nécessaires aux différents composants afin qu'ils puissent communiquer correctement.

Cette étape est indispensable : le système d'exploitation ne peut pas simplement être chargé dans une mémoire qui n'a pas encore été correctement préparée.

6. Le POST : vérifier le matériel

Pendant cette phase, le firmware effectue également une série de vérifications appelée POST (Power-On Self-Test), c'est-à-dire « test automatique à la mise sous tension ».

Le POST vérifie notamment que les composants indispensables au démarrage sont présents et qu'ils peuvent être initialisés correctement. La mémoire vive, le processeur et certains contrôleurs essentiels font notamment partie des éléments vérifiés.

Si un problème important est détecté, l'ordinateur peut interrompre le démarrage. Selon la carte mère, l'erreur peut être signalée par un message à l'écran, un code lumineux, un code sonore ou un code de diagnostic.

7. L'initialisation des périphériques

Une fois les composants essentiels initialisés, le firmware peut détecter et configurer les différents périphériques nécessaires au démarrage.

Il peut notamment identifier les supports de stockage, les contrôleurs USB, les interfaces réseau, les cartes graphiques et différents autres composants.

L'UEFI dispose de ses propres pilotes et services permettant d'utiliser certains matériels avant même que le système d'exploitation ne soit chargé.

8. La recherche du périphérique de démarrage

L'ordinateur doit ensuite déterminer sur quel support se trouve le système à démarrer.

Le firmware possède une liste de périphériques de démarrage définissant généralement un ordre de recherche. Il peut par exemple rechercher un système sur un SSD interne, puis sur un autre disque ou sur un périphérique externe selon la configuration choisie.

Le firmware examine les périphériques disponibles afin de trouver un support contenant les informations nécessaires à l'amorçage.

9. Le rôle du disque de stockage

Le système d'exploitation est généralement installé sur un support de stockage, comme un SSD ou un disque dur. Cependant, le firmware ne charge pas immédiatement l'intégralité du système d'exploitation.

Il commence par rechercher les informations de démarrage permettant de trouver le programme qui prendra ensuite le relais.

10. Le chargeur d'amorçage

Dans un démarrage moderne utilisant l'UEFI, le firmware recherche généralement un fichier exécutable de démarrage dans une partition spéciale appelée partition système EFI (EFI System Partition ou ESP).

Ce fichier appartient au chargeur d'amorçage, ou bootloader. Son rôle est de poursuivre le démarrage en chargeant les éléments nécessaires au lancement du système d'exploitation.

Le chargeur d'amorçage peut également proposer plusieurs systèmes ou plusieurs configurations lorsque plusieurs possibilités de démarrage sont installées sur l'ordinateur.

11. Le chargement du système d'exploitation

Le chargeur d'amorçage transmet ensuite le contrôle au système d'exploitation. Il charge notamment en mémoire les premières parties nécessaires à son fonctionnement.

Le noyau du système d'exploitation, appelé kernel, est alors chargé dans la RAM et commence son exécution.

À partir de ce moment, le rôle principal passe progressivement du firmware et du chargeur d'amorçage au système d'exploitation.

12. Le noyau initialise le système

Le noyau est la partie centrale du système d'exploitation. Il prend en charge les ressources matérielles de l'ordinateur et permet aux programmes de communiquer avec elles.

Il initialise notamment la mémoire, les processeurs, les systèmes de fichiers, les contrôleurs et les différents périphériques nécessaires au fonctionnement du système.

Le noyau charge également les pilotes nécessaires aux différents composants. Contrairement au firmware, qui devait seulement disposer des fonctions nécessaires au démarrage, le système d'exploitation doit pouvoir exploiter beaucoup plus largement le matériel de l'ordinateur.

13. Le chargement des services du système

Une fois le noyau opérationnel, le système d'exploitation lance différents services système.

Ces services permettent notamment de gérer les connexions réseau, le son, les périphériques, la sécurité, les systèmes de fichiers, les mises à jour et différentes fonctions nécessaires au fonctionnement normal de l'ordinateur.

Le système prépare également les composants logiciels nécessaires à l'utilisation de l'interface graphique lorsque celle-ci est disponible.

14. L'ouverture de la session

Lorsque les éléments indispensables sont prêts, le système d'exploitation affiche l'écran de connexion, ou ouvre directement une session si aucune authentification n'est demandée.

Après identification de l'utilisateur, le système charge son environnement personnel : paramètres, fichiers de configuration, programmes configurés pour démarrer automatiquement et différents éléments de l'interface.

15. L'ordinateur devient utilisable

Le bureau ou l'interface principale apparaît finalement à l'écran. Les périphériques sont opérationnels, les pilotes nécessaires sont chargés et les services du système fonctionnent.

L'utilisateur peut alors lancer ses logiciels, ouvrir ses fichiers, naviguer sur Internet ou effectuer toute autre tâche.

Du bouton d'alimentation au bureau

La chronologie générale du démarrage peut donc être représentée ainsi :

• 1. L'ordinateur reçoit l'alimentation électrique.

• 2. L'utilisateur appuie sur le bouton d'alimentation.

• 3. Les circuits de gestion de l'alimentation mettent les composants sous tension.

• 4. Le processeur commence son exécution.

• 5. Le BIOS ou l'UEFI prend le contrôle.

• 6. Le firmware initialise le matériel.

• 7. Le POST vérifie les composants essentiels.

• 8. Le firmware détecte les périphériques nécessaires.

• 9. Il recherche un périphérique de démarrage.

• 10. Il trouve et lance le chargeur d'amorçage.

• 11. Le chargeur charge le noyau du système d'exploitation.

• 12. Le noyau prend le contrôle de la machine.

• 13. Le système initialise les pilotes et les services.

• 14. L'écran de connexion est chargé.

• 15. La session utilisateur est ouverte et l'ordinateur devient utilisable.

Le démarrage n'est pas instantané

Toutes ces opérations se déroulent très rapidement. Sur un ordinateur moderne équipé d'un SSD, une grande partie du processus peut être réalisée en quelques secondes.

La durée totale dépend cependant de nombreux facteurs : vitesse du matériel, quantité de mémoire à initialiser, périphériques connectés, configuration du firmware, vitesse du support de stockage, nombre de services à lancer et logiciels configurés pour démarrer automatiquement.

Un ordinateur peut donc afficher son logo très rapidement tout en continuant à effectuer de nombreuses opérations en arrière-plan avant que le bureau soit complètement prêt.

Que se passe-t-il en cas d'échec ?

Si l'ordinateur rencontre un problème avant le lancement du système d'exploitation, le comportement dépend de l'étape à laquelle l'erreur se produit.

Une panne d'alimentation, de processeur ou de mémoire peut empêcher le firmware de terminer son initialisation. Un problème de périphérique de démarrage peut empêcher de trouver le chargeur d'amorçage. Un problème concernant le chargeur ou le système d'exploitation peut quant à lui empêcher le noyau de démarrer correctement.

La distinction entre ces différentes étapes permet donc de comprendre pourquoi un ordinateur peut, par exemple, s'allumer et afficher le logo de la carte mère sans parvenir à atteindre l'écran de connexion.