BIOS (Basic Input/Output System)

Материал из Национальной библиотеки им. Н. Э. Баумана
Последнее изменение этой страницы: 23:19, 15 мая 2017.

BIOS (/ˈbaɪɒs/, от англ. Basic Input/Output System — «базовая система ввода-вывода»), БИОС, также БСВВ — набор микропрограмм, реализующих API для работы с аппаратурой компьютера и подключёнными к нему устройствами.

BIOS

BIOS относится к системному программному обеспечению (ПО). Термин «BIOS» употребляется по отношению к устройствам, совместимым с персональными компьютерами фирмы IBM. Для устройств, построенных на базе иных платформ, используются другие термины. Например, для компьютеров архитектуры SPARC набор микропрограмм может называться «PROM» или «Boot».

Виды BIOS:

  • BIOS материнской платы IBM PC-совместимого компьютера;
  • BIOS периферийных устройств;
  • NetBIOS.

BIOS материнской платы [Источник 1]

Микросхема BIOS

Инициализация и проверка работоспособности аппаратуры

Большую часть BIOS материнской платы составляют микропрограммы инициализации контроллеров на материнской плате, а также подключённых к ней устройств. Сразу после включения питания компьютера, во время начальной загрузки компьютера, при помощи программ, записанных в BIOS, происходит самопроверка аппаратного обеспечения компьютера — POST (power-on self-test). В ходе POST BIOS проверяет работоспособность контроллеров на материнской плате, задаёт низкоуровневые параметры их работы (например, частоту шины и параметры центрального микропроцессора, контроллера оперативной памяти, контроллеров шин FSB, AGP, PCI, USB). Если во время POST случился сбой, BIOS может выдать информацию, позволяющую выявить причину сбоя. Если нет возможности вывести сообщение на монитор, BIOS издаёт звуковой сигнал через встроенный динамик.

Загрузка операционной системы

Если во время работы POST удался, BIOS ищет на доступных носителях загрузчик операционной системы MBR и передаёт управление операционной системе. Операционная система по ходу работы может изменять большинство настроек, изначально заданных в BIOS. В некоторых реализациях BIOS позволяет производить загрузку операционной системы через интерфейсы, изначально для этого не предназначенные (USB и IEEE 1394), а также производить загрузку по сети (применяется, например, в так называемых «тонких клиентах»). Современные ОС, такие, как Microsoft Windows и Linux , имеют свои драйверы, не использующие BIOS. Однако функциями BIOS широко пользуются простейшие ОС (такие, как DOS), а также все ОС в момент загрузки и в «аварийных» режимах. С развитием компьютерных систем в BIOS продолжали использоваться устаревшие технологии: прежде всего «реальный режим» работы процессора x86. Для принципиальной замены BIOS рядом производителей вычислительных систем (Unified EFI Forum, UEFI) предложена и внедряется технология EFI.

Конфигурирование оборудования

BIOS’ы материнских плат, как правило, содержат много настроек:

  1. Настройка времени системных часов и даты календаря;
  2. Настройка периферии, не приспособленной к работе в режиме «plug and play». Например, жёсткие диски начала 1990-х годов, работающие в CHS-режиме; COM- и LPT-порты;
  3. Запуск аппаратуры в форсированном (или, наоборот, щадящем) режиме, сброс до заводских настроек;
  4. Активация/отключение встроенного в материнскую плату оборудования (USB-, COM- и LPT-портов, встроенного видео-, сетевого или звукового адаптера);
  5. Отключение некоторых тестов, что ускоряет загрузку ОС;
  6. Активация обходных ветвей для известных ошибок ОС: например, если Windows 95 отказывается загружаться на машине без флоппи-дисковода, BIOS может перенаправить векторы IRQ так, чтобы ОС поняла, что дисковода нет. Если неудачно написанный драйвер не работает с SerialATA-винчестерами, BIOS может эмулировать поведение старого IDE-диска;
  7. Очерёдность носителей, с которых производится загрузка компьютера: жёсткий диск, USB-накопители, CD-ROM, загрузка с сетевой платы по технологии PXE и т. д. Если загрузка с первого носителя не удалась, BIOS пробует второй по списку, и т. д.

Неверные настройки BIOS могут нарушить работу компьютера. Клавиши для вызова настроек BIOS — Del , F2 , F10 или Esc . Кроме того, существуют определённые комбинации клавиш, позволяющих запустить микропрограмму восстановления (перезаписи) BIOS в микросхеме в случае повреждения её аппаратно, либо вирусом, а также восстановить заводские настройки, позволяющие запустить компьютер после неверных настроек или в случае неудачного разгона.

BIOS периферийных устройств [Источник 2]

В большинстве систем стандартные функции ввода/вывода платы многоканального ввода/вывода (Mн/O) встроены в системную плату. В этих системах экран integrated Peripherals (Встроенные периферийные устройства) BIOS предоставляет параметры конфигурирования и активизации соединителей дисководов IDE, контроллера дисководов гибких дисков, встроенных универсальных асинхронных-приемопередатчиков и встроенного параллельного порта.

Экран Integrated Peripheral используется для активизации встроенного в системную плату контроллера IDE. Как упоминалось ранее, второй канал IDE можно активизировать или отключить независимо от первого каната, при условии активности контроллера. Любое из четырех возможных устройств, подключенных к интерфейсу, может быть сконфигурировано в качестве ведущего или ведомого.

Каждое устройство IDE можно также активизировать для поддержки режимов программируемого ввода/вывода (programmed input/output, PНO). Поле PНO позволяет пользователю выбрать для каждого устройства любой из четырех режимов PIO (0-4). Режим PIO определяет, с какой скоростью будет выполняться передача данных между дисководом и системой. Как правило, с увеличением значения режима уровень производительности устройства повышается.

В режиме 0 скорость передачи данных устанавливается равной 3.3 Мбит/с при времени цикла 600 нс. В режиме I скорость передачи данных повышается до 5.2 Мбит/с при времени цикла 3.3 нс. В режиме 2 скорость повышается до 8.2 Мбит/с при использовании времени цикла 240 нс. Наиболее быстродействующие дисководы поддерживают режимы 3 и 4 PIO в соответствии со спецификацией ATA-2 В этих режимах применяются соответственно скорости передачи данных 11.3 Мбит/с при времени цикла 180 не и 16.6 Мбит/с при времени цикла 120 нс. Чтобы можно было воспользоваться этими режимами, порт IDE должен располагаться в такой локальной шине, как шина PCI.

Если выбрана опция Auto Mode (Автоматический режим), система определяет, какой режим наиболее подходит для каждого устройства. Если выбран режим работы FIFO, система устанавливает для каждого устройства специальные буферы FIFO, ускоряющие передачу данных между устройством и системой.

Для большинства дисководов жестких дисков опция IDE HDD Block Mode (Режим блокирования дисководов жестких дисков IDE) должна быть активной. Эта настройка, называемая также режимом передачи больших блоков (Large Block Transfer), многокомандным режимом (Multiple Command) и режимом многосекторного считывания /записи (Multiple-Sector Read/Write), поддерживает работу дисковода LBA, чтобы в дисководе можно было использовать логические разделы, размеры которых превышают 528 Мб.

Другими функциями MI/O, поддерживаемыми через утилиту настройки параметров BIOS, являются активизация контроллера дисководов гибких дисков, выбор адресации логического СОМ порта и рабочих режимов двух встроенных универсальных асинхронных приемопередатчиков системы, а также выбор логической адресации и рабочих режимов параллельного порта. Универсальные асинхронные приемопередатчики могут быть сконфигурированы для поддержки полудуплексного или полнодуплексного режима передачи через инфракрасный порт, если только системная плата им оборудована. Это позволяет на коротких расстояниях выполнять беспроводный обмен данными с последовательными периферийными устройствами.

Порт параллельного принтера может быть сконфигурирован для работы в качестве обычного Р С - AT - совместимого стандартного параллельного порта (standard parallel port, SPP), в качестве расширенного двунаправленного параллельного порта (extended parallel port, ЕРР), в качестве быстродействующего, буферизованного двунаправленного порта (порта с расширенными возможностями — extended capabilities port, или ЕСР) или в качестве комбинированного порта ЕСР+ЕРР. Обычно следует выбирать настройку для обычного порта, если только и аппаратура порта, и программный драйвер не поддерживают возможностей ЕРР и/ил и ЕСР.

NetBIOS

NetBIOS

Протокол NetBIOS был создан для работы в локальных сетях. Система NetBIOS предназначена для персональных ЭВМ типа IBM/PC в качестве интерфейса, независящего от фирмы-производителя. NetBIOS использует в качестве транспортных протоколов TCP и UDP. Описание NetBIOS содержится в документе IBM 6322916 "Technical Reference PC Network" [Источник 3]

UEFI

Спецификация UEFI (Unified Extensible Firmware Interface, Унифицированный расширяемый микропрограммный интерфейс или унифицированный расширяемый интерфейс прошивки), ранее известная как Extensible Firmware Interface (EFI), определяет интерфейс между операционной системой и микрокодом (микропрограммами), управляющим оборудованием. Другими словами, UEFI это интерфейс, который располагается “поверх” аппаратных компонентов компьютера, которые, в свою очередь, функционируют на собственных прошивках (микрокодах). Для большего понимания, UEFI по сравнению с BIOS - это, грубо говоря, новый тип или следующее поколение прошивки, и оно уже не ограничено только лишь персональными компьютерами архитектуры x86-64 (IBM PC), но и претендует на всеплатформенный стандарт. Однако, в отличии от BIOS, UEFI базируется на принципиально новой топологии кода, которая называется "драйверность". Основное назначение EFI:

  • замена устаревающей технологии BIOS и связанных с ней ограничений.
  • Основная цель разработки UEFI заключается в стандартизации взаимодействия операционной системы с микропрограммами платформы в ходе процесса загрузки. В классическом BIOS основным механизмом взаимодействия с аппаратурой в процессе загрузки были программные прерывания и порты ввода-вывода, однако современные системы в состоянии обеспечить более эффективное выполнение операций ввода-вывода между оборудованием и программным обеспечением.
  • Основная задача EFI - корректно инициализировать оборудование и передать управление загрузчику операционной системы. В этом плане задача не сильно то и отличается от задачи традиционного BIOS, но алгоритмы принципиально другие.

UEFI можно смело назвать самостоятельной миниатюрной операционной системой, которая представляет собой интерфейс между основной пользовательской операционной системой, функционирующей на компьютере и микрокодом оборудования.

Как работает UEFI? [Источник 4]

UEFI загружается строго в соответствии с установленными правилами. Если ОС не поддерживает UEFI, активируется режим эмуляции BIOS. Процесс загрузки ПК на основе BIOS достаточно прост: после нажатия кнопки включения запускается BIOS, которая проверяет состояние оборудования и загружает микропрограммное обеспечение - простые драйверы для отдельных аппаратных компонентов. После этого BIOS выполняет поиск загрузчика ОС и активирует его. Тот в свою очередь загружает операционную систему или выводит на экран список доступных ОС.

Компьютеры на базе UEFI загружаются аналогичным образом лишь до момента поиска параметров загрузки. После этого все происходит иначе. UEFI имеет собственный загрузчик ОС с интегрированными менеджерами запуска установленных систем. Для него на диске создается небольшой раздел (100–250 Мбайт), отформатированный в файловой системе FAT32, который называется Extensible Firmware Interface System Partition (системный раздел расширяемого микропрограммного интерфейса, ESP). На нем находятся драйверы аппаратных компонентов, к которым может получать доступ запущенная операционная система. Общее правило таково: за исключением DVD, UEFI может загружаться только с носителя, отформатированного в файловой системе FAT32.

Отличия BIOS от UEFI

Старая технология BIOS была промышленным стандартом на протяжении последних двадцати лет и за это время он не получил большого количества изменений из-за таких ограничений, как только один мегабайт памяти, 16-битных инструкций и таблицы разметки диска MBR, которая поддерживает жесткие диски максимум 2 Тб и не более чем на четыре раздела. Двадцать лет назад этого было вполне достаточно, но при современных стандартах такие ограничения слишком жесткие.

Кроме того, гибкость UEFI необходима для технологий доступных уже сейчас или тех, которые станут доступны в будущем. Ограничение BIOS в один мегабайт создавало очень большое количество проблем разработчикам оборудования, но теперь места для загрузки драйверов устройств точно хватит.

UEFI имеет модульную структуру и благодаря таблице разделов GPT может поддерживать 128 разделов размером до 8 экзабайт. Также здесь обеспечивается более тесная интеграция с операционной системой. Очень важным компонентом UEFI есть увеличение безопасности. Это немаловажное отличие bios от uefi. Пользователи могут устанавливать только зарегистрированные операционные системы. Каждой операционной системе выдается ключ, встроенный в ее загрузчик, а система UEFI считывает этот ключ и сравнивает его со своей базой данных. Если этого ключа нет в базе данных, операционной системе не будет позволено загрузиться. Это могло бы вызывать многие проблемы с дистрибутивами Linux, но эта проблема была решена. К тому же пользователи могут сами добавлять ключи к базе данных.

Благодаря модульной структуре UEFI, новые функции могут быть добавлены позже и тем самым расширить существующую систему. Это делает такую систему более перспективной и простой в использовании.

Использовать новые системы UEFI намного проще, у них есть полноценный графический интерфейс с указателем мыши и интуитивно понятным меню. Вы получаете возможность все очень просто настроить. Кроме того, производители материнских плат могут разрабатывать различные программные модули UEFI, которые позволят легко тестировать различное оборудование.

В целом, если сравнивать UEFI и BIOS, то первая побеждает благодаря своей модульности, расширяемости, а также независимым драйверам и простоте использования. Пройдет некоторое время, пока пользователи смогут выбрать BIOS или UEFI и новая технология медленно заменит старую. Все больше и больше производителей применяют UEFI на своих платах и компьютерах и все реже используются 32-битные процессоры. Но, как и со всеми другими достижениями в области компьютерной техники, для перехода на UEFI потребуется много времени. [Источник 5]

Отличия BIOS от UEFI

Как зайти в БИОС? [Источник 6]

Каждому начинающему пользователю рано или поздно приходится столкнутся с таким понятием как БИОС. В данной статье Я объясню нормальным человеческим языком, что такое БИОС, а также дам пару дельных советов по его использованию.

БИОС это сокращение, которое расшифровывается как «базовая система ввода-вывода».

Вход в BIOS

Физически BIOS находится на материнской плате, в виде микросхемы, на которую записана специальная микропрограмма. Настройки сделанные в BIOS хранятся благодаря установленной на материнской плате батарейке. Кстати, когда эта батарейка начинает садится, возможно возникновение различных проблем. Хорошим признаком подсевшей батарейки могут служить постоянно сбивающиеся системные часы компьютера.

После того, как вы включаете компьютер, BIOS начинает проверку оборудования на работоспособность, и если она проходит успешно, начинается загрузка ОС.

Используя BIOS можно совершать различные настройки.

Если нет большой необходимости, то лучше не изменять настройки BIOS! Если вы решили внести какие то изменения в настройки, то вы должны четко отдавать себе отчет в том, что вы делаете. Так как неправильные настройки могут серьезно навредить компьютеру, и даже вывести его отдельные части из строя!

Как правило необходимость в изменении настроек может возникнуть лишь в одном случае, когда надо поменять очередность загрузки с жесткого диска на CD (DVD) диск. Это может потребоваться во время установки новой ОС, или например при загрузке с Live CD.

Зайти в БИОС можно нажав клавишу Del после включения компьютера, или во время его перезагрузки. Компьютер сам подскажет вам нужный момент, когда нужно будет нажать эту клавишу, в левом нижнем углу монитора будет выведено соответствующее сообщение. В этом сообщении также указывается нужная клавиша, которая кстати для некоторых моделей может быть другой. Единственное, надо учитывать тот факт, что разные версии BIOS могут отличаться друг от друга, но общий принцип остается прежним.

Производители BIOS [Источник 7]

Основные производители BIOS для ноутбуков, персональных компьютеров и серверов:

  • American Megatrends, Inc. (AMI);
  • Award Software;
  • Phoenix Technologies.

Источники

  1. Назначение BIOS материнской платы // hpc.by/bios . Дата обновления: 14.01.2014. URL: https://hpc.by/bios (Дата обращения: 09.05.2017).
  2. Функции настройки встроенных периферийных устройств // life-prog.ru. URL: http://life-prog.ru/view_diagnostandobsluj.php?id=13 (Дата обращения: 09.05.2017).
  3. NETBIOS // book.itep.ru. URL: http://book.itep.ru/4/42/nbio_423.htm (Дата обращения: 09.05.2017).
  4. Как работает UEFI? // pomogaemkompu.tematik.com. Дата обновления: 29.09.2013 URL: https://pomogaemkompu.temaretik.com/196815804017150812/perehodim-na-uefi-vmesto-bios/ (Дата обращения: 15.05.2017).
  5. Как зайти в BIOS? // the-komp.ru. Дата обновления: 13.03.2012 URL: http://the-komp.ru/chto-takoe-bios.html (Дата обращения: 15.05.2017).
  6. Чем отличается BIOS от UEFI? // losst.ru Дата обновления: 13.06.2016 URL: https://losst.ru/chem-otlichaetsya-uefi-ot-bios (Дата обращения: 13.05.2017).
  7. BIOS // Википедия. Дата обновления: 15.03.2017 URL: https://ru.wikipedia.org/wiki/BIOS (Дата обращения: 09.05.2017).

Ссылки