Что происходит при включении питания?

Любой пользователь на этот вопрос ответит: "Компьютер тестирует память,

находит подключенные жесткие диски и загружает операционную систему".

Это верный ответ. Но отражает ли он действительную ситуацию? Процесс

загрузки по своей структуре довольно сложен. Представлять последователь-

ность событий иногда очень полезно, например, при диагностике неисправ-

ностей.

После нажатия кнопки Power блок питания компьютера проводит само-

тестирование. Если все напряжения соответствуют требованиям, спустя

0,1—0,5 с вырабатывается сигнал Power Good ("хорошее напряжение"), и на

вход микропроцессора одновременно с питанием поступает сигнал Reset

("сброс"). При поступлении на специальный вход этого сигнала процессор

обнуляет содержимое своей памяти и начинает работу.

Для пользователя начало работы компьютера ознаменуется появлением изо-

бражения на экране монитора. Первое, что можно увидеть, — это заставка

видеоплаты, которая выводится в верхней части экрана примерно на

1 секунду (время зависит от модели видеоплаты). В заставке содержится

информация о производителе и модели видеоплаты, что позволяет пользова-

телю быстро найти необходимые драйверы.

После полной очистки на экран выводится информация об установленном

процессоре (его типе и рабочей частоте), о производителе и версии BIOS.

Эта информация поможет вам при обновлении версии или восстановлении

испорченной BIOS. Немного ниже появляются быстро сменяющие друг

друга цифры, обозначающие процесс проверки оперативной памяти. Судя

по ним, можно определить размер установленной памяти. Но ограничивает-

ся ли работа компьютера на начальном этапе выводом на экран такого ми-

лава 2. Процессы, происходящие при включении компьютера 29_

;шума информации? На самом деле за этот короткийпромежуток времени

лоисходит немало интересного.

Тосле включения питания активизируется процессор и считывает из базо-

ж системы ввода/вывода инструкции по проведению первоначальной ди-

гностики и инициализации аппаратных компонентов компьютера. Для

того запускается специальная программа, называемая программой POST

~>т англ. Power-On Self Test, самотестирование при включении). Хранится

на в специальной энергонезависимой памяти, называемой BIOS-ПЗУ. Для

Зеспечения запуска программы тестирования ее начальный код располага-

т в специальной области — адресном пространстве памяти центрального

роцессора — куда в первую очередь идет обращение при включении пита-

:ия. Поскольку доступ к оперативной памяти осуществляется намного бы-

грее, чем к постоянной, многие производители предусматривают предвари-

тельное копирование содержимого BIOS в специальную область ОЗУ.

Тока компьютер не пройдет довольно обширный процесс настройки, он не

мает даже, есть ли в системе работоспособные дисководы. В процессе про-

эждения различных тестов последовательно проверяются оперативная па-

ять, процессор, флоппи-дисководы, жесткие диски и другие компоненты

эмпьютера. Получаемые при этом данные сравниваются с имеющимися в

. MOS-памяти, и по результатам сравнения определяется работоспособность

-тройств. Если на этапе тестирования выявляются проблемы с оборудова-

лем, то на экран выводится сообщение об ошибке. Одним из вариантов

зобщения о возникновении неисправности является вывод звукового сиг-

-дла на системный динамик.

То окончании тестирования всего имеющегося оборудования (внутренних

етройств, принтера, сканера и т. п.) программа загрузки ищет другие мик-

росхемы, в которых содержится BIOS. Эти микросхемы могут быть встрое-

ны в различные платы расширения, например, SCSI-контроллеры или сете-

вые платы. При обнаружении другого BIOS управление передается про-

~рамме инициализации данного устройства (например, SCSI-контроллер

ытается определить устройства, подключенные к интерфейсу, тестирует

ч и определяет возможность загрузки с найденных жестких дисков или

ID-ROM). По окончании процессов тестирования и инициализации уст-

ойств управление отдается BIOS материнской платы.

3 BIOS материнской платы хранятся не только программы для тестирования

:борудования, но и другие, предназначенные для активизации и обеспече-

ния работы стандартного аппаратного обеспечения персонального компью-

тера (считывание нажатых клавиш на клавиатуре, передача информации на

монитор, пересылка данных на принтер и т. п.). Подобные программы на-

.ываются драйверами устройств. Фактически BIOS и получила свое наиме-

ование благодаря этим программам.

Трограммы-драйверы устройств, которые реально управляют аппаратным

оеспечением. во время работы, так часто вызываются прикладными про-

30 Часть I. Основные понятия BIOS

граммами (в том числе и самой операционной системой), что оказалось бо-

лее эффективным постоянно хранить драйверы в памяти вместо того, чтобы

загружать их копию каждый раз, когда аппаратное обеспечение должно ра-

ботать.

Набор программ, которые выполняют самые основные функции по вводу

информации (такие как считывание нажатой клавиши) и выводу (такие как

отображение информации на экране), — это основной резидент в BIOS на

материнской плате. Некоторые ПК содержат в BIOS на материнской плате

еще и программы для настройки аппаратуры.

По окончании проверки работоспособности всех устройств и подготовки их

к работе BIOS начинает распределениересурсов компьютера между имею-

щимся аппаратным обеспечением. Существует три типа ресурсов, подлежа-

щих распределению. Это прерывания (IRQ), каналы DMA и порты вво-

да/вывода (I/O).

Процесс инициализации выглядит, в общей сложности, следующим образом:

П инициализация системных ресурсов и чипсета, а также системы управле-

ния электропитанием;

П тестирование оперативной памяти;

П включение клавиатуры;

П тестирование последовательных и параллельных портов, а также подклю-

ченных к ним устройств (принтера, сканера и т. п.);

• инициализация дисководов и контроллеров жестких дисков;

• распределение ресурсов между имеющимися устройствами;

• отображение итоговой системной информации в виде таблицы.

Исходя из информации, содержащейся в таблице, отображаемой в этот мо-

мент на экране монитора, можно сделать заключение о том:

• какие устройства подключены к каждому из четырех имеющихся каналов

IDE;

• в каком режиме эти устройства работают;

П какое количество оперативной памяти установлено на данном компьютере;

• к какому типу относится установленная память;

• включены или нет последовательные и параллельные порты;

П какие ресурсы используютвключенные порты.

Немного ниже таблицы выводятся сведения об устройствах, подключенных

к шине PCI, и ресурсах, используемых каждым из этих устройств.

Нажав клавишу <Pause> в момент появления указанной таблицы на экране

и подробно изучив ее содержимое, можно достаточно полно описать аппа-

Глава 2. Процессы, происходящие при включении компьютера 31_

ратную комплектацию данного компьютера без физического открытия сис-

темного блока.

По окончании тестирования и инициализации оборудования осуществляется

считывание в память внесистемного, общего для всех операционных систем,

загрузчика (NBR, Non-System Bootstrap), расположенного в стартовом сек-

торе физического жесткого диска, в так называемой главной загрузочной

записи (MBR, Master Boot Record). Загрузчик создается во время разбиения

и конфигурирования жесткого диска программой FDISK. В обязанности

загрузчика NBR входит считывание и запуск системного загрузчика (SB,

System Bootstrap), который устанавливается вместе с операционной систе-

мой и находится в стартовом секторе логического диска (Boot Record).

Если при проверке загрузочный сектор не обнаружен, на экране появляется

предупреждающее сообщение, вид и содержание которого зависит от произ-

водителя BIOS. To же сообщение выводится, если на жестком диске не об-

наружен ни один активный раздел, или хотя бы один раздел содержит не-

правильную метку.

POST-платы

Производители компьютеров под процессоры семейства х86 при создании

материнских плат предусмотрели возможность внешнего контроля за проис-

ходящими во время загрузки процессами.

Для этих целей в пространстве портов был выделен специальный порт —

Manufacturing Test Port (адрес 0080Н). В начале выполнения каждой из про-

цедур инициализации устройств BIOS выводит в данный порт код, одно-

значно определяющий назначение процедуры инициализации и, соответст-

венно, устройство, которое будет проинициализировано (протестировано).

В случае успеха BIOS начинает инициализацию следующего устройства и

записывает в порт 0080Н следующий код. Так происходит до прохождения

процесса инициализации всеми устройствами. Если же устройство проини-

циализировать не удается, то BIOS либо останавливает выполнение тестиро-

вания, либо пытается обратиться к устройству повторно. Таким образом,

зная последний POST-код, можно определить, какое из устройств дало

сбой.

В общем случае неисправность можно определить по издаваемым компью-

тером сигналам или выводимым на экран монитора сообщениям. Но в слу-

чае серьезной поломки подобные признаки "жизнедеятельности" могут от-

сутствовать. В этом случае для наглядного отображения кода отказавшего

устройства используют так называемую POST-плату. Такие платы применя-

ются для начального тестирования и предназначены для захвата диагности-

ческих кодов и их отображения в понятном пользователю виде. Удобство

32 Часть I. Основные понятия BIOS

этих плат состоит в том, что они позволяют достаточно точно определить

неисправность, даже когда полностью отсутствуют звуковые сигналы и вы-

вод изображения на экран монитора (и внешние признаки также не дают

основания предположить причину поломки).

Платы выпускаются в двух вариантах — для шин ISA и PCI. В последнее

время в связи с отказом производителей компьютерных комплектующих от

поддержки устройств стандарта ISA и появлением материнских плат, у ко-

торых отсутствуют соответствующие этому стандарту слоты, особую акту-

альность приобретают PCI POST-платы (рис. 2.1).

Рис. 2.1. Внешний вид платы IC80+ PCI

В Интернете можно встретить немалое количество советов по самостоятель-

ной сборке подобных диагностическихплат как для ISA, так и для PCI-

шины. Но, к сожалению, такие самодельные платы обычно выполняются

с явными нарушениями спецификаций шин. Характерной чертой этих плат

являются ошибки в работе, приводящие к зависанию компьютера на раз-

личных этапах старта, индикация неверных кодов или отображение хаотиче-

ски сменяющих друг друга цифр. Все заявления о полной совместимости

таких плат со всеми необходимыми стандартами основаны, как правило,

только лишь на энтузиазме разработчиков.

Характеристики POST-плат

Профессиональные POST-платы, разработанные специалистами в области

диагностики, обладают довольно широкими возможностями и способны

диагностировать следующие неисправности:

• отсутствие основных питающих напряжений 3,3 В, 5 В, +12 В, -12 В;

• отсутствие контактов в слотах или разъемах материнской платы;

• механические повреждения слотов и разъемов;

Глава 2. Процессы, происходящие при включении компьютера 33

D установка неправильной частоты системной шины;

• установка неправильного коэффициента умножения;

П сбои в кэш-памяти второго уровня, не интегрированной в чип процессора;

• ошибки инициализации видеоплаты;

О конфликты и несовместимость BIOS различных версий;

• несовместимость модулей памяти;

• конфликты устройств на уровне прерываний, адресов, DMA-каналов;

• неисправность устройств на шинах ISA и PCI;

• ошибки CMOS, контроллеров DMA, прерываний, клавиатуры;

• ошибки системного таймера;

G нарушение логики работы внешних PCI-устройств.

Как видно из вышеприведенного списка, наличие POST-платы просто необ-

ходимо любому специалисту, занимающемуся настройкой и обслуживанием

компьютеров. Точные сведения о назначении каждого кода зависят от про-

изводителя и версии BIOS. Полную информацию можно получить, посетив

официальный сайт производителя.

POST-коды AWARD BIOS

• СО — осуществляются следующие операции:

• отключаются интегрированная и внешняя кэш-память, а также запре-

щаются все операции с кэш-памятью;

• отключается затенение всех областей памяти, вследствие чего обраще-

ние к областям BIOS происходит непосредственно по месту ее распо-

ложения в микросхеме системного BIOS;

• проверяются контроллер DMA, контроллер прерываний, блок систем-

ных часов. Инициализация системы RTC производится только в слу-

чае сбоя батарейного питания. Иначе полная инициализация CMOS

не выполняется, потому что это приводило бы к сбросу часов при

каждом включении.

• С1 — с помощью последовательных циклов записи/чтения определяется

тип памяти и ее суммарный объем. В соответствии с полученной инфор-

мацией настраивается контроллер памяти. На этом этапе процессор пе-

реключается в защищенный режим.

• СЗ — проверяются первые 256 Кбайт оперативной памяти, которые будут

использоваться для последующего размещения в ней частей BIOS.

• С5 — исполняемый код программы тестирования переносится в опера-

тивную память для ускорения прохождения всех тестов.

2 Ч;.к_ Л12

34 Часть I. Основные понятия BIOS

• С6 — определяется наличие, объем и рабочие параметры внешней кэш-

памяти.

П С8 — производится проверка целостности содержимого микросхемы BIOS.

В случае несовпадения контрольной суммы делается вывод о поврежде-

нии области BIOS, и работа продолжается в зависимости от конкретной

ошибки.

• CF — определяется тип процессора, а результат размещается в CMOS-

памяти. Если по каким-то причинам не удается определить тип процес-

сора, выполнение программы тестирования останавливается, т. к. эта

ошибка является фатальной.

• 01 — процедура использовалась в ранних версиях BIOS для проверки ра-

ботоспособности процессора.Позднее от этого отказались, т. к. при на-

личии подобного сбоя процессор не сможет даже начать выполнение

программы POST.

• 02 — осуществляется проверка регистров процессора. От этой процедуры

отказались после появления процессора 80386 по той же причине, что и

от 01.

• 03 — осуществляется инициализация EISA-ресурсов и различных сигна-

лов чипсета, вроде маскируемого прерывания NMI.

• 04 — производится проверка формирования сигналов регенерации опера-

тивной памяти.

• 05 — осуществляется проверка и инициализация контроллера клавиату-

ры, однако опрос нажатых клавиш еще не производится.

• 06 — производится дополнительное тестирование области оперативной

памяти, используемой для размещения частей BIOS.

• 07 — проверяется функционирование CMOS-памяти и напряжение пи-

тающего ее аккумулятора. Если фиксируется ошибка питания, загрузка

продолжается, однако BIOS запоминает этот факт. В случае ошибки чте-

ния/записи CMOS-памяти загрузка прекращается с сохранением в диаг-

ностическом порту значения 07.

П 08 — производится дополнительное тестирование первых 256 Кбайт ос-

новной памяти.

• 09 — выполняется аппаратная идентификация процессоров Cyrix.

• BE — производится начальная инициализациячипсета материнской платы.

• 0А — инициализируется контроллер прерываний, производится первич-

ная настройка системы управления питанием.

• 0В — проверяется контрольная сумма CMOS-памяти. Если BIOS под-

держивает технологию Plug and Play, выполняется сканирование уст-

ройств ISA PnP и инициализация их параметров. Для PCI-устройств оп-

ределяются основные конфигурационные значения.

~~ава 2. Процессы, происходящие при включении компьютера 35

П ОС — инициализируется блок переменных BIOS.

~3 0D/0E — определяется наличие видеоплаты. Если обнаружена видео-

BIOS, проверяется ее контрольная сумма. При положительном результате

начинается инициализация видеоплаты. С этого момента появляется изо-

бражение на экране монитора, высвечивается заставка видеоплаты, окон-

чательно инициализируется клавиатура.

~3 OF — выполняется определение клавиатуры и ее внутренний тест. В этот

момент запрещены сброс контроллера клавиатуры и интерфейса манипу-

лятора "мышь" PS/2.

3 20/2F — осуществляется инициализация EISA-устройств. Производится

определение пустых слотов.

3 30/31 — определяется объем базовой и расширенной памяти, с этого мо-

мента на экране монитора начинает отображаться тестирование опера-

тивной памяти.

1 3D — инициализируется мышь, подключенная к порту PS/2.

3 41 — производится инициализация контроллера гибких дисков.

3 42 — выполняется настройка контроллера жестких дисков. Если в пара-

метрах указана автоматическая настройка, производится детектирование

устройств IDE, в противном случае данные берутся из CMOS-памяти.

3 45 — инициализируется математический сопроцессор.

3 4Е — настраивается USB-клавиатура. На данном этапе возможен вход

в программу установки по нажатии соответствующей клавиши.

"I 4F — запрашивается пароль на загрузку системы, если в параметрах ука-

зано его наличие. Логотип Energy Star или его заменяющий исчезает.

• 52 — производится поиск и инициализация дополнительных BIOS.

• 53 — осуществляется установка счетчика времени DOS в соответствии

с показаниями системных часов.

• 60 — включается антивирусная защита Boot Sector, если включен соот-

ветствующий параметр.

• 62 — осуществляется автоматический переход на летнее или зимнее вре-

мя, для клавиатуры определяется состояние индикатора NumLock и ре-

жим автоповтора.

• 63 — корректируется информация о PnP-устройствах в специальной об-

ласти ESCD, очищается оперативная память.

• ВО — этот код записывается в порт только в случае появления сбоя, на-

пример, при тестировании расширенной памяти. Если при работе в за-

щищенном режиме сбои отсутствуют, BIOS вообще не включает эту под-

программу. При наличии серьезных нарушений в работе будет активизи-

36 Часть I. Основные понятия BIOS

рована эта процедура, которая выведет в порт код ВО и остановит работу

системы.

П BF — производится настройка чипсета в соответствии с установками со-

ответствующих параметров BIOS.

• FF — последний этап тестирования. При успешном завершении всех

процессов инициализации на системный динамик выводится одиночный

звуковой сигнал, после чего осуществляется передача управления загруз-

чику ВООТ-сектора.

Другие версии BIOS могут предоставлять несколько иные объяснения диаг-

ностических кодов, но, в основном, их структура и предназначение являют-

ся стандартными.

ГЛАВА 3

Программа установки

Параметров BIOS

Микросхема BIOS содержит в себе специальную программу, позволяющую

пользователю с помощью системы меню устанавливать значения различных

параметров, режимов работы внутренних устройств, периферийного обору-

дования и т. п. В различных версиях BIOS внешний вид программы и

управление в ней изменяются, но принцип остается прежним — все пара-

метры сгруппированы по предназначению и расположены в соответствую-

щих разделах программы.

Называется программа — CMOS Setup Utility (в переводе с английского,

Утилита установки CMOS-памяти). Эта программа является основой всей

BIOS. Посредством программы установки пользователь может полностью

изменить аппаратную конфигурацию компьютера. Естественно, делать это

надо, не забывая об осторожности. Ведь, установив неправильные парамет-

зы, можно запросто привести компьютер в состояние полной неработоспо-

собности. Однако, имея "голову на плечах" и соблюдая некоторые правила,

можно свободно экспериментировать с помощью изменения значений раз-

личных параметров.

Единственное, что может ограничить пользователя в настройке, так это на-

личие или отсутствие каких-либо параметров в программе установки. Тогда

:<ак одни BIOS (AWARD и AMI) в достатке предлагают разнообразные па-

раметры для настройки системы, другие (Phoenix) ограничивают поле дея-

тельности очень небольшим набором опций.

Вход в программу установки

Программа установки параметров CMOS Setup Utility не доступна пользова-

телю во время работы компьютера. Это сделано специально длятого, чтобы

беречь компьютер от "шаловливых" рук начинающих пользователей, кото-

рые не слишком еще понимают, что делают. Практика показывает, что поч-

38 Часть I. Основные понятия BIOS

ти все, кто решился на покупку домашнего компьютера, имеют поверхност-

ные знания о том, как нужно на нем работать. И, тем более, как можно на-

строить операционную систему или какую-нибудь программу. В лучшем

случае на дом будет вызван "дядя-мастер", который все и настроит. В боль-

шинстве же случаев начинается блуждание по различным меню, заканчи-

вающееся включением всех возможных режимов (энергосбережения, паро-

лей и пр.), удалением всех "лишних" разделов в реестре Windows и полной

неспособностью компьютера к загрузке, хотя бы в безопасном режиме.

Представляете, что будет с компьютером после вмешательства такого

"специалиста" в установки BIOS? В лучшем случае компьютер зависнет в

начале загрузки с предупреждением об ошибках в памяти. Современные

BIOS предоставляют возможность изменения частоты системной шины в

широких пределах. А как привлекает частота процессора, например,

833 МГц вместо 336 МГц! Навряд ли начинающий пользователь обратит

внимание на то, что с частотой процессоравозрастает и частота работы всей

системной шины (соответственно, и работы всех имеющихся плат расшире-

ния). Во-первых, сам процессор не сможет выдержать такой нагрузки, он

просто откажется запускаться и придется аппаратно "обнулять" содержимое

CMOS-памяти. Во-вторых, если установленная повышенная частота позво-

ляет процессору запуститься, недостаток охлаждения может привести к то-

му, что процессор после работы в течение некоторого времени в нештатном

режиме будет "виснуть" даже при стандартной рабочей частоте.

По этой причине вход в программу установки параметров возможен только

при включении или перезагрузке компьютера (с помощью нажатия комби-

нации клавиш <Ctrl>+<Alt>+<Del> или кнопки Reset) и после инициализа-

ции всех устройств и прохождения загрузочных тестов. В наиболее распро-

страненном варианте для удобства пользователя в момент, когда возможен

вход в программу, внизу экрана на некоторое время появляется надпись

"Press Del to enter Setup". При нажатии клавиши <Delete> (<Del> на допол-

нительной, цифровой клавиатуре) происходит запуск оболочки программы

CMOS Setup Utility, с помощью которой в дальнейшем вы будете устанавли-

вать параметры. При нажатии клавиши <Del> на цифровой клавиатурепро-

следите за индикатором NumLock — он должен быть выключен. Если нет,

то предварительно нажмите клавишу <NumLock>.

Что делать, если при загрузке компьютера не появляется надпись, подска-

зывающая способ входа в программу установки? Возможно несколько ва-

риантов.

1. Некоторые версии BIOS позволяют отключить подсказку внизу экрана,

это применяется для защиты программы установки от несанкциониро-

ванного доступа (правда, срабатывает такая защита довольно редко — на-

чинающий пользователь крайне любопытен). В этом случае необходимо

нажать и удерживать клавишу <Delete> после прохождения теста памяти

(на быстрых машинах — с частотой процессора выше 600—700 МГц —

-ава 3. Программа установки параметров BIOS 39

клавишу лучше нажать сразу после включения компьютера). Возможно,

системный динамик начнет издавать звуки в такт нажатию клавиши, что

говорит о переполнении буфера клавиатуры. Не стоит этого пугаться —

ничего страшного не случится. После того, как будет запущена про-

грамма установки, проблема исчезнет сама собой (буфер клавиатуры

очистится).

- Способ входа в программу установки может и отличаться от вышеопи-

санного. Например, компьютеры фирмы Compaq и некоторыеноутбуки

запускают программу установки CMOS Setup после нажатия комбинации

клавиш <Ctrl>+<Alt>+<Del> в момент окончания тестирования системы.

Это крайне неудобно, т. к. иногда сложно уловить нужный момент.

Можно попробовать также и другие комбинации клавиш: <Ctrl>+<Esc>,

<Ctrl>+<Alt>+<Esc>, <Ctrl>+<Alt>+<S>, просто клавиша <Esc>. Неко-

торые производители выбирают и вовсе оригинальный способ входа —

например, клавишу <F1>, <F2> или <F10>.

В случае, когда вышеуказанные способы не помогают определить способ

входа в программу установки, придется прибегать к "хитростям". Для на-

чала перед включением компьютера нажмите какую-нибудь клавишу, на-

пример <пробел>, и после включения продолжайте ее удерживать. Про-

грамма тестирования определит неполадку с клавиатурой и, скорее всего,

предложит войти в программу установки (с выводом на экран монитора

подсказки, как это сделать). Если попытка закончилась неудачей, при-

дется вскрывать системный блок и временно отключать какой-нибудь из

дисководов (можно отключить даже загрузочный жесткий диск). При по-

пытке обратиться к этому диску BIOS выдаст сообщение об ошибке с

предложением войти в программу установки и определить верные пара-

метры подключенных дисководов (жестких дисков). Этот вариант приме-

ним только лишь в случае, когда на компьютер не установлена гарантия

фирмы-продавца, и пользователь имеет навыки подключения соедини-

тельных шлейфов (подробнее об этом можно прочитать в главах, посвя-

щенных правилам безопасной хирургии компьютера).