Постоянное запоминающее устройство (ПЗУ) и BIOS

Размещено на http://allbest.ru

МИНИСТЕРСТВО НАУКИ И ВЫСШЕГО ОБРАЗОВАНИЯ

Автономное образовательное учреждение высшего образования Ленинградской области «Государственный институт экономики, финансов, права и технологий» (АОУ ВО ЛО ГИЭФПТ)

Кафедра информационных технологий, безопасности и права

Доклад

По теме

«Постоянное запоминающее устройство (ПЗУ) и BIOS»

по дисциплине «Экономическая информатика»

Выполнила: Тямина Яна Сергеевна

студентка экономического факультета

Направление «Бухгалтерский учет, анализ и аудит»

Преподаватель: к.э.н., доцент Ломаза Зинаида Михайловна

Гатчина

2020



Содержание

Введение

Глава 1. Постоянно запоминающее устройство (ПЗУ)

1.1 Понятие ПЗУ

1.2 Основные характеристики

1.3 Классификация

1.3.1 По типу исполнения

1.3.2 По разновидностям микросхем ПЗУ

1.3.3 По способу программирования микросхем

1.4 Исторические типы ПЗУ

1.5 Применение ПЗУ

Глава 2. BIOS

2.1 Понятие BIOS

2.2 Программа POST

2.3 Видеоадаптеры

2.4 Основные сведения

2.5 Работа системы при включении компьютера

2.6 Основные разделы программы BIOS Setup

Заключение

Список литературы



Введение

Развитие электронной вычислительной техники, и информатики и применение их средств и методов в народном хозяйстве, научных исследованиях, образовании и других сферах человеческой деятельности являются в настоящее время приоритетным направлением научно-технического прогресса.

Это приводит к необходимости широкой подготовки специалистов по электронным вычислительным машинам, системам и сетям, программному обеспечению и прикладной математике, автоматизированным системам обработки данных и управления и другим направлениям, связанным с интенсивным использованием вычислительной техники.

Всем этим специалистам необходимы достаточно глубокие знания принципов построения и функционирования современных ЭВМ, комплексов, систем и сетей, микропроцессорных средств, персональных компьютеров.

Такие знания необходимы не только специалистам различных областей вычислительной техники, но и лицам, связанным с созданием программного обеспечения и применением ЭВМ в различных областях, что определяется тесным взаимодействием аппаратурных и программных средств в ЭВМ, тенденцией аппаратурной реализации системных и специализированных программных продуктов, позволяющей достигнуть увеличение производительности, надежности, функциональной гибкости, большей приспособленности вычислительных машин и систем к эксплуатационному обслуживанию.

В последние годы мир электронных вычислительных машин значительно расширился - в нем наряду с машинами общего назначения заняли большое место супер-ЭВМ, малые ЭВМ и особенно микропроцессоры и микро-ЭВМ, персональные компьютеры.

Информация которая передается между узлами компьютера или хранится в нем, никаким образом не должна изменяться, для это существуют, либо аппаратные, либо программные средства контроля и диагностики.



Глава 1. Постоянно запоминающее устройство (ПЗУ)

1.1 Понятие ПЗУ

Постоянное запоминающее устройство (ПЗУ, или ROM- Read Only Memory, память только для чтения) также строится на основе установленных на материнской плате модулей (кассет) и используется для хранения неизменяемой информации: загрузочных программ операционной системы, программ тестирования устройств компьютера и некоторых драйверов базовой системы ввода-вывода (BIOS) и т. д.

К постоянной памяти относят постоянное запоминающее устройство, ПЗУ (в англоязычной литературе - Read Only Memory, ROM, что дословно переводится как "память только для чтения"), перепрограммируемое ПЗУ, ППЗУ (в англоязычной литературе - Programmable Read Only Memory, PROM), и флэш-память (flash memory).

Название ПЗУ говорит само за себя. Информация в ПЗУ записывается на заводе-изготовителе микросхем памяти, и в дальнейшем изменить ее значение нельзя.

В ПЗУ хранится критически важная для компьютера информация, которая не зависит от выбора операционной системы.

Программируемое ПЗУ отличается от обычного тем, что информация на этой микросхеме может стираться специальными методами (например, лучами ультрафиолета), после чего пользователь может повторно записать на нее информацию. Эту информацию будет невозможно удалить до следующей операции стирания информации.

К ПЗУ принято относить энергонезависимые постоянные и «полупостоянные» запоминающие устройства, из которых оперативно можно только считывать информацию, запись информации в ПЗУ выполняется вне ПК в лабораторных условиях или при наличии специального программатора и в компьютере. По технологии записи информации можно выделить ПЗУ следующих типов:

· микросхемы, программируемые только при изготовлении, - классические или масочные ПЗУ или ROM;

· микросхемы, программируемые однократно в лабораторных условиях, - программируемые ПЗУ (ППЗУ), или programmable ROM (PROM);

· микросхемы, программируемые многократно, - перепрограммируемые ПЗУ или erasable PROM (EPROM). Среди них следует отметить электрически перепрограммируемые микросхемы EEPROM (Electrical Erasable PROM), в том числе флэш-память.

1.2 Основные характеристики

Данные в постоянном запоминающем устройстве (ПЗУ) хранятся постоянно. Данные, хранящиеся постоянно, называются энергонезависимыми, что означает, что они сохраняются в ПЗУ даже при выключении питания. Как только данные записаны в ПЗУ, они могут считываться другими устройствами, но новые данные быть записаны в ПЗУ не могут.

ПЗУ наиболее широко используется для хранения так называемой «программы монитора». Программа монитора -- это машинная программа, позволяющая пользователю микрокомпьютерной системы просматривать и изменять все функции системы, включая память.

Другим широким применением ПЗУ является хранение фиксированных таблиц данных, таких как математические функции, которые никогда не меняются. информация компьютер программирование видеокарта

Цифровыми компьютерными системами широко используются четыре типа ПЗУ:

· ПЗУ с масочным программированием,

· программируемое ПЗУ (ППЗУ),

· стираемое программируемое ПЗУ (СППЗУ)

· электрически программируемое ПЗУ (ЭППЗУ).

1.3 Классификация

1.3.1 По типу исполнения

Массив данных совмещён с устройством выборки (считывающим устройством), в этом случае массив данных часто в разговоре называется «прошивка»:

· микросхема ПЗУ;

· FlashROM.

Массив данных существует самостоятельно:

· компакт-диск;

· перфокарта;

· перфолента;

· штрих-коды;

1.3.2 По разновидностям микросхем ПЗУ

По технологии изготовления кристалла:

· ROM (англ. read-only memory) - постоянное запоминающее устройство, масочное ПЗУ, изготавливается фабричным методом. В дальнейшем нет возможности изменить записанные данные.

· PROM (англ. programmable read-only memory) - программируемое ПЗУ, однократно «прошиваемое» пользователем.

· EPROM (англ. erasable programmable read-only memory) - перепрограммируемое/репрограммируемое ПЗУ.

· EEPROM (англ. electrically erasable programmable read-only memory) - электрически стираемое перепрограммируемое ПЗУ). Память такого типа может стираться и заполняться данными несколько десятков тысяч раз. Одной из разновидностей EEPROM является флеш-память (англ. flash memory).

По виду доступа:

· С параллельным доступом (parallel mode или random access)

Такое ПЗУ может быть доступно в системе в адресном пространстве ОЗУ;

· С последовательным доступом

Такие ПЗУ часто используются для однократной загрузки констант или прошивки в процессор или ПЛИС, используются для хранения настроек каналов телевизора, и др.

1.3.3 По способу программирования микросхем

· Непрограммируемые ПЗУ;

· ПЗУ, программируемые только с помощью специального устройства - программатора ПЗУ (как однократно, так и многократно прошиваемые). Использование программатора необходимо, в частности, для подачи нестандартных и относительно высоких напряжений (до +/- 27 В) на специальные выводы.

· Внутрисхемно (пере)программируемые ПЗУ (ISP, in-system programming) - такие микросхемы имеют внутри генератор всех необходимых высоких напряжений, и могут быть перепрошиты без программатора и даже без выпайки из печатной платы, программным способом.

1.4 Исторические типы ПЗУ

Постоянные запоминающие устройства стали находить применение в технике задолго до появления ЭВМ и электронных приборов. В частности, одним из первых типов ПЗУ был кулачковый валик, применявшийся в шарманках, музыкальных шкатулках, часах с боем.

С развитием электронной техники и ЭВМ возникла необходимость в быстродействующих ПЗУ. В эпоху вакуумной электроники находили применение ПЗУ на основе потенциалоскопов, моноскопов, лучевых ламп. В ЭВМ на базе транзисторов в качестве ПЗУ небольшой ёмкости широко использовались штепсельные матрицы.

При необходимости хранения больших объёмов данных (для ЭВМ первых поколений - несколько десятков килобайт) применялись ПЗУ на базе ферритовых колец (не следует путать их с похожими типами ОЗУ). Именно от этих типов ПЗУ и берёт своё начало термин «прошивка» - логическое состояние ячейки задавалось направлением навивки провода, охватывающего кольцо. Поскольку тонкий провод требовалось протягивать через цепочку ферритовых колец для выполнения этой операции применялись металлические иглы, аналогичные швейным. Да и сама операция наполнения ПЗУ информацией напоминала процесс шитья.

1.5 Применение ПЗУ

В постоянную память часто записывают микропрограмму управления техническим устройством: телевизором, сотовым телефоном, различными контроллерами, или компьютером (BIOS или OpenBoot на машинах SPARC).

BootROM - прошивка, такая, что если её записать в подходящую микросхему ПЗУ, установленную в сетевой карте, то становится возможна загрузка операционной системы на компьютер с удалённого узла локальной сети. Для встроенных в ЭВМ сетевых плат BootROM можно активировать через BIOS.



Глава 2. BIOS

2.1 Понятие BIOS

Слово BIOS -- это аббревиатура на английском языке базовая система ввода/вывода: Basic Input Output System. Эта система представляет собой набор небольших программ, в функции которых входят начальное тестирование и обеспечение взаимодействия компонентов компьютерной системы между собой, а также с операционной системой и прикладными программами. По существу, BIOS является неким промежуточным слоем (интерфейсом) между программной и аппаратной частями компьютерной системы.

BIOS имеют различные контроллеры, видео-платы, дисководы, модемы, сканеры и другие внутренние и периферийные устройства компьютера. Это так называемые BIOS адаптеров, которые загружаются при запуске системы. Однако наиболее важной в компьютере является BIOS, расположенная на материнской плате и называемая системной BIOS. В системной BIOS находятся всё основное системное программное обеспечение компьютера, предназначенное для тестирования при включении питания аппаратных средств и управления ими, а также для распределения ресурсов между компонентами компьютера.

При работе компьютера операционная система обращается непосредственно к аппаратному обеспечению через BIOS. Такое обращение оказывается возможным потому, что в системной BIOS хранятся не только программы для тестирования, но и другие, предназначенные для активизации и управления аппаратным обеспечением во время работы компьютера. Такие программы называются драйверами устройств. При этом в каждой операционной системе - DOS, Windows 9x/NT/2000, OS/2, Linux или другой - для одного и того же устройства необходимы свои, вполне определённые драйверы. Поскольку программы-драйверы очень часто вызываются операционной системой и прикладными программами, они постоянно хранятся в BIOS, а не запускаются каждый раз при включении одного и того же устройства.

В системной BIOS содержатся драйверы основных компонентов, необходимые для начального запуска компьютера. Что же касается таких устройств, как видеоадаптеры, накопители CD-ROM, жёсткие диски с интерфейсом SCSI, звуковые адаптеры, сканеры, принтеры и др., то при запуске компьютера в них особой необходимости нет.

Поэтому процедуры их инициализации в системной BIOS отсутствуют - нужные драйверы загружаются с жёсткого диска во время запуска операционной системы.

Таким образом, программы системной BIOS выполняются при запуске компьютера до загрузки операционной системы.

2.2 Программа POST

В большинстве случаев PC-совместимых компьютеров системные BIOS содержат следующие основные программы:

Программа POST - самотестирование процессора, модулей оперативной памяти, набора микросхем, дисководов, клавиатуры и других жизненно важных компонентов компьютерной системы при включении её электропитания.

Программа CMOS Setup Utility - конфигурирование компьютерной системы и настройка её параметров. Эта программа запускается после нажатия определённой клавиши во время выполнения процедуры POST. В старых компьютерах на базе процессоров 286 и 386 для запуска этой программы необходимо иметь специальную дискету. Начальный загрузчик системы - выполнения поиска главного загрузочного сектора на дисковых устройствах.

Программный код этого загрузчика выполняется, если последние два байта этого сектора (сигнатура) оказываются равными 55ААh. Драйверы BIOS - набор драйверов, предназначенных для взаимодействия операционной системы и аппаратных средств при запуске компьютера. При запуске DOS или Windows (в режиме защиты от сбоев) используются драйверы устройств только из системной BIOS.

Однако некоторые устройства при запуске компьютера, бывают, всё же, необходимы. Например, для отображения информации на экране монитора при загрузке компьютера требуется активизировать видеоадаптер, но его поддержка в системную BIOS не встроена. Дело в том, что в настоящее время имеется множество различных видеоадаптеров, и все их драйверы невозможно поместить в системную BIOS. Поэтому необходимые драйверы помещаются в в

микросхемы BIOS на платах этих устройств. Системная BIOS при загрузке компьютера осуществляет поиск BIOS видеоадаптера и загружает ее до запуска операционной системы. Это предотвращает необходимость постоянной модернизации системной BIOS при появлении новых моделей устройств, особенно тех, которые необходимы для начальной загрузки компьютера.

2.3 Видеоадаптеры

Видеоадаптеры - они всегда снабжаются собственной микросхемой BIOS. SCSI-адаптеры - эти BIOS поддерживают не все SCSI-устройства: для накопителей CD-ROM, сканеров, ZIP- и других устройств с интерфейсом SCSI дополнительные драйверы необходимо загружать с диска. Сетевые адаптеры - предназначены для начальной инициализации устройств или нормального функционирования в бездисковых рабочих станциях и терминалах.

Платы обновления IDE или дисковода - предназначены для поддержки функции загрузочного устройства при запуске компьютерной системы. Платы для решения проблемы Y2K - были актуальны в конце прошлого столетия для решения проблемы 2000 года; в них содержится корректная программа перехода в новое тысячелетие.

2.4 Основные сведения

Физически системная BIOS представляет собой микросхему (или набор микросхем) постоянной памяти ПЗУ, или ROM, расположенную на материнской плате. Поэтому такую микросхему часто называют ROM BIOS, а саму программу системной BIOS - BIOS материнской платы. ROM BIOS -- это вставленная в панель материнской платы микросхема с 28 или 32 контактами; она снабжена голографической наклейкой и надписью-логотипом производителя данной BIOS.

Часто микросхемы впаиваются прямо в системную плату. Микросхемы ROM BIOS могут иметь различный объём, но чаще он составляет 128 или 256 Кб.

Как правило, рядом с микросхемой ROM BIOS находится никель-кадмиевый аккумулятор либо литиевый элемент (батарейка), питающие микросхему CMOS и постоянно подзаряжаемый во время работы компьютера. Такие питающие элементы устанавливаются с целью сохранения информации в микросхемах ROM после выключения питания. Поэтому микросхему ROM часто называют энергонезависимыми, но это не совсем верно. Микросхемы ROM, всё же, нуждаются в автономном электропитании, поэтому память таких микросхем следовало бы называть памятью с автономным питанием.



2.5 Работа системы при включении компьютера

Первое, что происходит при нажатии кнопки Power на корпусе компьютера, -- это самотестирование его блока питания. При этом проверяются напряжения питания отдельных линий, и, если они в точности соответствуют требованию компьютерной системы, вырабатывается сигнал Power Good (напряжение в норме). Это происходит примерно через 0,1…0,5 с после включения компьютера, в зависимости от типа и качества блока питания. Только после этого на специальный вход центрального процессора одновременно с питанием подаётся сигнал Reset (сброс).По этому сигналу процессор обнуляет содержимое верхней части оперативной памяти, переходит к адресу FE000h системной (постоянной) памяти и начинает выполнение программ BIOS.

Далее процесс первоначальной загрузки компьютера имеет такую последовательность:

1) Включение в работу центрального процессора

2) Запуск программ системной BIOS

3) Поиск и инициализация BIOS адаптеров устройств

4) Тестирование оперативной памяти

5) Включение клавиатуры

6) Тестирование портов и подключённых к ним устройств

7) Инициализация дисководов и жёстких дисков

8) Распределение ресурсов между инициализированными устройствами

Результаты диагностики и инициализации аппаратных средств в качестве итоговой системной информации отображаются на экране монитора в виде таблицы. В этой таблице указаны следующие данные:

· объём оперативной памяти;

· подключенные IDE-устройства и режимы их работы;

· включённые порты и используемые ими ресурсы;

· сведения об устройствах, подключённых к шине PCI.

После завершения POST-теста и инициализации компонентов компьютера системная BIOS определяет, на каком дисководе находятся загрузочные файлы операционной системы. После нахождения этих файлов BIOS генерирует команду на их загрузку в оперативную память.

В ходе настройки аппаратных средств компьютерной системы в первую очередь настраиваются интерфейсы материнской платы. После достижения надёжности и чёткости взаимодействия всех устройств и компонентов можно пробовать добиваться оптимальной производительности компьютера, сохраняя в то же время надёжность его работы. Для этого в микросхемах ROM BIOS имеется специальная встроенная программа, которая даёт возможность пользователю устанавливать значения различных параметров компьютерной системы - условий и режимов работы внутренних компонентов и периферийного оборудования. Называется эта программа CMOS Setup Utility, что в дословном переводе с английского означает «Утилита установки (настройки) CMOS-памяти». Часто в литературе, как в отечественной, так и в зарубежной, эту программу часто называют просто BIOS Setup.

2.6 Основные разделы программы BIOS Setup

Главные меню программ установки BIOS различных производителей и версий имеют, как правило, единую структуру. Время от времени в программы CMOS Setup Utility разных версий вносят довольно значительные изменения, смысл которых в том, что добавляются новые основные разделы и опции, позволяющие максимально использовать возможности новых материнских плат, и удаляются старые, исчерпавшие свою необходимость.

1) Standard CMOS Features

Это - раздел так называемых стандартных настроек компьютера, который содержит самые архаичные параметры, появившиеся ещё 20 лет назад, когда CMOS Setup Utility представляла собой отдельную программу, не входящую в системную BIOS. Опции этого раздела позволяют задавать базовую системную информацию для некоторых аппаратных средств (таких как жёсткие диски, различные дисководы), а также устанавливать системную дату и время. Здесь же находятся информационные поля, в которых указано количество установленной в компьютере памяти.

Обычно изменять параметры это раздела не требуется: стандартные установки никак не влияют на производительность компьютера, а лишь определяют его конфигурацию. Исключение составляют те случаи, когда разрядился питающий элемент микросхемы CMOS-памяти или происходит какой-либо другой сбой, приведший к потере информации, либо вы изменили конфигурацию вашей компьютерной системы. Тогда, безусловно, придётся заново устанавливать все нужные конфигурационные значения параметров этого раздела.

Очень важно поддерживать соответствие между вводимыми здесь параметрами аппаратных средств компьютера и действительными характеристиками подключённых устройств. Если, например, в этом окне будет неверно указан тип жёсткого диска, то запуск компьютера станет невозможным.

2) Advanced BIOS Features

Этот раздел содержит набор дополнительных параметров общего назначения, не связанных со специфической конфигурацией компьютера. В нём сосредоточено большое количество предварительных установок, необходимых для эффективной работы компьютера. Параметры данного раздела позволяют определить режим работы компьютерной системы, такие как процесс первоначального тестирования, порядок загрузки системы (т.е. порядок опроса устройств на наличие загрузочной записи), режимы работы клавиатуры и памяти, работа кэш-памяти и многое другое. Некоторые опции дают возможность ускорить запуск компьютера или повысить надёжность его работы.

3) Advanced Chipset Features

Этот раздел играет ключевую роль в оптимизации работы компьютера. Опции данного раздела позволяют настраивать работу оперативной памяти, чипсета материнской платы и других устройств компьютера. Большинство значений раздела устанавливают скорость работы компонентов конфигурации относительно частоты работы материнской платы (для процессора -- это внешняя частота). Некоторые современные чипсеты материнских плат позволяют также применять устанавливаемый здесь асинхронный режим, в котором частота работы памяти не совпадает с частотой центрального процессора.

Современные модули оперативной памяти хранят описание своих параметров внутри себя, что обеспечивает автоматическую настройку режима доступа к ним. Однако это отнюдь не гарантирует, что такой режим будет оптимальным. Это особенно справедливо для материнских плат прошлых лет выпуска - тогда и микросхемы SPD использовались не повсеместно, и типичные временные диаграммы обращения к памяти были иными. Настройка характеристик памяти особенно существенна, если свой компьютер вы приобрели не в готовом виде, а собирали его самостоятельно или с помощью друзей, либо даже поручили это фирме-продавцу. Цель такой сборки - сформировать работоспособную компьютерную систему, а уж оптимизация её параметров, как правило, либо откладывается на будущее, либо вообще не принимается во внимание.

Изменяя значения опций этого раздела можно значительно повлиять не только на производительность, но и на стабильность работы компьютера. Поэтому ошибочные установки параметров могут привести к тому, что компьютер вообще не будет запускаться.

4) Integrated Peripherals

Данный раздел содержит опции для настройки устройств, интегрированных с чипсетом материнской платы, и в значительной мере сводится к возможности просто отключить некоторые устройства. Такое отключение необходимо, если данное интегрированное устройство конфликтует с другим устройством, реализованном в виде платы расширения.

В разделе Integrated Peripherals, кроме того, можно настроить параметры интерфейсов IDE, встроенных последовательных и параллельных портов, а также интегрированный в современные материнские платы контроллер инфракрасного излучения (хотя сам порт чаще всего не устанавливается).

В некоторых версиях BIOS этот раздел отсутствует, но связанные с ним опции обязательно имеются в каком-нибудь другом разделе.

5) Power Management Setup

В этом разделе назначение всех опций связано с функциями энергопотребления компьютера. Они позволяют на уровне BIOS управлять электропитанием компьютера и его переходом в режим пониженного энергопотребления - в так называемый «спящий» режим.

Поскольку операционная система Windows сама способна управлять электропитанием компьютера, то соответствующие опции лучше отключить.

6) PnP/PCI Configurations

Этот раздел используется для управления тонкой настройкой распределения ресурсов компьютерной системы между устройствами, подключёнными к шине PCI - каналы DMA, прерывания, порты ввода/вывода. Такие устройства имеются во всех современных компьютерах, и они, как правило, соответствуют стандарту Plug and Play. При работе таких устройств операционная система сама выделит им прерывания и каналы прямого доступа к памяти, если в этом возникнет необходимость.

7) PC Health Status

Этот раздел предназначен для отображения информации о состоянии отдельных компонентов компьютера, таких как центральный процессор и чипсет. Здесь отображается температура, напряжения питания, скорости вращения вентиляторов, но только в том случае, если в системе имеется встроенный механизм мониторинга соответствующих параметров.

8) Frequency/Voltage Control

В этом разделе можно выставить нестандартные значения частот процессора, модулей памяти, системной шины или графического акселератора, задать повышенное напряжения питания на этих компонентах компьютера.



Заключение

Комплект программ находящихся в ПЗУ образует базовую систему ввода-вывода BIOS (Basic Input Output System). Программы входящие в BIOS позволяют нам наблюдать на экране диагностические сообщения сопровождающие запуск компьютера а также вмешиваться в ход запуска с помощью клавиатуры. BIOS в общем случае представляет собой набор правил определяющих как происходит конфигурирование компонент компьютера при его включении как его устройства взаимодействуют друг с другом как осуществляется простейший ввод вывод данных.



Список литературы

1. Угрюмов Е. П. Цифровая схемотехника БХВ-Петербург (2005) Глава 5

2. Справочное руководство ROM BIOS. Методические материалы. Часть 1. ТПП “СФЕРА”.М. 1991 г.

3. Справочное Руководство по IBM PC. Методические материалы. Часть 2. ТПП “СФЕРА”.М. 1991 г.

4. Брябрин В.М. “Программное обеспечение персональных ЭВМ”.М. “НАУКА", 1990 г.

Размещено на Allbest.ru