BIOS и процесс начальной загрузки
6.3. BIOS и процесс начальной загрузки
Следующим шагом в понимании BIOS будет знакомство с процессом начальной загрузкой системы — последовательности действий, которые происходят с компьютером под управлением BIOS с момента включения питания до момента загрузки операционной системы. Хотя каждая BIOS выполняет одинаковую последовательность действий, разные версии немного отличаются друг от друга, поэтому они могут иметь немного больше или меньше шагов, чем описываемая ниже версия BIOS.
6.3.1. Программное обеспечение компании American Megatrends
Компания American Megatrends (AMI) известна своими BIOS, программами диагностики и системными платами. AMI BIOS выполняет 24 действия по всесторонней проверке и инициализации компьютера. POST AMI BIOS выполняет следующие действия:
1. Запрещает линии немаскируемых прерываний в процессоре. Возникновение ошибки в этом месте свидетельствует о неисправности микросхемы памяти CMOS или связанных с ней схем.
2. Задерживает включение питания. Система сбрасывает признаки частичной и полной перезагрузки. Ошибка в этом месте указывает на неисправность микросхемы контроллера клавиатуры или микросхемы генератора тактовых импульсов.
3. Инициализирует комплект ИС (системные контроллеры). BIOS инициализирует комплект ИС системной платы, который установлен в системе. Возникновение ошибки в этом месте может быть следствием неисправности BIOS, микросхемы генератора тактовых импульсов или комплекта ИС.
4. Определяет способ запуска. Система читает разряды перезапуска в контроллере клавиатуры для определения способа запуска системы — полного или частичного (холодная или горячая загрузка). Ошибка в этом месте может свидетельствовать о неисправности BIOS или микросхемы контроллера клавиатуры.
5. Проверяет контрольную сумму содержимого микросхемы ПЗУ BIOS. Система подсчитывает контрольную сумму содержимого ПЗУ BIOS и добавляет к полученному значению величину, записанную в ПЗУ на заводе изготовителе. В результате должно получиться значение 00h. Если результат не равен ООН, то микросхема ПЗУ BIOS неисправна.
Рекомендуемые материалы
6. Проверяет клавиатуру. Посылается команда контроллеру клавиатуры (контроллеру 8042), которая выполняет тест и выделяет буфер для команд. После этого BIOS посылает командный байт, пишет данные в этот буфер, проверяет старшие разряды (вывод 23) внутреннего контроллера клавиатуры, и выдает команду NOP (No Operation — отсутствие операции). Ошибка в этом месте может свидетельствовать о неисправности микросхемы контроллера клавиатуры.
7. Проверяет байт выключения в памяти CMOS. BIOS проверяет байт выключения системы в памяти CMOS, вычисляет контрольную сумму содержимого памяти CMOS и обновляет диагностический байт этой памяти. Затем система инициализирует частичную копию памяти CMOS в обычной памяти и обновляет дату и время. Возникновение ошибки в этом месте может свидетельствовать о неисправности микросхемы памяти CMOS или батареи резервного питания микросхемы памяти CMOS.
8. Запрещает работу контроллеров. После этого BIOS запрещает работу микросхем контроллеров прямого доступа к памяти (DMA) и прерываний (IRQ), прежде чем продолжить работу. Ошибка в этом месте может быть следствием неисправности соответствующего контроллера.
9. Запрещает работу видео системы. BIOS запрещает работу микросхемы контроллера видеосистемы. Если при этом возникает ошибка, то ее причина может быть связана с видеокартой.
10. Определяет объем доступной памяти. Система выполняет подсчет количества доступной памяти. BIOS измеряет системную память блоками по 64 Кбайт. Возникновение проблемы на этом этапе может быть следствием неисправности одной или нескольких микросхем памяти.
11. Проверяет таймер программных прерываний. BIOS проверяет таймер программных прерываний PIT (programmable interrupt timer), играющий важную роль в регенерации памяти. Наличие ошибки при прохождении теста PIT может быть результатом неисправности микросхемы PIT или микросхемы системных часов (RTC).
12. Проверяет регенерацию памяти. Затем BIOS использует PIT и пытается регенерировать память. Возникновение ошибки свидетельствует о неисправности микросхемы PIT.
13. Проверяет младшие адресные линии. Система проверяет первые 16 адресных линий, управляющих первым блоком памяти размером в 64 Кбайт. Возникновение ошибки свидетельствует о наличии неисправности в одной из адресных линий.
14. Проверяет младший блок памяти в 64 Кбайт. Система проверяет первый блок в 64 Кбайт системной памяти. Это важная проверка, поскольку в этом блоке располагается информация, критически важная для инициализации системы. Возникновение ошибки свидетельствуете неисправности микросхемы памяти.
15. Инициализирует поддержку комплектов ИС (чипсетов). BIOS выполняет инициализацию микросхем таймера программных прерываний (PIT) и прямого доступа к памяти (DMA). Причиной возможной ошибки может быть неисправность одной из этих микросхем.
16. Загружает таблицы векторов прерываний. BIOS загружает таблицу векторов системных прерываний в первый Кбайт системной памяти.
17. Проверяет контроллер клавиатуры. BIOS читает буфер контроллера клавиатуры по адресу порта ввода/вывода 60h. Возникновение ошибки может свидетельствовать о неисправности микросхемы контроллера клавиатуры.
18. Проверяет видеосистему. Система определяет тип используемого видеоадаптера, затем проверяет и инициализирует видеопамять и адаптер. Возникновение ошибки будет свидетельствовать о неисправности видеопамяти или адаптера. После успешного прохождения теста, видеосистема готова к работе.
19. Загружает область данных BIOS. Система загружает в обычную память область данных BIOS — BDA (BIOSdata area).
20. Проверяет память. BIOS проверяет память до I Мбайт. Возникновение ошибки обычно свидетельствует о неисправности одного или нескольких модулей ОЗУ, микросхемы контроллера клавиатуры или одной из линий адреса.
21. Проверяет регистры DMA. BIOS выполняет проверку регистров контроллера (контроллеров) DMA с помощью бинарных тестов. Возникновение ошибки будет свидетельствовать о неисправности микросхемы (микросхем) DMA.
22. Проверяет клавиатуру. Система выполняет финальную проверку интерфейса клавиатуры. Возникновение ошибки свидетельствуете неисправности клавиатуры.
23. Запускает высокоуровневые тесты. На этом этапе осуществляется выполнение всего набора тестов, которые проверяют высокоуровневые устройства. В частности, проверяются устройства накопителей на гибком и жестком дисках, адаптеры параллельных и последовательных портов, адаптер мыши и т.п. Количество и сложность этих тестов зависит от версии BIOS. При возникновении ошибки появляется соответствующее сообщение. Если аппаратура системы не соответствует информации, находящейся в памяти CMOS, то выводится соответствующий код ошибки.
24. Загружает операционную систему. BIOS генерирует прерывание INT19, процедура обработки которого загружает операционную систему. На этой стадии ошибки отображаются в виде сообщений об ошибке, например, ”Non system disk” (несистемный диск).
6.3.2. Программное обеспечение компании Award
Компания Award является еще одним производителем популярных и хорошо спроектированных BIOS, чьи изделия можно найти в персональных компьютерах почти всех поколений. Описанная ниже последовательность действий относится к Award BIOS версии 4.2 и последующих версий.
1. Проверка процессора. BIOS проверяет признаки ошибок в процессоре, затем выполняет проверку регистров путем записи и чтения тестовых комбинаций. Возникновение ошибки может быть обусловлено неисправностью процессора или системного тактового генератора.
2. Инициализация поддержки микросхем. Запрещается работа видеосистемы, а также контроль четности, DMA и NMI; затем инициализируются микросхемы РIТ/РIС и
NMI (non maskable interrupt) — немаскируемое прерывание. — PIC (programmable interrupt controller) — программируемый контроллер прерываний.
3. Инициализация клавиатуры. Инициализируется клавиатура и контроллер клавиатуры (keyboard controller, KBC). Возникновение ошибки может быть следствием плохого подключения клавиатуры или неисправности микросхемы КВС.
4. Проверка ПЗУ BIOS. Проверяется контрольная сумма ПЗУ BIOS. Возникновение ошибки на данном этапе обычно свидетельствует о неисправности микросхемы ПЗУ BIOS, которая в этом случае подлежит перепрограммированию или замене.
5. Проверка памяти CMOS. Выполняется проверка содержимого микросхемы памяти CMOS (которая также выявляет неисправность батарейки резервного питания). Причиной возникновения ошибки изданном этапе может быть неисправность микросхемы памяти CMOS или батарейки резервного питания микросхемы памяти CMOS.
6. Проверка памяти. Проверяются первые 256 Кбайт. Возникновение ошибки указывает на неисправность микросхем памяти SIMM или DIMM.
7. Инициализация кэш памяти. Активизируется внешняя по отношению к основному комплекту ИС кэш память. Ошибка управления кэш памятью на этом этапе может свидетельствовать о неисправности микросхемы контроллера кэш памяти или микросхем кэш памяти.
8. Инициализация таблицы векторов. Инициализируются вектора прерываний, и в нижней области памяти создается таблица прерываний. Возникновение ошибки может указывать на неисправность BIOS или нижней (с младшими адресами) области памяти.
9. Проверка контрольной суммы памяти CMOS. Если проверка завершается неудачно, то загружаются стандартные параметры (используемые по умолчанию) BIOS. При возникновении ошибки необходимо заменить микросхему памяти CMOS.
10. Инициализация клавиатуры. Производится инициализация клавиатуры, клавиша Num Lock устанавливается в значение On (включено). При возникновении ошибки необходимо проверить клавиатуру или контроллер клавиатуры.
11. Проверка схем видеосистемы. Проверяется схема видеоадаптера и выполняется его инициализация.
12. Проверка видеопамяти. Проверяется память видеоадаптеров MDA или CGA (конечно, если один из них установлен в системе). При возникновении ошибки необходимо проверить плату видеоадаптера.
13. Проверка контроллера DMA. Производится проверка контроллеров DMA и страничных регистров. При возникновении ошибки необходимо проверить микросхемы DMA.
14. Проверка программируемого контроллера прерываний (Р/С). Проверяются микросхемы 8259 PIC.
15. Проверка режима EISA. Выполняется проверка контрольной суммы дополнительной области данных памяти CMOS, где содержится информация о шине EISA. Если проверка заканчивается успешно, то осуществляется инициализация адаптера EISA.
16. Разрешение разъемов расширении шины EISA. В случае успешной проверки разрешаются разъемы 0—15 (для EISA адаптеров).
17. Проверка размера памяти. По адресам памяти свыше 256 Кбайт производится запись блоками по 64 Кбайт и инициализация всех обнаруженных адресов. Если какой-то разряд оказывается ошибочным, то становится невидимым весь блок (и все, что расположено выше него), содержащий этот разряд. В этом случае необходимо заменить микросхемы памяти SIMM или DIMM.
18. Проверка памяти. Память, расположенная выше 256 Кбайт проверяется методом чтения/записи (и сравнения результатов). Ошибка может свидетельствовать о неисправности разряда ОЗУ и неисправности микросхемы памяти SIMM или DIMM, которую необходимо в этом случае заменить.
19. Проверка памяти EISA. Осуществляется проверка памяти на всех предварительно инициализированных адаптерах. При возникновении ошибки данный адаптер необходимо проверить.
20. Инициализация мыши. Проверяется наличие в системе мыши. Если мыши присутствует, то устанавливается соответствующий вектор прерывания для нее. При возникновении ошибки необходимо проверить адаптер мыши.
21. Инициализация кэш памяти. Инициализируется контроллер кэш памяти (если он присутствует).
22. Установка теневого ОЗУ. Разрешается работа любого теневого ОЗУ (в соответствии с установками в памяти CMOS).
23. Проверка накопителя на гибком диске. Проверяется и инициализируется контроллер и накопитель на гибком диске.
24. Проверка накопителя на жестком диске. Проверяется и инициализируется контроллер и накопитель на жестком диске. Причиной возможной ошибки может быть неправильная установка, неисправный контроллер или дефектный жесткий диск.
25. Проверка параллельного/последовательно порта. Производится инициализация всех последовательных и параллельных портов, обнаруженных по соответствующим адресам.
26. Инициализация сопроцессора. При обнаружении математического сопроцессора производится его инициализация.
27. Установка скорости загрузки. Устанавливается стандартная (принимаемая по умолчанию) скорость загрузки системы.
Бесплатная лекция: "3. Электробезопасность" также доступна.
28. Циклическое выполнение проверок POST. Осуществляется циклическое выполнение проверок POST, если есть сигнал на контакте “loop pin”. (Используется только для технологического контроля).
29. Обеспечение безопасности. Система запрашивает пароль (если он был установлен). В противном случае проверяются данные в памяти CMOS или микросхема памяти CMOS. Например, пароль в памяти CMOS мог быть обнулен при замене батарейки резервного питания микросхемы памяти CMOS.
30. Запись в память CMOS. BIOS пытается писать параметры настройки системы в CMOS память. Возникновение ошибки обычно свидетельствует о неправильной конфигурационной информации в памяти CMOS.
31. Инициализация ПЗУ адаптеров. Производится инициализация ПЗУ всех адаптеров в адресном пространстве от CS00h до EFFFh. В каждом ПЗУ выполняется внутренний тест перед возвратом управления в системное ПЗУ. Причина возможной ошибки связана с ПЗУ адаптера или подключенной аппаратурой, которую необходимо в этом случае заменить.
32. Установка времени. Осуществляется установка времени в памяти CMOS в значение, хранящееся по адресу 40h области данных BIOS.
32. Загрузка системы. управление передается обработчику прерывания INT 19 для начальной загрузки операционной системы.
