Системные BIOS
6.2.1. Системные BIOS
BIOS (Base Input-Output System) — Базовая система ввода-вывода, набор системных программ, записанный в ПЗУ. В частности, содержит модуль начальной загрузки, который получает управлением сразу же после включения питания компьютера. Поскольку доступ к RAM (оперативной памяти) осуществляется значительно быстрее, чем к ROM, многие производители компьютеров создают системы таким образом, чтобы при включении компьютера выполнялось копирование BIOS из ROM в оперативную память. Задейтвованная при этом область памяти называется Shadow Memory (теневая память).
ПЗУ типичной BIOS занимает 128 Кбайт (до 1 Mбайт) верхней области памяти системы — UMA (upper memory area) в диапазоне адресов с EOOOOh no FFFFFh (внутри первого мегабайта памяти компьютера). Вопреки бытующему представлению, BIOS — это не единая программа, а набор отдельных служебных программ достаточно малого размера. BIOS состоит из трех частей (рис.ниже): программы начальной диагностики — POST (Power-On Self- Test), программы настройки параметров системы — CMOS Setup, и служебных системных подпрограмм. Каждая из подпрограмм BIOS выполняется в определенный момент времени в зависимости от состояния компьютера.
6.2.2. POST
Хотя многие начинающие специалисты по обслуживанию ПК знают, что POST проверяет работоспособность компьютера, мало кто из них догадывается, что эта система управляет всем процессом запуска компьютера. POST управляет практически всеми действиями по инициализации ПК, выполняет низкоуровневые диагностические проверки и надежно проверяет основные обрабатывающие компоненты компьютера, включая программное обеспечение, находящееся в ПЗУ, а также системную память. POST проверяет центральный процессор, инициализирует системный комплект контроллеров, проверяет память CMOS, где хранятся параметры настройки системы, и заполняет таблицу векторов прерываний для процессора по адресам с 0000h no 02FFH. Затем POST устанавливает область стека BIOS в диапазоне адресов памяти с 0З00H по 03FFH, загружает область данных BIOS в нижнюю память по адресам с 0400h no Q4FFh, производит поиск дополнительных микросхем ПЗУ BIOS различных адаптеров и выполняет загрузку операционной системы с имеющегося диска.
6.2.3. Программа настройки параметров системы (CMOS Setup)
Параметры настройки любого ПК хранятся в небольшой микросхеме CMOS ОЗУ, потребляющей мало энергии. Доступ к этим параметрам осуществляется с помощью служебной программы CMOS Setup, являющейся составной частью BIOS. На старых П К, созданных на основе микропроцессоров 1286 и 1386, эта программа находилась вместе с операционной системой на гибком магнитном диске. Этот установочный диск нередко терялся или выходил из строя от частого употребления. Начиная с последующих моделей компьютеров на основе микропроцессора 1386, программа CMOS Setup стала частью системной BIOS. В период загрузки системы POST собирает информацию о системной аппаратуре и сравнивает ее с параметрами, хранящимися в CMOS. Если расхождений не обнаруживается, то аппаратура считается работоспособной, и процесс начальной загрузки системы продолжается. В противном случае загрузка прекращается, и выводится сообщение об ошибке настройки системы. Версии программы CMOS Setup сильно отличаются от производителя к производителю и от системной платы к системной плате, поэтому нет единого стандарта параметров настройки и места их расположения в памяти CMOS.
6.2.4. Системные процедуры
Рекомендуемые материалы
Служебные системные подпрограммы (также называемые служебными подпрограммами BIOS) представляют собой набор отдельных функций, образующий программный слой между аппаратурой и операционной системой. Именно универсальность этих функций позволяет одну и ту же операционную систему использовать на персональных компьютерах с различными системными платами, архитектурами шин, типами процессоров и комплектов интегральных микросхем. Эти служебные подпрограммы вызываются посредством механизма программных прерываний. Обычно прерывание заставляет процессор прекратить выполнение текущей работы и передать управление по адресу расположения служебной подпрограммы, которая специально предназначена для обработки данного прерывания. Когда программа обработки прерывания завершит свою работу, происходит восстановление состояния процессора на момент возникновения прерывания, и программное управление возвращается в то место, где была прервана работа процессора. Существует большое количество событий, которые могут вызвать прерывание процессора. Источниками прерываний может быть сам процессор, аппаратура или программа.
Прерывания, генерируемые процессором (процессорные прерывания) часто являются результатом необычного, неожиданного или ошибочного результата выполнения программы. Например, если программа пытается выполнить деление числа на ноль, процессор генерирует прерывание 1NT ООН, в результате чего появляется сообщение об ошибке ”Деление на ноль” (Divide by zero). Существуют пять процессорных прерываний (от 00h до 04h).
Аппаратные прерывания генерируются, когда периферийное устройство хочет привлечь внимание процессора для выполнения определенной задачи. Аппаратные прерывания инициируются выставлением логического уровня на линии запроса прерывания -IRQ (Interrupt Request). Процессор приостанавливает свою работу и выполняет процедуру обработки прерывания. Затем процессор возвращается к нормальной работе. Например, каждый раз при нажатии клавиши клавиатуры, контроллер клавиатуры генерирует запрос на прерывание IRQ1, соответствующий прерыванию INT 09h. Это приводит к запуску программы обработки прерывания клавиатуры. Персональные компьютеры, начиная с 1ВМ PC/AT, обычно имеют 16 линий аппаратных прерываний (с IRQO по IRQ 15), что соответствует INT 08h—0Fh и 70h—77h соответственно.
Программные прерывания генерируются для проверки устройства или для управления устройством с целью выполнения определенной работы. Функция ”print screen” (печать экрана) может случить примером использования программного прерывания. Когда на клавиатуре наживается клавиша PRINT SCREEN, генерируется прерывание INT 05h. Программа обработки этого прерывания выводит на печать текущее изображение на экране монитора.
6.2.5. Функциональные возможности BIOS
Компоненты персонального компьютера непрерывно совершенствуются — будь то центральные процессоры, системные контроллеры, память, видеосистема, дисковые накопители и т.п. По мере совершенствования компьютерной аппаратуры должна развиваться и BIOS с тем, чтобы учитывать появляющиеся новые ресурсы современных компьютеров. В связи с этим важно иметь представления об основных возможностях современной BIOS. He обязательно разбираться во всех деталях, но надо, по крайней мере, уметь узнавать ”современную” BIOS по ее возможностям. Хотя некоторые из перечисленных возможностей могут показаться почти идентичными, главные возможности современной BIOS можно сгруппировать в следующие разделы:
· Поддержка процессора. BIOS может работать с большим набором центральных процессоров, преимущественно следующих производителей: Intel, AMD и Cyrix. В частности поддерживаются следующие процессоры Pentium, Pentium MMX, Pentium Pro, Pentium II, Pentium III, Pentium 4, AMD Athlon, и AMD Duron (конечно, ни одна BIOS не может поддерживать работу сразу всех возможных процессоров).
· Поддержка системных контроллеров (чипсетов). BIOS может поддерживать работу последних моделей системных контроллеров (таких как Intel 840 или 850). Поддержка работы системных контроллеров является чрезвычайно важной, поскольку именно с их помощью системная плата осуществляет реализацию таких функций как, например, управление питанием.
· Поддержка памяти. BIOS должна уметь автоматически определять размер системной памяти и поддерживать современные типы памяти (например, SDRAM, DDR-SDRAM, и Rambus). Также должен поддерживаться контроль ошибок памяти с использованием бита четности или кода коррекции ошибок (ЕСС). Современная BIOS может работать с памятью емкостью до 4 Гбайт (а в серверах и более), хотя системная плата может и не иметь достаточно разъемов для установки такого объема памяти.
· Поддержка функции управления питанием. BIOS должна полностью соответствовать спецификации интерфейса ACPI (Advanced Configuration and Power Interface — усовершенствованный интерфейс конфигурирования системы и управления энергопитанием) версии 1.0 или более поздней, а также поддерживать спецификацию интерфейса BIOS с усовершенствованными средствами управления энергопотреблением (АРМ BIOS) версии 1.2 или более поздней. Управление питанием особенно важно для переносных компьютеров, но также широко используется в настольных компьютерах с целью уменьшения потребления энергопитания. BIOS должна поддерживать функцию управления питанием мониторов DPMS (Display Power Management System).
· Поддержка накопителей. BIOS должна поддерживать большие жесткие диски UltraATA с количеством цилиндров более 1024, 32-разрядный обмен с дисками, современные режимы передачи данных (Ultra-DMA/33, Ultra-DMA/66, Ultra-DMA/100 и Ultra-DMA/I 33). Становится общим правилом поддержка накопителей со съемными носителями (Zip или SyQuest). В некоторых случаях BIOS может даже включать поддержку основных функций технологии RAID, например функцию RAID-1 (зеркальные диски).
· Поддержка спецификации PC 99. BIOS должна соответствовать требованиям PC 99 (или более поздние) компании Microsoft.
· Поддержка I/O. BIOS должна поддерживать функции интеллектуального ввода/вывода (I/O), которые позволяют динамически назначать порты и ресурсы устройствам ввода/вывода в компьютере. Чаще всего это встречается в серверных платформах.
· Поддержка универсальной загрузки. BIOS должна уметь загружать систему с нескольких различных накопителей и поддерживать протокол BBS (BIOS Boot Specification — спецификацию загрузки BIOS) для загрузочных устройств. В настоящее время поддерживается загрузка с 4-х накопителей IDE (включая CD-ROM), SCSI - накопителей и сетевых плат. Поддержка накопителей со съемными носителями (например, Iomega Zip или SyQuest) также считается достоинством.
· Поддержка технологии Plug-and-Play. BIOS должна обнаруживать и настраивать РnР - устройства в период выполнения процедуры POST. BIOS также должна взаимодействовать с операционной системой Windows 95/98 при распределении системных ресурсов, и поддерживать управление запросами на прерывание (IRQ) для устройств шины PCI. Поддержка спецификации AML компании Microsoft обеспечивает совместимость с PnP - возможностями современных операционных систем семейства Windows 2000 и ХР.
· Поддержка параллельного порта. BIOS должна поддерживать весь спектр режимов работы параллельного порта, включая стандартный параллельный порт SPP (Standard Parallel Port) (или режим “совместимости), двунаправленный режим, режим EPP (Enhanced Parallel Port) и режим ЕСР (Enhanced Capabilities Port). Все эти режимы определены стандартом IEEE 1284.
· Поддержка шин РСI и AGP. BIOS должна поддерживать спецификацию шины PCI (Peripheral Component Interconnect) версии 2.1 или более поздней, включая мосты PCI - РСI и PCI - ISA. BIOS должна также поддерживать работу ускоренного графического порта AC P (Accelerated Graphics Port) версии 2.0 или более поздней.
· Поддержка универсальной последовательной шины USB. BIOS должна поддерживать спецификации Universal HCI и Open HCI1. Она должна обеспечивать полную совместимость и поддержку устройств шины и многоуровневых концентраторов шины USB. В новейших версиях BIOS осуществляется поддержка стандарта USB 2.0 (высокоскоростная шина USB).
· Антивирусная защита. BIOS должна содержать опцию антивирусной зашиты. Как минимум, BIOS должна предотвращать изменение главной загрузочной записи (один из традиционных способов размножения вирусов).
Бесплатная лекция: "4 - Истечение жидкости через отверстие" также доступна.
· Если вы собираетесь познакомиться с возможностями используемой в компьютере BIOS или планируете установить новую версию, то можете многое узнать из кодов идентификации BIOS.
6.2.6. МИКРОСХЕМА CMOS
CMOS — это всего лишь статическая оперативная память небольшого объема с низким энергопотреблением. Первые CMOS микросхемы имели объем в 64 байта, у следующего поколения объем возрос вдвое — до 128 байт. Современные модели имеют 512 байт памяти и более, которая используется для хранения настроечных параметров компьютера и дополнительных конфигурационных данных ESCD (Extended System Configuration Data), используемых для работы системы РnР.
6.2.7. Функции микросхемы СМОS
Поскольку оперативная память теряет записанную в нее информацию при отключении питания, в состав компьютера входит батарейка, которая обеспечивает постоянное питание микросхемы CMOS (и системных часов). Именно эта батарея обеспечивает функционирование системных часов, а также сохранение системных параметров в периоды отключения питания компьютера. Конечно, если эта батарея выйдет из строя, то дата, время и системные параметры компьютера будут потеряны. И восстановить корректные настройки компьютера после такого сбоя может быть достаточно непросто, особенно у старых моделей PC.
CMOS (Complementary Metal - Oxide Semiconductor) — комплиментарный оксид металла на полупроводнике. (КМОП). Строго говоря, CMOS — это просто одна из технологий изготовления микросхем, отличающееся, в частности, весьма малым энергопотреблением. Но применительно к персональным компьютерам под аббревиатурой CMOS стали понимать именно CMOS RAM, то есть ОЗУ, выполненное по технологии КМОП.
