50

BIOS и CMOS RAM

Термин BIOS используется для описания базовой системы ввода-вывода.

Фактично BIOS являє собою “проміжний” шар між програмною та апаратною частинами системи. Більшість користувачів розуміють під BIOS драйвери пристроїв.

Базова система введення-виведення має таку назву тому, що містить в собі широкий набір програм введення-виведення, завдяки яким операційна система та прикладні програми можуть взаємодіяти з різноманітними пристроями як самого персонального комп’ютера (ПК), так і з під’єднаними до нього. Ії можна розглядати з одного боку, як складову частину апаратних засобів, з іншого боку – вона є одним з програмних модулів операційної системи.

Більшість сучасних відеоадаптерів, а також адаптери накопичувачів мають власну систему BIOS, яка зазвичай доповнює системну та завантажується при ії запуску. Виклик програми BIOS найчастіше здійснюється через програмні або апаратні переривання. Например, для отображения информации на экране монитора требуется активизировать видеоадаптер, но его поддержка не встроена в системную BIOS. Кроме того сейчас существует огромное количество видеоадаптеров и все их драйверы невозможно поместить в системную BIOS. В таких случаях необходимые драйверы помещаются в ИМС BIOS на плате этого устройства. А системная BIOS при загрузке ищет BIOS видеоадаптера и загружает ее до запуска ОС.

После того, как системная плата сконфигурирована и все требуемые адаптеры установлены, можно включать компьютер, но в момент его включения в ОЗУ нет ничего (ни данных ни программ), а Пц нужны команды, в том числе и в первый момент после включения.

При вмиканні ПК функції BIOS переважно розташовуються в ПЗУ (Flesh), а після завантаження, наприклад Windows XP, - в ОЗП системи.

Поэтому сразу после включения на адресной шине Пц выставляется стартовый адрес. Это происходит аппаратно, без участия программ (всегда одинаково – FFFF0). По этому адресу Пц обращается за своей первой командой и далее продолжает работать по программе. Этот исходный адрес не может указывать на адрес ОЗУ, в которой пока ничего нет. Он указывает на другой тип памяти – ПЗУ. ИМС ПЗУ способна длительное время хранить информацию, даже когда ПК выключен. Программы, хранящиеся в ПЗУ, называют “зашитыми” – их записывают туда на этапе изготовления ИМС.

Поэтому BIOS представляет собой интерфейс между аппаратным обеспечением и ОС. BIOS не похожа на стандартное программное обеспечение, поскольку находится в ИМС, установленных на системной плате или на платах адаптеров.

BIOS в ПК обычно можно найти в следующих компонентах системы:

• ПЗУ системной платы;

• ПЗУ платы адаптера например, видеоадаптера;

• данные на диске, загружаемые в ОЗУ во время запуска ОС (драйверы устройств).

Завдяки BIOS різні операційні системи (ОС) можуть функціонувати на будь-якому РС-сумісному комп’ютері, не дивлячись на не ідентичність апаратних засобів.

BIOS в більшості ПК виконує чотири основні функції:

1. POST (Power-On-Self-Test) – самотестування процесора, пам’яти, комплекту мікросхем системної плати, відеоадаптера, контролера диску, дисководу, клавіатури та інших життєво важливих компонентів системи при вмиканні напруги живлення. Програма встановлення параметрів BIOS (Setup BIOS) – конфігурування параметрів системи. Ця програма запускається при натисканні певної клавіші (або комбінації клавіш) під час виконання процедури POST.

2. Завантажувач ОС – підпрограма, що виконує пошук діючого основного завантажуваного сектору на дискових пристроях (boot- сектор). При його знаходженні BIOS зазвичай зчитує з диска завантажувальний запис та передає керування ПК недовгій програмі в завантажувальному запису. Програма завантаження починає процес завантаження операційній системи.

3. BIOS - набір драйверів, призначених для взаємодії ОС та апаратного забезпечення при завантаженні системи. Завантаження системи, починаючи від вмикання живлення, завершаючи завантаженням файлів ОС триває з платами після 2001 року приблизно 6 секунд.

4. Программы, входящие в BIOS, позволяют нам наблюдать на экране диагностические сообщения, сопровождающие запуск ПК, а также вмешиваться в ход запуска с помощью клавиатуры.

Запуск
Самоконтроль (самотестування) при запуску	Ініціалізація (Setup BIOS)
Завантаження з диска

Обробка апаратного переривання

↨

Обробка обслуговування

До операцій обслуговування відносять очищення екрана, перемикання екрана з текстового режиму на графічний, зчитування інформації з диска або виведення на принтер. Переважно операції процедур обробки обслуговувань BIOS відносять до апаратних пристроїв (відеомонітор, клавіатура, миша, диски, принтер тощо). Ці базові обслуговування введення-виведення й визначили назву. Але BIOS ще й слідкує за поточним часом та інформує про нього програми.

Систему BIOS в ПК реалізовано в основному в перепрограмованих ПЗП або флеш-пам’яті. Запам’ятовувальна комірка флеш-пам’яті дозволяє виконувати перезапис інформації для одного компонента до десятків тисяч разів. Це дає можливість легко модифікувати старі та додавати нові функції для підтримання пристроїв, що під’єднуються до ПК. До комплекту з системною платою, оснащеною флеш-BIOS, входить дискета (диск) зі спеціальною утилітою для запису. Накопичувачі USB-flesh мають місткість від 16 MB до 1 GB.

Практично всі системні плати комп’ютерів, виготовлені після 1994 року, містять пам’ять EEPROM або Flash-ROM. Це програмована постійна пам’ять з електронним очищенням. Цю пам’ять можна перепрограмувати без виймання з плати, на якій вони встановлені, без спеціального обладнання (навіть не відкриваючи системний блок). Flash-ROM можна розпізнати за номером 28хххх або 29хххх та відсутністю вікна в мікросхемі.

В більшості випадків достатньо завантажити модифіковану програму, отриману з Web-серверу виробника системної плати, а потім запустити програму модифікації. Наприклад, при завантажуванні в мікросхему Flash-ROM автомобіля модифікованої програми – можна покращити характеристики запалювання, надання палива, а також системи перемикання передач (автомат).

Программы, входящие в BIOS, позволяют нам наблюдать на экране диагностические сообщения, сопровождающие запуск ПК, а также вмешиваться в ход запуска с помощью клавиатуры.

Энергонезависимая память cmos.

Как мы уже заметили работа стандартных устройств, таких как клавиатура, может обслуживаться программами, входящими в BIOS. Но такими средствами нельзя обеспечить работу со всеми возможными устройствами. Так, например, изготовители BIOS абсолютно ничего не знают о параметрах наших жестких и гибких дисков, им не известны ни состав, ни свойства произвольной микропроцессорной системы. Для того, чтобы начать работу с другим оборудованием, программы, входящие в состав BIOS, должны знать, где можно найти нужные параметры. По очевидным причинам их нельзя хранить ни в ОЗУ ни в ПЗУ.

Для этого на системной плате ПК есть микросхема “энергонезависимой” памяти, по технологии изготовления называемая CMOS. От ОЗУ она отличается тем, что ее содержимое не стирается во время выключения ПК. А от ПЗУ она отличается тем, что данные в ее можно заносить и изменять самостоятельно, в соответствии с тем, какое оборудование входит в состав системы. Эта ИМС постоянно подпитывается от небольшой батарейки, расположенной на системной плате. Ее хватает на несколько лет.

Система BIOS в ПК непорушно пов’язана з скороченням CMOS-RAM, тому що цю пам’ять виконано на основі структур КМОН (Complementary Metal-Oxide-Semiconductor). CMOS-пам’ять – мікросхема RTC/NVRAM, що містить в собі годинник реального часу та енергонезалежну пам’ять, де зберігається інформація про поточні покази годинника, значення часу для будильника, конфігурацію ПК: кількість пам’яті, типи накопичувачів тощо. Ця інформація потрібна програмним модулям BIOS. За сутністю, ця мікросхема являє собою цифровий датчик часу з декільками додатковими байтами пам’яті. Спочатку використовували мікросхему МС146818 (64 байти пам’яті, з яких 10 байт – для функціонування годинника). В подальшому стали застосовувати DS12885 або DS12887. Ці мікросхеми живляться від літієвої батарейки, тому що струм споживання кожної з цих ІМС в неактивному режимі не перевищує один мікроампер.

В сучасних ПК частково функції цієї мікросхеми СМОS-пам’яті передано набору мікросхем системної логіки (компонент South Bridge) або мікросхемі Super I/O.

Під звичайними установленнями при змінюванні вмісту CMOS-пам’ті (Standard CMOS Setup) ми розуміємо інформацію про дату (місяць, день, рік), поточні покази годинника (години, хвилини, секунди), кількість стандартної та розширеної пам’яті, технічні параметри та тип накопичувачів, відеомонітор, а також про під’єднання клавіатури.

Розширені установлення (Advanced CMOS Setup та Advanced ChipSet Setup) містять в собі додаткові можливості конфігурування системної плати, які дуже залежать від переліку використаних допоміжних мікросхем. Найбільш загальними є допустима швидкість введення символів з клавіатури, тестування пам’яті, пріоритет або послідовність завантаження з гнучкого, жорсткого або CD диска.

При кожному завантажуванні системи для визначення ії конфігурації відбувається зчитування параметрів, які зберігаються в CMOS-пам’яті.

У випадку несправності (пошкодження) мікросхеми CMOS-RAM (або при розрядженому акумуляторі) програма Setup має можливість використати певну інформацію за умовчанням (BIOS Setup Default Values), що зберігається в таблиці відповідної мікросхеми BIOS.

Не дивлячись на існування певного зв’язку між BIOS та CMOS-пам’яттю, як стало зрозумілим, - це абсолютно різні компоненти.

В ИМС CMOS хранятся данные о дисках, Пц и некоторых других УВВ. Тот факт, что ПК часто отслеживает время и календарь (даже в выключенном состоянии), тоже связан с тем, что показания системных часов постоянно хранятся и изменяются в CMOS. По сути, эта микросхема представляет собой цифровой датчик времени с несколькими дополнительными байтами памяти.