Тюменский государственный нефтегазовый университет

Кафедра автоматизации и управления

Методические указания к лабораторной работе №1.3

"Базовая система ввода-вывода (bios)"

Тюмень 2005

Цель работы: Изучение основных положений базовой системы ввода-вывода.

Основы bios

Термин BIOS используется для описания базовой системы ввода-вывода. По существу, BIOS представляет собой "промежуточный слой" между программной и аппаратной частями системы. Большинство пользователей подразумевают под BIOS драйверы устройств. Кроме системной, существует еще BIOS адаптеров, которые загружаются при запуске системы.

Итак, базовая система ввода-вывода  это комбинация всех типов BIOS, а также загружаемые драйверы устройств. Часть BIOS, содержащаяся в микросхеме на системной плате или платах адаптеров, называется firmware. (именно из-за наличия этих микросхем пользователи чаще всего относят BIOS к аппаратной части компьютера).

Современные 32-разрядные драйверы загружаются непосредственно с жесткого диска, заменяя все драйверы в ПЗУ системной платы. Это относится к любому компьютеру, работающему под управлением Windows NT/2000/XP, в котором не применяются 16-разрядные драйверы, размещенные в ПЗУ (ROM) системной платы или адаптера устройства. Код ПЗУ системной платы необходим лишь для обеспечения успешной загрузки 32-разрядных драйверов и ядра операционной системы, после чего ПЗУ отключается.

Завершение загрузки, например Windows XP, означает прекращение вызовов любых подпрограмм в ПЗУ системной платы или адаптеров устройств. В дальнейшем вызовы направляются только драйверам устройств, загруженным в ОЗУ системы. При включении компьютера функции BIOS преимущественно располагаются в ПЗУ, а после загрузки Windows XP – в ОЗУ системы.

Описываемая тенденция будет развиваться и в дальнейшем. ПЗУ системной платы применяется на базовом этапе запуска системы для инициализации аппаратного обеспечения, а также для реализации системы защиты в виде паролей, вводимых при запуске компьютера, и для начальной настройки некоторых конфигурационных параметров. Тем не менее, после загрузки операционной системы за дело берется совершенно другой набор системных драйверов.

Стандартная PC-совместимая система состоит из нескольких слоев, которые связаны

между собой (рис. 1).

Ðèñ. 1. Условное разделение PC-совместимой системы на несколько слоев

На этом рисунке показаны два различных компьютера, в которых используется уникальная BIOS в качестве интерфейса между аппаратным обеспечением и операционной системой и ее приложениями. Таким образом, на этих компьютерах может быть установлено разное оборудование (процессоры, жесткие диски, мониторы и др.), на котором можно запускать одинаковое программное обеспечение. Связь между приложениями и операционной системой осуществляется с помощью соответствующего API (Application Programming Interface). Этот интерфейс определяет, например, как выполняется запись и считывание данных на диск, печать и другие функции. Поскольку приложение не зависит от установленного аппаратного обеспечения, все его вызовы обрабатывает операционная система, которая уже содержит информацию об установленном оборудовании.

Операционная система, в свою очередь, через BIOS обращается непосредственно к аппаратному обеспечению. Эта связь реализована в виде драйверов устройств. Как правило, выпуском драйверов для аппаратного обеспечения занимаются его производители. Поскольку драйверы обеспечивают взаимодействие между аппаратным устройством и операционной системой, они, как правило, предназначены для определенной системы. Таким образом, производителям приходится создавать драйверы для таких операционных систем, как DOS, Windows 9x/NT/2000/XP, OS/2, Linux и др. Тем не менее многие операционные системы имеют одинаковый внутренний интерфейс, некоторые драйверы подходят для нескольких операционных систем. Например, драйвер для Windows Me зачастую пригодится в Windows 98/95, а драйвер для Windows 98 можно использовать в Windows 2000/NT.

Системная BIOS остается неизменной для операционной системы, независимо от аппаратного обеспечения, а операционная система может работать на самых разных компьютерах. Например, если установить Windows XP на компьютерах с разными процессорами, жесткими дисками, видеоадаптерами и т.д., принцип работы Windows XP останется неизменным, поскольку драйвер выполняет свои базовые функции вне зависимости от аппаратных компонентов.

Как видно из рис. 1, приложения и операционная система идентичны в большинстве компьютеров, а BIOS "подстраивается" под определенные аппаратные компоненты и, независимо от установленного оборудования, обеспечивает стандартный интерфейс для операционной системы.