Просмотр содержимого документа
««BIOS – базовая система ввода вывода»»
Муниципальное бюджетное учреждение дополнительного образования
«Станция юных техников» города Каменск-Шахтинский
Конспект занятия на тему:
«BIOS – базовая система ввода вывода»
часть 1
Выполнил: педагог дополнительного
образования Никонов М.А.
2021 год
План занятий:
1. Введение.
а) Функции BIOS.
б) BIOS Setup.
2. Функциональная схема работы компьютера.
а) Центральный процессор, кэш-память и системная шина.
б) Чипсет.
в) Оперативная память.
г) Видеокарта.
1.Введение.
Перед любым пользователем персонального компьютера рано или поздно встает задача оптимизации настроек BIOS SETUP. Это могут быть как простая смена загрузочного диска, выполняемая, например, чтобы загрузиться с флеш–карты или компакт–диска, так и тонкая подстройка режимов функционирования оперативной памяти, шин, чипсета, осуществляемая для обеспечения максимальной производительности компьютера. И если, скажем, новый загрузочный диск указать достаточно просто, то установка параметров BIOS Setup, обеспечивающих максимальную производительность, – задача далеко не простая. Если не ориентироваться во всех тонкостях взаимодействия отдельных компонентов компьютера и иметь представления о назначении тех или иных опций BIOS Setup, то беспорядочное изменение параметров не только не приведет к увеличению скорости работы (скорее уж наоборот), но и может вызвать временную неработоспособность компьютера.
Прежде чем говорить о конкретных версиях BIOS, о возможных опциях BIOS Setup, необходимо осветить основные вопросы функционирования компьютера. Дело в том, что многие опции BIOS Setup позволяют оптимизировать работу аппаратных компонентов, но указать нужные значения возможно, только зная, как работает тот или иной компонент. Не лишним будет и рассказ о назначении и функциях BIOS.
BIOS (Basic input/Output System, базовая система ввода–вывода) – специальная программа, хранящаяся в микросхеме ПЗУ.
ПЗУ расшифровывается как Постоянное Запоминающее Устройство. Вы также можете встретиться с англоязычным обозначением этого типа памяти – ROM
(Read Onli Memory).
На практике уже давно вместо обычного ПЗУ используется Flash–память (перезаписываемая память), что дает возможность пользователям самим обновлять версии BIOS.
Функции BIOS.
Функции этой программы весьма обширны. Во–первых, сразу после включения питания компьютера получает управление именно BIOS. Она выполняет начальное тестирование всех компонентов компьютера. Если все в порядке, то управление передается программе, находящейся в Boot–секторе (загрузочном секторе) загрузочного диска (это может быть флеш–карта, жесткий диск, компакт-диск). Эта программа, в свою очередь загружает операционную систему.
Процедура начального тестирования называется POST-Power-On Self Test (самотестирование после включения питания).
Во–вторых, BIOS хранит в специальной микросхеме CMOS–памяти* аппаратную конфигурацию компьютера. При включении питания текущая конфигурация сравнивается с сохраненной ранее. Если найдены отличия, то содержимое CMOS-памяти обновляется и, если это необходимо, предлагается вызвать подпрограмму BIOS Setup для указания параметров вновь обнаруженных компонентов. Если же отличий в конфигурации нет, или же обновление конфигурации выполнено без участия пользователя, то осуществляются необходимые настройки (конфигурирование) аппаратных компонентов компьютера.
*Примечание.
Микросхема CMOS-памяти (Complementary Metal Oxide Semiconductor) представляет собой небольшую, по своему объему, оперативную память (ОЗУ или
RAM – Randon Access Memory). Поскольку информация в ней должна сохраняться и
после выключения питания, микросхема CMOS–памяти питается от своей собственной батарейки. Наличие батарейки порождает свои проблемы. После нескольких лет эксплуатации (обычно не менее 5-6 лет) батарейка уже не способна обеспечить питание микросхемы CMOS–памяти, и сохраненная информация начинает теряться. Но, достаточно заменить батарейку на новую, и проблем как небывало.
В–третьих, с помощью специальной подпрограммы BIOS Setup пользователю
представляется возможность указать параметры и режимы функционирования отдельных компонентов компьютера. Там же, при необходимости, можно часть оборудования и отключить.
И в–четвертых, собственно то, ради чего в свое время разрабатывалась BIOS –обработка операций ввода–вывода. Например, дисковод понимает только простейшие команды типа: поместить головку на такую-то дорожку, считать сектор и т.п. Если бы все программы содержали в себе инструкции подобного рода, то они занимали бы много места, да и работали весьма и весьма не эффективно. Кроме этого, при появлении новых устройств все существующие программы приходилось бы модифицировать. Чтобы избежать подобных проблем, большую часть работы по обработке операций ввода–вывода переложили на BIOS. Это, конечно, не решило всех проблем, но, по меньшей мере, значительно упростило их решение.
Примечание: Справедливости ради надо отметить, что современные операционные системы практически не используют или вообще не используют возможности BIOS по обработке операций ввода–вывода. Определяющее значение эти функции имели во времена операционной системы MS–DOS.
Здесь обязательно надо отметить, что сказанное выше во многом условно – на
самом деле все эти задачи выполняются совместно, функционально дополняя друг
друга.
BIOS Setup.
Рядовой пользователь чаще всего сталкивается с частью BIOS, называемой BIOS Setup. Это специальная подпрограмма, позволяющая настроить работу отдельных аппаратных компонентов компьютера. Основная ее сложность-непонятные названия опций, мало что говорящие не слишком искушенному пользователю. Проблему усугубляет практически полное отсутствие справочных сведений. В остальном ничего особенного в BIOS Setup нет, можно выделить только несколько архаичный интерфейс.
Все значения, установленные пользователем, хранятся в микросхеме CMOS-памяти наряду с информацией об аппаратной конфигурации компьютера.
2. Функциональная схема работы компьютера.
Чтобы синхронизировать работу всех частей компьютера, обмен данными между ними осуществляется с фиксированными частотами – по тактам. Так, системная шина современного компьютера функционирует на частотах 66, 100 или 133 Мгц, одна из этих частот используется и при обмене с памятью. Шина PCI в штатном режиме работает на частоте 33 Мгц, а шина AGP – на частоте 66 Мгц. Все эти частоты жестко связаны друг с другом. Проиллюстрируем это на примере. Пусть частота системной шины равна 133 Мгц. При использовании оптимальной, с точки зрения производительности, оперативной памяти частота шины памяти будет равна частоте системной шины. При этом частота шины PCI будет равна 1/4 от частоты системной шины, а частота шины AGP – 1/2 от частоты системной шины. Естественно, все эти частоты задаются одним единственным тактовым генератором, а нужное значение получается с помощью программируемых делителей. Таким образом, если повысить (или понизить) частоту системной шины, соответствующим образом изменятся и все остальные частоты.
Центральный процессор, кэш-память и системная шина.
Главным компонентом компьютера, безусловно, является центральный процессор. Он управляет работой всех частей компьютера, производит все вычисления, определяет общее быстродействие. Как правило, это самый высокоскоростной компонент – частота работы современного процессора может достигать 2 ГГц и выше. “Общение” с остальными устройствами процессор осуществляет посредством системной шины. К сожалению, все остальные компоненты способны вести обмен данными со скоростями, заметно меньшими, чем допускает вычислительная мощность процессора, это и обуславливает намного более низкую частоту системной шины. Чтобы избежать непродуктивных задержек, в процессоре имеется высокоскоростная кэш–память. Она содержит наиболее часто использовавшиеся за последнее время данные и инструкции, в результате обращения к ним практически не вызывает дополнительных тактов ожидания. И только если необходимые данные или инструкции отсутствуют, они запрашиваются из оперативной памяти или других устройств.
В большинстве случаев (а это все современные модели процессоров) кэш–память является двухуровневой: сверхбыстрая кэш–память небольшого объема первого уровня и несколько более медленная, но и заметно большего объема каш–память второго уровня. И если обращение к первой действительно происходит без каких–либо задержек, то получение данных или инструкций из кэш–памяти второго
уровня сопряжено пусть с небольшими, но все же простоями процессора. Но все равно это заметно быстрее, чем запрашивать данные из оперативной памяти. Поскольку связка процессор – кэш–память – системная шина во многом определяет
быстродействие компьютера, то при конфигурировании BIOS Setup необходимо обратить особое внимание на те опции, которые позволяют настроить частоту системной шины процессора и выбирать режимы функционирования кэш–памяти. Часто можно указать и коэффициент умножения процессора (отношение частоты функционирования процессора к частоте системной шины), но полезность этой опции весьма сомнительна – у всех современных процессоров коэффициент умножения заблокирован.
Чипсет.
Важную роль в работе компьютера играет набор системных микросхем материнской платы (иначе–чипсет).Это своего рода интеллектуальная “прокладка” между всеми компонентами. В большинстве случаев чипсет состоит из двух основных микросхем: системного контроллера (часто называемого северным мостом) и функционального контроллера (называемого южным мостом). Естественно, этими двумя микросхемами дело не ограничивается, и в чипсет входит еще множество более мелких составляющих. Просто две эти микросхемы – основа чипсета. К системному контроллеру через системную шину подключается процессор, а через шину памяти – оперативная память. Видеокарта подключается через свою собственную шину – AGP. Функциональный контроллер соединяется с системным посредством внутренней высокоскоростной шины.
Сам функциональный контроллер обеспечивает управление шинами PCI и ISA
(если последняя есть), работу жестких дисков, CD-ROM, дисковода, портов ввода–вывода.
Помимо этого, функциональный контроллер с помощью BIOS обеспечивает инициализацию и начальную загрузку компьютера после включения питания или перезагрузки.
Поскольку функции, выполняемые чипсетом, весьма обширны, всем возможным настройкам его работы посвящена добрая половина опций BIOS Setup. Это и порядок функционирования шин PCI, AGP, ISA, это и работа встроенного в южный мост контроллера IDE. Большое количество настроек посвящено и портам ввода–вывода.
Оперативная память.
В оперативной памяти хранятся все данные и инструкции, с которыми в данный момент работает процессор. Оперативная память работает весьма и весьма быстро (конечно медленнее кэш–памяти) и в значительной степени определяет общее быстродействие всего компьютера. Модули памяти организованы в виде матрицы, состоящей из отдельных ячеек памяти. Для того, чтобы получить содержимое конкретной ячейки, необходимо указать строку и столбец, на пересечении которых она находится. Вначале на выводы модуля памяти подается номер строки, о чем свидетельствует активный сигнал RAS (Row Access Strobe-сигнал доступа к столбцам памяти). После этого на выводах модуля памяти появятся запрошенные данные. Запись в ячейку происходит аналогично. Но это еще не все. Если к ячейке памяти не происходит обращения, т.е. считывать находящееся там значение и записывать его обратно. Если этого не сделать, данные могут быть потеряны. Регенерация содержимого памяти выполняется целыми строками, для выбора очередной строки используется внутренний счетчик в модуле памяти, а о том, что необходимо выполнить регенерацию, сообщает установка вначале сигнала CAS, а затем RAS. Если компьютер перешел в энергосберегающий режим, регенерация выполняется микросхемами памяти автоматически, поскольку внешние сигналы отсутствуют.
BIOS Setup позволяет указать задержки между выдачей тех или иных сигналов
при обращении к памяти и ее регенерации, часто можно указать и частоту шины памяти. Поскольку все современные модули памяти (SDRAM,DDR SDRAM,RDRAM) имеют в своем составе микросхему SPD (Serial Presence Detect), содержащую информацию о типе модуля и возможных режимах его работы, то эта задача во многом упрощается. Но если вы хотите добиться от компьютера максимальной производительности, многие опции лучше устанавливать самостоятельно, не полагаясь на “автоматику”.
Видеокарта.
Видеокарта формирует изображение, которое вы видите затем на экране монитора. Поскольку объем данных, перекачиваемых между видеокартой и остальными устройствами очень большой, для подключения видеокарты применяется специальная шины с высокой пропускной способностью – AGP.
Естественно, в BIOS Setup вы можете указать режимы функционирования шины AGP, включить перенос BIOS видеокарты в оперативную память компьютера для ускорения обращения к видеокарте, изменить другие параметры.
Примечание: Видеокарта, как и многие другие “умные” устройства, имеет свой собственный BIOS.В нем содержатся инструкции для графического процессора видеокарты, шрифты, требуемые в некоторых режимах для вывода изображения на
