# 一、整體概念：三層分工

在電腦的開機與操作過程中，會依序經歷下列三大層級角色：

| 層級角色 | 主要任務 | 地位 |
| --- | --- | --- |
| Firmware（韌體） | 開機、檢查硬體、載入 OS | 最早啟動的低階程式 |
| Kernel（核心） | 控制所有硬體資源與系統底層 | 作業系統的心臟 |
| Shell（殼層） | 提供使用者互動的介面 | 使用者與系統之間的橋梁 |

## 二、Firmware（韌體）是什麼？

韌體是嵌入在硬體中的小型軟體，會在電腦一開機就被執行。

### 功能：

- 開機自我檢測（POST）
- 檢查硬體元件是否存在、是否正常
- 找到作業系統的開機磁區（Boot Loader）
- 將控制權交給作業系統（Kernel）

### 比喻：

Firmware 就像舞台的燈光師與舞監，確認一切設備正常、舞台準備好後，才讓主角上場。

## 三、Kernel（核心）是什麼？

Kernel 是作業系統的真正核心，掌控整台電腦的所有硬體與資源配置。

### 核心職責：

- 記憶體管理
- 處理器排程與多工處理
- 檔案系統存取（開檔、存檔）
- I/O 裝置控制（鍵盤、滑鼠、網路）
- 提供系統呼叫（System Calls）給上層應用程式與 shell 使用

### 比喻：

Kernel 就像舞台上的導演兼舞台總指揮，負責調度演員（應用程式）、設備（硬體），讓整場戲順利演出。

## 四、Shell 是什麼？

Shell 是提供使用者與作業系統互動的介面，透過打指令（CLI）或點選圖形化介面（GUI）間接控制系統資源。

### Shell 的角色：

- CLI 指令解析器：如 bash、zsh、PowerShell
- GUI 應用背後也可能觸發 shell 指令（例如 build 按鈕）
- 接收人類輸入的操作，呼叫系統功能（經由 Kernel）

### 比喻：

Shell 就像舞台上的主持人或操作面板，把使用者的需求（指令）翻譯成系統能執行的語言。

## 五、開機流程回顧：從電源到互動

[1] 按下電源
     ↓
[2] Firmware（BIOS / UEFI） 啟動
     - 硬體檢查 + Boot loader 載入
     ↓
[3] Kernel 載入並接手
     - 控制硬體與資源
     - 啟動系統程序與 Shell
     ↓
[4] Shell 啟動，接受使用者或應用程式輸入
     - CLI / GUI 開始互動

## 六、角色總結對照表

| 角色 | 所在層級 | 代表例子 | 用戶可見 | 是否可修改 |
| --- | --- | --- | --- | --- |
| Firmware | 硬體內部 | BIOS / UEFI | 一般情況不可見 | 通常只能更新，不易修改 |
| Kernel | 作業系統核心 | Linux kernel / NT kernel | 不直接操作 | 透過作業系統更新 |
| Shell | 作業系統外層 | bash / zsh / PowerShell | 是（終端機） | 可更換或自訂（.zshrc 等） |

## 總結

- Firmware 是電腦啟動的第一棒，確認一切就緒後，交棒給 Kernel
- Kernel 是核心控制中心，負責與硬體對話與分配資源
- Shell 是人機橋梁，不管 CLI 或 GUI 背後都可能透過它執行指令

這三者協同合作，讓我們每次打開電腦後，可以順利看到桌面、打開終端機、開始工作