Билет №11 BIOS материнских платах

(/ˈbaɪɒs/, от англ. b asic i nput/ o utput s ystem — «базовая система ввода-вывода»), БИОС ^[1], также БСВВ — набормикропрограмм, реализующих API для работы с аппаратурой компьютера и подключёнными к нему устройствами.

BIOS относится к системному программному обеспечению (ПО).

Виды BIOS:

· BIOS материнской платы IBM PC-совместимого компьютера;

· BIOS периферийных устройств;

· NetBIOS.

BIOS материнской платы[править | править вики-текст]

В IBM PC-совместимом компьютере, использующем микроархитектуру x86, код BIOS хранится на микросхеме EEPROM (ЭСППЗУ — э лектрически с тираемое п ерепрограммируемое п остоянное з апоминающее у стройство).

Микросхема ПЗУ, хранящая код BIOS фирмы Award^[en]

Назначение BIOS:

· проверка работоспособности оборудования^[⇨];

· загрузка операционной системы (ОС)^[⇨];

· предоставление API для работы с оборудованием^[⇨];

· настройка оборудования^[⇨].

Начальная загрузка компьютера [править | править вики-текст]

Основная статья: Начальная загрузка компьютера

После включения IBM PC-совместимого компьютера процессор, реализующий микроархитектуру x86, читает код BIOS из ПЗУ (с микросхемы EEPROM), записывает его в ОЗУ (оперативную память) и передаёт управление коду BIOS.

Затем код BIOS:

· выполняет тестирование оборудования компьютера (см. POST, англ. p ower- o n s elf- t est);

· читает настройки из энергозависимого ПЗУ;

· применяет настройки;

· ищет и загружает в память код загрузчика;

· передаёт управление загрузчику.

Таким образом BIOS обеспечивает начальную загрузку IBM PC-совместимого компьютера.

В дальнейшем загрузчик ищет и загружает в память код операционной системы и передаёт ему управление.

BIOS реализует API для работы с внутренними и внешними устройствами компьютера. Загрузчик ОС и сама ОС используют это API для работы с оборудованием до тех пор, пока не загрузят собственные драйверы.

В настоящее время компания Intel на новых платформах предлагает использовать e xtensible f irmware i nterface (UEFI) вместо BIOS.

Инициализация и проверка работоспособности аппаратуры [править | править вики-текст]

Основная статья: POST (аппаратное обеспечение)

Бо́льшую часть кода BIOS составляют микропрограммы, предназначенные для инициализации контроллеров, расположенных на материнской плате, и устройств, подключённых к материнской плате (которые, в свою очередь, могут иметь контроллеры с собственными BIOS).

Сразу после включения питания компьютера процессор читает код BIOS из EEPROM, записывает код BIOS в память и передаёт ему управление. Первым делом код BIOS начинает проверку аппаратного обеспечения компьютера — POST (англ. p ower- o n s elf- t est). В ходе POST код BIOS проверяет работоспособность контроллеров, расположенных 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 случится сбой, код BIOS может выдать информацию, позволяющую выявить причину сбоя. Если нет возможности вывести сообщение на монитор, код BIOS воспроизведёт звуковой сигнал через встроенный динамик.

См. также:

· POST (англ. p ower- o n s elf- t est);

· ESCD (англ. e xtended s ystem c onfiguration d ata);

· звуковые сигналы BIOS;

· коды ошибок BIOS.

Загрузка операционной системы [править | править вики-текст]

Если POST выполнен без ошибок, код BIOS начнёт поиск кода загрузчика ОС. Поиск выполняется на доступных и разрешённых в настройках носителях:

· в главной загрузочной записи (англ. master boot record, MBR) на hdd или ssd;

· на USB-flash;

· на оптическом диске CD-ROM;

· на дискете (англ. floppy disk);

· в сети с использованием технологии PXE (см. также «тонкий клиент»).

Код BIOS загрузит код загрузчика ОС в память и передаст ему управление.

Загрузчик ОС и сама ОС по ходу работы могут изменять большинство настроек, установленных кодом BIOS.

Некоторые реализации BIOS поддерживают загрузку через интерфейсы, изначально для этого не предназначенные (USB и IEEE 1394).

Утилиты, доступные без загрузки ОС [править | править вики-текст]

Старые компьютеры семейства IBM PC/XT не имели полноценной операционной системы (либо её загрузка не была необходима пользователю), вызывали встроенный интерпретатор языка BASIC (который выполнял роль простейшей ОС).

Некоторые BIOS предоставляют дополнительную функциональность:

· воспроизведение аудио-CD или DVD-дисков;

· обновление кода BIOS с внешних носителей;

· использование простых браузеров.

Примитивное API [править | править вики-текст]

IBM-совместимые компьютеры изначально конструировались так, чтобы предоставить возможность расширения. По этой причине работа с дисками иэкраном выполнялась через функции BIOS — при появлении нового оборудования переписывается BIOS, а программы продолжают работать, как и раньше. Ранее для этого использовались порты ввода-вывода и блоки памяти.

Код BIOS предоставляет несколько интерфейсов, упрощающих составление программ, например, функции для работы с экраном в телетайпном режиме, функции для сканирования клавиатуры. Эти API позволяют работать с оборудованием на низком уровне, поэтому в названии «BIOS» присутствует слово «базовый».

API (функции) BIOS используются простейшими ОС (такими, как DOS), всеми ОС в момент загрузки и в «аварийных» режимах. Современные ОС, такие, как Windows и Linux, после загрузки использующие свои драйверы, не используют API BIOS.

С развитием компьютерных систем в коде BIOS продолжали использоваться устаревшие технологии: прежде всего «реальный режим» работыпроцессора x86.

Для замены BIOS рядом производителей вычислительных систем (Unified EFI Forum (англ.), UEFI) предложена и внедряется технология EFI.

Настройка оборудования с помощью меню [править | править вики-текст]

Чтобы позволить пользователям менять настройки оборудования, код BIOS, как правило, реализует экранное меню.

Меню BIOS фирмы Award^[en]

Открыть меню BIOS (англ. BIOS setup) можно, если во время POST нажать определённую клавишу. Часто используются клавиши Del, F2, F10, Esc и F8

Некоторые возможности меню:

· настройка даты и времени для системных часов;

· настройка периферии, не приспособленной к работе в режиме «Plug and Play» — например, жёстких дисков, выпущенных в начале 1990-х годов и работающих в режиме адресации CHS; COM- и LPT-портов;

· запуск аппаратуры в «форсированном» или «щадящем» режиме;

· установка заводских настроек (подробнее см. ниже);

· включение и выключение оборудования, встроенного в материнскую плату (USB-, COM- и LPT-портов, встроенного видео-, сетевого или звуковогоадаптера);

· отключение некоторых тестов, выполняемых во время POST, для уменьшения времени выполнения POST (ускорения начальной загрузки);

· 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^[2]. Если неудачно написанный драйвер не работает с жёсткими дисками, подключёнными через интерфейс SerialATA, BIOS может эмулировать интерфейс ATA;

· порядок носителей, с которых выполняется загрузка компьютера: жёсткий диск, USB-накопители, CD-ROM, загрузка с использованием сетевой платы(NIC) по технологии PXE и т. д. Если загрузка с первого носителя не удалась, BIOS пробует следующий по списку.

Меню для выбора носителя, на котором код BIOS будет искать код загрузчика

Сами состояния настроек не находятся непосредственно в микросхеме ПЗУ BIOS-а. Они записываются в энергозависимое ПЗУ, физически находящейся в другой микросхеме (очень часто — в ячейках памяти южного моста). В выключенном состоянии компьютера данные этого ПЗУ сохраняются питанием от резервного источника, в качестве которого очень часто используются литиевые элементы CR2032 и подобные (одновременно использующиеся для резервного питания встроенных аппаратных системных часов).

Батарейка CR2032 (англ.) фирмыPanasonic на материнской платекомпьютера

Так как существует вероятность неправильной настройки оборудования (неудачный разгон, воздействие вирусов, неправильные значения параметров, аппаратный сбой), предусмотрена возможность возврата настроек по умолчанию (сброса настроек). Сбросить настройки можно несколькими способами:

· программно:

· с помощью меню BIOS;

· путём нажатия особой комбинации клавиш во время POST;

· аппаратно:

· путём установки перемычек (англ. jumper) на материнской плате. На плате перемычки, обычно, обозначены надписью «CLEAR_CMOS», «CLR_CMOS», «CLRRTC»^[3] или др.;

· путём нажатия кнопки, расположенной на материнской плате. Кнопка может быть вынесена на заднюю панель системного блока^[4].

Фотография участка материнской платы «p4p800 se» фирмы Asus. На фото видны:

· батарейка CR2032 (англ.) фирмы «KTS»;

· микросхема ПЗУ, хранящая код BIOS фирмы American Megatrends(AMI);

· перемычки для сброса настроек BIOS (надпись на плате — «CLRTC1»).

Информация о назначении пунктов меню BIOS и о сбросе настроек в первоначальное состояние указывается в инструкциях к материнским платам^[5][6]. Инструкции поставляются в комплекте с материнскими платами и могут быть скачаны с сайта производителя платы.

SLIC [править | править вики-текст]

С выходом ОС Windows Vista производители компьютеров стали внедрять в BIOS таблицу SLIC («ACPI_SLIC table», SLIC — аббревиатура от англ. s oftware lic ensing description table). В таблице SLIC хранится информация о лицензировании ПО. Таблица SLIC является первым из трёх компонентов, созданных для OEM активации ОСсемейства Microsoft Windows в режиме off-line (без доступа к сети интернет).

ОС Windows при установке проверяет наличие в BIOS таблицы SLIC, ищет в таблице SLIC код продукта OEM ицифровой сертификат OEM для выполнения активации.

Код продукта OEM (OEM SLP или s ystem l ocked p re-installation (англ.)русск.) — специальный 25‑значный ключ‑лицензия. Выдаётся только крупным производителям комплектующих. Является вторым компонентом OEM активации к режиме off-line.

Цифровой сертификат OEM (OEM certificate) — файл в формате XML с расширением *.xrm-ms. Выдаётся фирмойMicrosoft каждому крупному производителю ПК. Является третьим компонентом OEM активации к режиме off-line.

Для активации ОС Windows использует определённый алгоритм. Этот алгоритм проверяет все три компонента и в случае успеха автоматически активирует ОС Windows.

См. также:

· лицензионная политика Microsoft.

Производители [править | править вики-текст]

Основные производители BIOS для ноутбуков, персональных компьютеров и серверов:

· American Megatrends, Inc. (AMI);

· Award Software^[en];

· Phoenix Technologies^[en].

 

 

Компоновка Материнских плат

· подсистема обработки данных;

· подсистема электропитания;

· вспомогательные (сервисные) блоки и узлы.

Основные компоненты подсистемы обработки данных материнской платы приведены на рис. 1.3.14.

 

1 – гнездо процессора; 2 – фронтальная шина; 3 – северный мост; 4 – тактовый генератор; 5 – шина памяти; 6 – разъемы оперативной памяти; 7 – разъемы IDE (ATA); 8 – разъемы SATA; 9 – южный мост; 10 – разъемы IEEE 1394; 11 – разъемы USB; 12 – разъем сети Ethernet; 13 – аудиоразъемы; 14 – шина LPC; 15 – контроллер Super I/O; 16 – порт PS/2;

17 – параллельный порт; 18 – последовательные порты; 19 – разъем Floppy Disk;

20 – BIOS; 21 – шина PCI; 22 – разъемы PCI; 23 – разъемы AGP или PCI Express;

24 – внутренняя шина; 25 – Шина AGP/PCI Express; 26 – разъем VGA