«BIOS – базовая система ввода вывода» часть 2

Муниципальное бюджетное учреждение дополнительного образования

«Станция юных техников» города Каменск-Шахтинский

Конспект занятия на тему:

«BIOS – базовая система ввода вывода»

часть 2

Выполнил: педагог дополнительного

образования Никонов М.А.

2021 год

Общая информация

Аббревиатура BIOS это аббревиатура слов Basic Input/Output System (базовая система ввода/вывода). BIOS - это встроенное в чип небольшое (256 Кб) специальное низкоуровневое программное обеспечение, которому отводится роль собирателя информации о системе и определении подключенного оборудования. BIOS хранится в отдельном чипе - постоянном запоминающем устройстве (ПЗУ или ROM). Его назначение очень важно. Он единственный на начальной стадии загрузки обеспечивает взаимосвязь и управления между разными устройствами ПК (начиная от клавиатуры и видеокарты и заканчивая винчестерами и подсистемой памяти)

BIOS - это набор программ проверки и обслуживания устройств компьютера, который выполняет роль посредника между DOS и аппаратурой. BIOS получает управление при включении системной платы, тестирует саму плату и основные блоки компьютера ‒ видеоадаптер, клавиатуру, контроллеры дисков и портов ввода/вывода, настраивает чипсет платы и загружает внешнюю ОС. При работе под DOS/Windows BIOS управляет основными устройствами, а при работе под OS/2, UNIX, Winnt BIOS практически не используется, выполняя лишь начальную проверку и настройку.

BIOS - это своеобразный набор драйверов, которые обеспечивают роботу системы при запуске компьютера или при загрузке в безопасном режиме. Дело в том, что когда включается ПК, то еще к загрузке ОС можно управлять им с клавиатуры, видеть все действия на мониторе. Кроме этого, если осуществляется загрузка в безопасном режиме, то происходит игнорирование драйверов ОС - в работе остаются лишь драйвера BIOS.

Чаще всего BIOS располагается на материнской плате в микросхеме ПЗУ (этот узел называют ROM BIOS).

С учетом того, что доступ к оперативной памяти (RAM) осуществляется значительно быстрее, чем к ROM, часто производители обеспечивают при включении питания компьютера копирования BIOS из ROM непосредственно в оперативную память. Используемую для этого область памяти называют теневой (Shadow RAM).

В микросхемах применяют разные типы памяти для сохранности программного кода. PROM (Programmable Read-Only Memory) ‒ тип памяти, в которую данные записываются только единовременно. Для записи данных в микросхемы PROM применяются так называемые программаторы.

Одним из типов PROM есть EPROM (Erasable Programmable Read-Only Memory) ‒ тип памяти, который может как очищаться, так и записываться с применением ультрафиолетовых лучей. В памяти типа EEPROM операции стирания и записи совершаются электрическими сигналами.

На сегодняшний день практически повсеместно используются микросхемы FLASH, в которых допускается перезапись кода, который позволяет оперативно модернизировать BIOS при изменении функциональных требований.

Достижение полной совместимости, исправление ошибок, которые встречаются в предыдущих версиях, новые возможности - вот те причины, которые требуют обновления BIOS время от времени.

Производители BIOS

В данное время среди разработчиков BIOS для персональных компьютеров наиболее известны три фирмы.

Во-первых, это «ветеран BIOSостроения» American Megatrends, Inc. Во времена 386-х процессоров BIOS разработки этой фирмы (AMI BIOS) стояли практически на всех компьютерах. Потом постепенно их вытеснили BIOS производства Award Software, Inc. Но в последнее время ситуация изменилась и AMI BIOS снова завоевал заслуженную популярность у производителей. Его с удовлетворением используют такие известные производители материнских плат, как ASUS, Gigabyte, MSI, ESC и прочие.

Второй по алфавиту идет фирма Intel. Некоторое время тому назад на своих материнских платах она использовала модифицированный BIOS производства American Megatrends, Inc. (назывался Intel/AMI BIOS). Сейчас, после существенной переработки, на современных материнских платах используется уже собственный Intel BIOS. Здесь надо заметить, что в отличие от других компаний-разработчиков BIOS, Intel использует свои наработки лишь на собственных материнских платах.

И, в конце концов, третий весьма влиятельный «игрок» этого рынка - Phoenix Technologies. К поглощению Award Software, Inc. Phoenix BIOS не был особенно популярен у производителей материнских плат, а вот Award BIOS самостоятельной тогда Award Software, Inc. использовался на подавляющем большинстве компьютеров. Так что приобретение Award Software, Inc. позволило Phoenix Technologies существенным образом расширить тронутую частицу рынка, и сейчас BIOS Phoenix Technologies (торговые марки - Award BIOS, Phoenix Award BIOS, Phoenix Award Workstation BIOS) используются практически всеми производителями материнских плат. Он даже более популярный (особенно у производителей материнских плат второго эшелона), чем AMI BIOS.

Разновидности интерфейса современной BIOS

В связи с большим количеством производителей аппаратного и программного обеспечения существует множество разновидностей BIOS, которые отличаются друг от друга интерфейсом и названием функций. Разные BIOS предлагают пользователю разный набор возможностей для налаживания системы: в одних (таких как Award или AMI) этих возможностей более чем достаточно, в то время как другие (например, Phoenix) таких возможностей не предоставляет совсем.

Подавляющее большинство актуальных версий BIOS имеет текстовый интерфейс и управляется с помощью клавиатуры. Здесь существует два типа, которые отличаются не только структурой, а и цветом меню своих настроек

Первый тип - это Award BIOS и меню данного вида будут выглядеть, как представлено на рис.1 а. Как видно это красный фон с белыми надписями.

Второй тип - это Ami BIOS и меню такого типа будут выглядеть, как показано на рис.1 б: здесь преобладают серые и синие цвета, поэтому два типа невозможно спутать.  

Рисунок 1 – Типы BIOS:

а) Award BIOS б) Ami BIOS

Нужно также отметить тот факт, что все BIOS разные и это зависит от них функциональных характеристик и особенностей определенной материнской платы. Соответственно настройки в таких случаях тоже будут отличаться. Это следствие того, что каждая отдельная модель материнской платы имеет свой персональный BIOS. Но, то, что касается основной части настроек, то для всех они будут одинаковыми.

Система UEFI (рис.2), комплекс спецификаций, который появился как «загрузочная инициатива Intel» (Intel Boot Initiative) в далеком уже 1998 году. Причиной рождения инициативы послужило то, что ограничение, обусловленные BIOS, стали ощутимо тормозить прогресс вычислительных систем. Немного позднее эта же инициатива стала называться EFI, а в 2005 году корпорация подарила свою разработку специально созданному под нее консорциума UEFI Forum, главными членами которого стали - кроме Intel - такие зубры It-Индустрии, как AMD, Apple, IBM, Microsoft и ряд других.

Рисунок 2 – Окно системы UEFI

В то время как BIOS по сути своей является весьма жестким и фактически неизменным по смыслу кодом прошивки специального BIOS-чипа, система UEFI ‒ скорее гибко программируемый интерфейс, расположенный поверх всех аппаратных компонентов компьютера с них собственными прошивками-микрокода. В отличие от загрузочного кода BIOS, который всегда жестко прошитый в соответствующем чипе на системной плате, куда более большие за размером коды UEFI находятся в специальной директории / EFI /, место физического расположения которой может быть разнообразнейшим ‒ от микросхемы памяти на плате или раздела на жестком диске компьютера и к внешнему сетевому хранилищу.

В результате настолько гибкого подхода система UEFI становится чем-то наподобие сильно облегченной, но целиком самостоятельной операционной системы. Базовая система UEFI содержит больше разных пунктов меню и возможностей, чем традиционная BIOS.

Прошивка BIOS

Надежная и эффективная работа ПК невозможная без правильно сконфигурированного BIOS. Конфликт между новейшим оборудованием и устаревшим кодом чипа - вещь довольно частая. В таком случае выход один ‒ обновление BIOS.

Обновление BIOS может быть полезно как для увеличения производительности и стойкости системы, так и для корректного распознавания процессоров, совместимости с новыми жесткими дисками, видеоплатами и другими компонентами. Процесс обновления BIOS на профессиональном жаргоне компьютерщиков называется «прошивкой». Для обновления BIOS лучше всего использовать услуги сервисного центра, где непременно помогут и установят самую свежую версию BIOS.

Крайне важно при обновлении BIOS руководствоваться следующими правилами:

• всегда читать документацию к плате. Чаще всего, если плата поддерживает работу с какой-то продвинутой технологией перепрошивки, то процесс работы с ней четко описан в документации;

• часто к bin-файлу с прошивкой добавляется readme-файл, в котором приведен список отличий этой версии микропрограммы от предыдущих. Обязательно ознакомиться с этой информацией, прежде чем искать в BIOS новые возможности;

• выполнять процедуру в максимально стабильных условиях, особенно это касается энергоснабжения - желательно использовать источник бесперебойного питания;

• если система "разогнана", необходимо возвратить ее в штатный режим;

• если в процессе обновления BIOS происходят неполадки, ни в коем случае нельзя выключать компьютер. Необходимо повторить процесс или прописать старый образ, сохраненный сначала. Если и это не поможет, нужно обратиться к специалистам, чтобы заменить саму втулку, в которой содержится BIOS;

• для подстраховки в случае неудачной прошивки рекомендуется также сохранить саму утилиту и образ на загрузочный диск. Последний лучше всего создать, перезагрузивши систему в режиме DOS (Start / Shut Down / Restart in MS DOS Mode) и набравши в командной строке C: \ Format A :/ S. Не следует копировать на этот диск файлы Autoexec.bat и Config.sys. Если система сможет загрузиться с такой дискеты, попробовать повторить процедуру сызнова.

При обновлении BIOS нужно учитывать, что пользователь берет на себя всю ответственность за возможный выход из строя системы. Если материнская плата и установленные устройства работают стабильно, а новые версии BIOS не содержат существенных улучшений, лучше не проводить эту операцию - помимо всего прочего, перепрошивка BIOS может вызвать за собой необходимость переустановки ОС.

Назначение и функции

BIOS записывается в микросхему постоянной памяти, которая расположена на системной плате. Сначала основным назначением BIOS было обслуживание устройств ввода/вывода (клавиатуры, экрана и дисковых накопителей), поэтому ее и назвали «базовая система ввода/вывода». В современных компьютерах BIOS выполняет несколько функций.

• Запуск компьютера и процедура самотестирования (Power-On Self Test - POST). Программа, расположенная в микросхеме BIOS, загружается первой после включения питания компьютера. Она проверяет установленное оборудование, настраивает его и готовит к работе. Если будет выявлена неисправность оборудования, процедура POST останавливается с выводом соответствующего сообщения или звукового сигнала.

• Налаживание параметров системы с помощью программы BIOS Setup. Во время процедуры POST оборудование определяется согласно параметрам BIOS, что хранятся в специальной CMOS-памяти. Изменяя эти параметры, пользователи могут настраивать работу отдельных устройств и системы в целом по своему усмотрению. Редактируются они в специальной программе, которую также называют BIOS Setup или CMOS Setup.

• Поддержка функций ввода/вывода с помощью программных прерываний BIOS. В составе системной BIOS есть встроены функции для работы с клавиатурой, видеоадаптером, дисководами, жесткими дисками, портами ввода/вывода и др Эти. функции широко используются в ОС, подобных MS-DOS, и практически не применяются в современных версиях Windows.

Работа с BIOS Setup

Современные компьютеры являются сложнейшими электронными (и отчасти механическими) устройствами, которые состоят из десятков компонентов, каждый из которых в свою очередь построенный из миллионов составляющих. Понятно, что при такой сложности любая неполадка может привести к сбою или к полному отказу работы ПК. Во время загрузки компьютера BIOS обеспечивает запуск многих системных событий автоматически. Первым "просыпается" центральный процессор (CPU) и считывает инструкции по чипу BIOS. Данные инструкции запускают последовательность тестирований, которые сокращенно называются POST (Power On Self Test - инициализация при первом включении).

POST-проверка составляющих ПК является важной частью работы BIOS, при выполнении которой осуществляется сканирования и настройка всего «железа». Сразу после подачи питания на компьютер из первых же секунд начинается глобальный тест всех главных составляющих ПК.

Прежде всего, формируется логическая архитектура компьютера. Подается питание на все чипсеты, в их регистрах устанавливаются нужны значения. Потом определяется объем ОЗУ (этот процесс можно наблюдать на экране), включается клавиатура, распознаются LPT- и COM-порты. На следующем этапе определяются блочные устройства ‒ жесткие диски IDE и SCSI. Для устройств SCSI процедура немного усложняется наличием собственной BIOS, которая берет на себя работу с соответствующим оборудованием, и имеет собственную программу настройки. На заключительной стадии происходит отображения итоговой информации.

После окончания работы POST BIOS ищет загрузочную запись. Эта запись, в зависимости от настроек, находится на первом или втором жестком диске, флоппи-диске, ZIP или CD-ROM. После того как загрузочная запись найдена, она загружается в память - и управление передается ей.

Если в процессе тестирования в налаживаниях SETUP BIOS были выявлены ошибки, система проинформирует соответствующим сообщением и звуковым сигналом. Если есть ошибки, то они могут проявиться уже на этих стадиях, и к запуску ОС дело не дойдет. Если проблема некритическая, по обыкновению после нажатия клавиши F1 можно продолжить загрузку.

В процессе этих POST-тестов BIOS сравнивает данные системной конфигурации с информацией, которая хранится в CMOS - специальном чипе, расположенному на системной плате.

Из памяти происходит загрузка системной конфигурации и драйверов устройств. После передачи управления загрузчику BIOS, как очень важная часть ПК постоянно находится в отдельной части памяти, периодически выполняя разные полезные функции (хотя в последнее время ОС Windows все больше и больше берет на себя выполнения данных функций).

Когда ОС загружена, если компьютер работает под управлением Windows, запускаются программы папки "Автозагрузка". Если в настройках SETUP BIOS есть ошибки, то они проявятся на этих стадиях, и запуск ОС не состоится. Но возможные и другие проявления неправильной налаживание BIOS - медленная или нестабильная работа системы, внезапные перезагрузки.

Основные параметры BIOS

Если прошивка BIOS требует определенных привычек и знаний, то первичная настройка целиком по силам обычному пользователю. Более того, понимание правил включения компьютера необходимо для грамотного его использования.

При изменении настроек  нужно быть осторожным, так как в случае установления неверных параметров вся система может просто выйти из порядка. Обращаем Ваше внимание на несколько простых советов:

• Перед началом настройки системы с помощью BIOS сохраните всю важную информацию.

• Обязательно запоминайте выставленное и измененное значения параметра. В случае возникновения проблем в работе системы будет возможно вернуть бывшее значение.

• Не меняйте не известные Вам значения параметров, а предварительно уточните их значение.

• Не меняйте одновременно несколько параметров, не связанных друг с другом. При возникновении сбоя будет сложно определить, какое значение установлено не верно.

• Не редактируйте раздел Hard Disk Utility, что встречается в устаревших версиях BIOS. Это может навредить современному жесткому диску.

Единого стандарта интерфейса программы BIOS Setup не существует. Однако некоторая логическая одинаковость, как следствие единой выполняемой задачи, все же есть. На сегодняшний день подавляющее большинство настольных ПК оснащено AWARD BIOS, поэтому при описании настроек  будет рассматриваться, в основном, BIOS этого производителя. Впрочем, приведенные сведения можно без затруднений использовать для настройки  AMI или Phoenix SETUP BIOS.

BIOS занимается инициализацией всех устройств компьютера, занося в их регистры определенные значения. Очевидно, что от того, как именно настроенна BIOS то или другого устройства, зависит быстродействие и стабильность всей системы в целом.

Для осуществления настройки  BIOS сразу после включения питания, необходимо посмотреть на нижнюю часть экрана. Здесь находится идентификационная запись о версии BIOS, например: Press DEL to enter SETUP.

Это означает, что, своевременно нажав при загрузке клавишу или F2, откроется окно с главным меню утилиты SETUP BIOS, которое содержит опции настройки  параметров ПК. Изменение настроек в BIOS Setup позволяет менять значение, которые загружаются в регистры разных устройств, прежде всего чипсета материнской платы.

Уже по смыслу этой «титульной» страницы (рис.3) становится ясно, что обеспечение работы ПК на базовом уровне не является единственным назначением BIOS. Здесь можно найти много полезных опций, например обеспечения управления доступом к компьютеру.

Рисунок 3 – Главное окно AWARD BIOS

Для того чтобы активировать нужную группу, нужно навести на нее с помощью клавиш и курсор и нажать . Изменять свойства можно клавишами и , а также и . Описание управляющих клавиш по обыкновению приводится в нижней информационной строке. Для выхода из блока используется клавиша .

Программа настройки BIOS разделена на определенные блоки, каждый из которых позволяет настроить соответствующие группы параметров. Рассмотрим каждый из них коротко.

Standart CMOS Features - в этом разделе можно установить текущую системную дату, пересмотреть установленные накопители и изменить их приоритеты по отношению друг к другу.

Advanced BIOS Features (BIOS Features Setup) - здесь определенны общие настройки, которые касаются ЦП и кэш.

Integrated Peripherals (I/O Devices Configurations) - свойства и дополнительные функции встроенных устройств, интерфейсов и портов.

Power Management Setup - управление энергопотреблением.

Pnp / PCI Configurations - этот раздел позволяет распределить системные ресурсы, привязать линии запроса IRQ к платам расширения.

PC Health Status (Hardware Monitor) - температура процессора, скорость обращения вентиляторов и т.п.

Технологии BIOS

Dual BIOS

Технология Dual BIOS представлена наличием двух микросхем CMOS памяти. Как известно, базовая система ввода/вывода представляет собой основную программу компьютера. Нарушение целостности прошивки этой микросхемы приводит к невозможности запуска системы самотестирования, и, как следствие, к преобразованию ПК в нетрудоспособную груду железа.

После включения питания происходит так называемый мини-тест системы (рис. 4.4). Суть его сводится к проверке целостности прошивки CMOS, что по обыкновению делается с помощью высчитывания контрольной суммы. После этого сравниваются значения в главной и запасной микросхемах. Если они совпадают, то анализатор предполагает, что повреждений микрокода не было, и продолжает загрузку с главной BIOS. В случае же разных значений программа задает вопрос пользователю. На данном этапе необходимо принять решение о том, что же делать. Чаще всего вариантов не так уже много: восстановить флеш, используя резервную микросхему памяти, попробовать найти образ на дискете, винте или продолжить загрузку, используя запасную микросхему CMOS.

Если ошибка в основном модуле была вызвана неудачной «перепрошивкой», то и исправлять ее нужно восстановлением с «бекапа». Но если причина прячется в перепаде напряжения, то нужно хорошо подумать, перед тем как использовать запасной BIOS в качестве эталонного, ведь не факт, что память верно сохранилась именно в «бекапе». Для таких случаев инженеры предусмотрели возможность использования дискеты или винта как носителя образа микропрограммы.

Рисунок 4 – Схема работы технологии Dual BIOS

Touch BIOS

С помощью технологии Touchbios инженеры GIGABYTE полностью изменили представление пользователей о работе по BIOS. Теперь можно использовать клавиатуру, мышь или сенсорный дисплей (рис.5). В сущности, при наличии сенсорного монитора технология GIGABYTE Touchbios™ так же легка в использовании, как и большинство приложений на iphone.

Рисунок 5 – Окно работы в Touch BIOS Utility

Компания GIGABYTE создала новый интерфейс с иконками, которые отображают главные функции BIOS.

• Простота навигации

• Полностью настраиваемый интерфейс

• Отсутствие необходимости входить в BIOS для изменения настроек 

Список использованной литературы

1. А. Микляев “Все настройки BIOS Setup”.

2. Станислав Васильев, Адриан Вонг “Полные настройки BIOS”.

3. Антон Трасковский “Секреты BIOS”.