BIOS: базова система введення-виведення

Размещено на http://www.allbest.ru/

Тема: BIOS: базова система введення-виведення

1. Основи BIOS

Абревіатура BIOS означає поняття базової системи введення-виведення. По суті, BIOS це «проміжний шар» між програмною та апаратною частинами системи. BIOS являє собою сукупність всіх драйверів пристроїв, що пов'язують програмні та апаратні засоби комп'ютера.

BIOS - це програмне забезпечення, яке виконується в пам'яті і містить набір драйверів, які призначені для взаємодії з обладнанням, перш ніж управління буде передано операційній системі. Унікальність BIOS в порівнянні із звичайним ПЗ полягає в тому, що частина його функцій завантажена в ПЗП, а частина завантажується в ОЗП з диска.

У ПК може бути доступно кілька версій BIOS:

¦ ПЗП системної плати;

¦ ПЗП плати розширення (наприклад, відеоадаптера);

¦ завантаження в ОЗП з диска (драйвери пристроїв).

Коли був представлений перший ПК, програмне забезпечення BIOS містило драйвери для всіх пристроїв системи, які записувалися в мікросхеми ПЗП, яка була розташована на системній платі. При цьому драйвери попередньо завантажувалися в пам'ять і були доступні протягом усього часу роботи комп'ютера.

У мікросхемі ПЗП також були записані програми POST (Power On Self Test - тестування при включенні) і програма самозавантаження, яка ініціює завантаження операційної системи, перевіряючи завантажувальний сектор на дискеті або жорсткому диску. Після завантаження операційна система звертається до процедур низького рівня (до драйверів) BIOS, які необхідні для взаємодії з різними системними пристроями. На початку комп'ютерної ери в BIOS зберігалися абсолютно всі драйвери пристроїв, в тому числі драйвер клавіатури, відеоадаптера MDA/CGA, послідовного і паралельного портів, контролерів гнучких і жорстких дисків, джойстика і т.д. Це було непогано доти, поки в системі не встановлювався новий пристрій, драйвера якого в ПЗП не існує. У цьому випадку є два виходи. Якщо ви встановили нову плату адаптера, вона може бути оснащена власною мікросхемою ПЗП, що містить необхідний драйвер. ПЗП системної плати запрограмовано таким чином, щоб виявляти ПЗП адаптерів і при виявленні нових драйверів пов'язувати відповідні нові функції з існуючою BIOS. У результаті можна сказати, що ПЗП системної плати акумулює дані, що зберігаються в ПЗП окремих адаптерів, в результаті чого забезпечується «колективна» функціональність.

Подібний метод додавання драйверів використовувався для цілого ряду пристроїв, наприклад відеоадаптерів, які повинні бути повністю функціональними з моменту включення комп'ютера.

Якщо ж використовувався пристрій іншого типу, існував інший спосіб додавання драйвера в набір драйверів BIOS. На ранніх етапах завантаження файл завантаження операційної системи (Io.sys) звертався до файлу конфігурації (Config. sys), що містить відомості про драйвери пристроїв. Файл Config. sys разом з усіма зазначеними в ньому драйверами повинен знаходитися на завантажувальному диску. Після того як файл Io.sys отримає необхідні дані, він завантажує зазначені драйвери в пам'ять і пов'язує їх з BIOS. Іншими словами, драйвери завантажувалися з диска в ОЗП і пов'язувалися з BIOS, завдяки чому з'являлася можливість у будь-який момент викликати їх.

До цього моменту в BIOS виявлялися дані з ПЗП системної плати і адаптерів, а також драйвери, завантажені з диска в ОЗП на ранніх етапах завантаження. Таким чином, BIOS містить дані, які фізично розташовані в трьох різних місцях системи, але при цьому працюють як єдине ціле, оскільки всі програми зв'язуються за допомогою процедур BIOS. Операційна система або додаток при взаємодії з яким-небудь пристроєм (наприклад, якщо необхідно прочитати дані з компакт-диска) звертається до певного програмного переривання, після чого відповідно до таблиці векторів переривань виклик направляється до певної частини BIOS (тобто до драйвера), який пов'язаний з роботою пристрою. При цьому не має значення, де саме зберігається драйвер - в ПЗП системної плати, адаптера або ОЗП. Пам'ять завжди залишається пам'яттю, і якщо відома адреса, де знаходиться потрібна програма, її завжди можна викликати.

Базова система введення-виведення - це комбінація всіх типів ПЗП материнської плати і плат розширення, а також драйверів пристроїв, завантажених з диска. Частина BIOS, що міститься в мікросхемі на системній платі або платах адаптерів, називається прошивкою (firmware). Саме через наявність цих мікросхем користувачі найчастіше відносять BIOS до апаратної частини комп'ютера. Після виключення живлення комп'ютера всі дані, що знаходяться в оперативній пам'яті комп'ютера, стираються; недоторканим залишається тільки вміст ПЗП. Після включення комп'ютера знову виконується процес завантаження, і в пам'ять з диска завантажуються всі відсутні драйвери.

В міру еволюції ПК випускалося все більше різних типів пристроїв і їх моделей. Була необхідність попереднього завантаження все більшої кількості драйверів. Додавання драйверів в ПЗП системної плати - досить складне завдання, оскільки мікросхеми ПЗП найчастіше незнімні, а їх обсяг досить обмежений. Архітектура PC передбачала використання ПЗП системної плати об'ємом всього 128 Кбайт, причому більша частина цього обсягу вже використовується для зберігання драйверів, процедури POST і програм настройки BIOS і завантаження. Запис драйвера в ПЗП адаптера - також складне і дороге завдання, а обсяг ПЗП адаптерів обмежений тими ж 128 Кбайт, з яких 32 Кбайт використовуються самим відеоадаптером. Тому багато компаній вирішили створювати драйвери, які завантажуються в ОЗП при запуску системи.

З плином часу з диска завантажувалося все більше і більше драйверів, у тому числі таких, які замінюють драйвери, що зберігаються в ПЗП системної плати. Наприклад, в Windows 95 був представлений новий 32 - розрядний драйвер жорсткого диска, який використовувався замість 16 - розрядного, що зберігався в ПЗП системної плати. При цьому 16-розрядний драйвер використовувався тільки з моменту включення комп'ютера до того моменту, коли в ОЗП завантажувався 32 - розрядний драйвер, а також змінювалася таблиця векторів переривань. Операційні системи Windows 95/98/Ме допускали використання як 16 -, так і 32- розрядних драйверів, полегшуючи тим самим перехід до 32 - розрядних операцій.

Сучасні 32 - і 64 - розрядні драйвери завантажуються безпосередньо з жорсткого диска, замінюючи всі драйвери в ПЗП системної плати. Це відноситься до будь-якого комп'ютера, що працює під управлінням ОС Windows NT/2000/XP або Vista. Ці операційні системи взагалі не використовують 16 - розрядні драйвери, розміщені в ПЗП (ROM) системної плати або адаптера пристрою. Код ПЗП системної плати необхідний лише для забезпечення успішного завантаження 32 - розрядних драйверів і ядра операційної системи, після чого ПЗП відключається. Іншими словами, після завантаження операційної системи всі необхідні драйвери (тобто BIOS) вже знаходяться в оперативній пам'яті. Основні функції ПЗП материнської плати - запуск системи, ініціалізація необхідних для завантаження системи пристроїв, а також перевірка пароля для входу в систему і виконання базового налаштування пристроїв. Після завантаження системи управління передається завантаженому в пам'ять набору драйверів.

Комп'ютерну систему можна представити у вигляді декількох взаємодіючих апаратних і програмних шарів. Існують чотири основних шари, кожен з яких можна розбити на підрівні.

Основне призначення рівневого дизайну - забезпечення можливості роботи операційної системи і додатків на різних платформах.

програмний забезпечення драйвер операційний

Рис. Умовний поділ PC- сумісної системи на кілька рівнів

Програмне забезпечення взаємодіє з операційною системою за допомогою інтерфейсу прикладного програмування (Application Programming Interface - API). Цей інтерфейс специфічний для кожної операційної системи; він складається з набору команд і функцій, які операційна система може виконати для програми. Наприклад, додаток може віддати команду операційній системі завантажити або зберегти файл. Такий порядок позбавляє додатки від необхідності знати специфіку роботи з конкретним обладнанням, яке встановлене в комп'ютері, і його набором команд. Воно має справу тільки з операційною системою, яка виступає посередником між додатком і апаратною частиною. Оскільки додаток виявляється повністю ізольованим від обладнання, він може виконуватися на будь-якому комп'ютері, на якому встановлена операційна система, API якій задіяний в програмі.

Операційна система, в свою чергу, через BIOS звертається безпосередньо до апаратного забезпечення. Цей зв'язок реалізований у вигляді драйверів пристроїв. Зазвичай випуском драйверів пристроїв займаються їх виробники. Оскільки драйвери забезпечують взаємодію апаратного пристрою і операційної системи, вони, як правило, призначені для конкретної ОС. Таким чином, виробникам доводиться створювати драйвери для таких операційних систем, як DOS, Windows 9x/NT/2000/XP, OS/2, Linux та ін Проте багато операційні системи мають однакові внутрішні інтерфейси, і деякі драйвери підходять для декількох операційних систем. Наприклад, драйвер для 32/64-розрядних Windows 7 зазвичай підходить для Windows Vista, а драйвер для Windows ХР можна використовувати в Windows 2000/NT, і навпаки. Це пов'язано з тим, що операційні системи Windows 7 і Vista мають одне і те ж ядро; те ж можна сказати і про системи Windows NT/2000/XP, а також Windows 95 і 98. У новій системі Windows 7/Vista значною мірою змінено ядро NT, так що в ній часто не можна використовувати драйвери, які призначені для попередніх версій Windows сімейства NT.

Оскільки рівні BIOS виглядають ідентично для операційної системи, незалежно від апаратного забезпечення, на самих різних конфігураціях може працювати одна і та ж версія операційної системи. Наприклад, Windows можна запустити на двох системах з різними процесорами, жорсткими дисками, відеоадаптерами і т.д. Причому в будь-якому випадку Windows буде виглядати і працювати практично ідентично. Все це можливо завдяки тому, що драйвери підтримують одні й ті ж базові функції, незалежно від використовуваних конкретних пристроїв.

Рівні додатків і операційної системи можуть бути ідентичні для різних систем, у той час як рівні устаткування - значно відрізнятися. Оскільки BIOS містить драйвери, що забезпечують взаємодію програмного і апаратного забезпечення, рівень BIOS, з одного боку, враховує унікальні особливості обладнання, а з іншого - виявляється незмінним з точки зору операційної системи.

На апаратному рівні зосереджені основні відмінності між різними системами Саме BIOS відповідає за маскування відмінностей між різними пристроями, щоб забезпечити нормальну роботу операційної системи.

2. BIOS і CMOS RAM

Іноді користувачі плутають BIOS і CMOS RAM. Причиною плутанини є те, що програма налаштування BIOS використовується для установки та зберігання параметрів конфігурації в CMOS RAM. Насправді це зовсім різні компоненти. BIOS знаходиться в окремій мікросхемі системної плати. Крім того, на системній платі розташована так звана мікросхема RTC / NVRAM, що містить годинник і енергонезалежну пам'ять. По суті, ця мікросхема являє собою цифровий датчик часу з декількома додатковими байтами пам'яті. Зазвичай вона називається CMOS- мікросхемою, оскільки створена на основі комплементарних металооксидних напівпровідників (Complementary Metal - Oxide Semiconductor - CMOS).

Мікросхема Motorola MC146818, використана вперше як RTC / NVRAM, містила 64 байт пам'яті, з яких 14 байт були виділені для функціонування годинника. Незважаючи на те що вона називається енергонезалежною, за відсутності електропостачання параметри часу / дати і дані, що знаходяться в пам'яті, знищуються. Мікросхема, створена на основі технології Complementary Metal - Oxide Semiconductor (CMOS), має знижене споживання електроенергії, і для неї цілком достатньо потужності батареї комп'ютера. Саме тому мікросхема називається CMOS RAM, хоча з технічної точки зору її слід було б назвати мікросхемою RTC / NVRAM. Сила струму, який споживає більшість мікросхем RTC / NVRAM, не перевищує одного мікроампера (мільйонної частки ампера), тому для їх роботи достатньо однієї невеликої батареї. Протягом останніх п'яти років для цього використовувалася літієва батарея, при виході з ладу якої вся збережена в мікросхемі інформація руйнувалася.

При завантаженні програми BIOS Setup і наступному конфігуруванні / збереженні параметрів жорсткого диска або інших пристроїв початкові параметри системи записуються у відповідну область пам'яті RTC / NVRAM (або CMOS RAM). При кожному завантаженні системи для визначення її конфігурації проводиться зчитування параметрів, що зберігаються в мікросхемі CMOS RAM. Незважаючи на наявність певного зв'язку між BIOS і CMOS RAM, це абсолютно різні компоненти.

Контрольні запитання

1. Що таке BIOS?

2. Які є версії BIOS?

3. Призначення BIOS?

4. Що таке BIOS Setup?

Размещено на Allbest.ur