2. Мікросхеми rom.
ROM (Read-Only Memory) — тип пам'яті, яка може постійно (або практично постійно) зберігати дані. Ці записані дані зберігаються в пам'яті навіть при відключенні живлення. Таким чином, для зберігання стартових процедур (і BIOS) найбільш підходить пам'ять ROM. Аналогічна пам'ять використовується і в інших пристроях з власною BIOS, наприклад у відеоадаптерах.
Помітьте, що ROM і оперативна пам'ять — не протилежні поняття. Насправді ROM є частиною оперативної пам'яті системи. Іншими словами, частина адресного простору оперативної пам'яті відводиться для ROM. Це необхідно для зберігання програмного забезпечення, яке дозволяє завантажити операційну систему.
Наприклад, при включенні персонального комп'ютера лічильник команд автоматично приймає значення (адреса) FFFFOh; команди, розміщені за цією адресою, повинні забезпечити завантаження операційної системи. Цим командам відводиться рівно 16 байт від кінця першого мегабайта оперативної пам'яті і від кінця ROM. Якби ці адреси указували на елементи звичної пам'яті, всі дані, що зберігаються в ній, у тому числі і команди, зникли б при виключенні живлення, і процесор при наступному включенні не знайшов би там ніяких команд. Але, якщо ця адреса указує на осередок ROM, програма запуску системи в незмінному вигляді виконується кожного разу при включенні комп'ютера.
Звичайно першою адресою ROM системи є F0000h, розташована за 64 або 128 Кбайт від кінця першого мегабайта. Оскільки ємність ROM звичайно рівна 128 Кбайт, програми ROM повністю займають останні 128 Кбайт першого мегабайта, включаючи критичну адресу FFFFOh першої команди запуску. Ємність сучасних мікросхем ROM може досягати 256 або 512 Кбайт. Такий збільшений об'єм дозволяє розташовувати драйвери інтегрованих на системній плати пристроїв.
Здається дивним, що персональний комп'ютер при запуску починає виконувати команду, розташовану за 16 байт від кінця ROM, але це зроблено навмисне. Просто за цією адресою поміщається команда переходу JMP, згідно якої процесор переходить до фактичного початку програми; в більшості випадків вона близька до адреси F0000h, яка розташована приблизно на 64 Кбайт раніше в карті пам'яті. Це все одно, що починати читання книгу з 16-ї сторінки від кінця; причому на ній повинен бути вказаний номер сторінки, з якою фактично починається виклад. Зате подібна угода дозволяє вільно змінювати об'єм ROM.
Основний код BIOS міститься в мікросхемі ROM на системній плати, але на платах адаптерів також є аналогічні мікросхеми. Вони містять допоміжні підпрограми базової системи вводу-виводу і драйвери, необхідні для конкретної плати, особливо для тієї плати, яка повинна бути активізована на ранньому етапі початкового завантаження, наприклад відеоадаптер. Плата, не потребуюча драйверів на ранньому етапі початкового завантаження, звичайно не має ROM, тому що їх драйвери можуть бути завантажені з жорсткого диска пізніше — в процесі початкового завантаження. У старих персональних комп'ютерах для BIOS на системній плати відводилося до шести мікросхем, але тепер BIOS звичайно розміщується на одній мікросхемі.
На платах адаптерів, для яких при запуску потрібні драйвери, також розміщені мікросхеми ROM. Це відеоадаптери, більшість плати SCSI (Small Computer Systems Interface), плата контроллерів Enhanced IDE і деякі мережеві плати. Мікросхема ROM на цій платі містить драйвери і програми запуску, які будуть виконані при початковому завантаженні. Наприклад, відеоадаптер може ініціалізуватися, не дивлячись на те що ROM на системній плати не містить драйверів для цього пристрою. Не можна завантажувати початкові драйвери режиму VGA з диска, тому що екран залишатиметься темним (і ви не зможете управляти процесом завантаження), поки не завантажаться ці драйвери. Що ж відбувається при завантаженні? Програма, що зберігається в ROM системної плати, сканує спеціальну область адаптера ROM оперативної пам'яті (адреси C0000-DFFFFh) у пошуках пари байт сигнатури (55AAh), яка указує на початок ROM. Базова система вводу-виводу системної плати автоматично виконує програми в ROM будь-якого адаптера, який вона знаходить в процесі сканування. Процес виявлення і ініціалізації відеоадаптера можна спостерігати в більшості комп'ютерів при включенні живлення і під час виконання POST.
Затінювання ROM
Мікросхеми ROM дуже "повільні": час доступу рівний 150 нс при часі доступу запам’ятовуючого пристрою DRAM 60 нс або менше. Тому в багатьох системах ROM затінюється, тобто її вміст копіюється в мікросхеми динамічної оперативної пам'яті при запуску, щоб скоротити час доступу в процесі функціонування. Процедура затінювання копіює вміст ROM в оперативну пам'ять, привласнюючи їй адреси, що спочатку використалися для ROM, яка потім фактично відключається. Це підвищує швидкодію системи пам'яті. Втім, в більшості випадків достатньо затінити тільки базову систему вводу-виводу на системній платі і, можливо, на відеоплаті.
Затінювання ефективне головним чином в 16-розрядних операційних системах типа DOS або Windows 3.x. Якщо комп'ютер працює під управлінням 32-розрядної операційної системи типа Windows 9x або Windows NT/2000, то затінювання фактично даремне, тому що ці операційні системи не використовують 16-розрядний код з ROM. Замість нього вони завантажують 32-розрядні драйвери в оперативну пам'ять, замінюючи ними 16-розрядний код базової системи вводу-виводу, який, таким чином, використовується тільки протягом запуску системи. Засіб управління затінюванням знаходиться в програмі Setup BIOS.
Існує чотири різні типи мікросхем пам'яті ROM.
ROM (Read Only Memory).
PROM (Programmable ROM) — програмована ROM.
EPROM (Erasable PROM) — стираєма програмована ROM.
EEPROM (Electrically Erasable PROM) — електронно-стираєма програмована ROM, також звана Flash ROM.
Незалежно від типа ROM, дані в ній зберігаються до тих пір, поки не будуть стерті навмисно.
У табл. 5.1 приведені ідентифікаційні номери, звичайно використовувані для маркіровки мікросхем пам'яті ROM кожного типу.
Таблиця 5.1. Ідентифікаційні номери мікросхем пам'яті ROM
Тип |
Ідентифікаційний номер |
Інші ознаки |
ROM |
Більше не використовується |
|
PROM |
27nnnn |
|
EPROM |
27nnnn |
Кварцове віконце |
EEPROM |
28хххх або 29хххх |
|
Пропалювана при виготовленні пам'ять ROM
Спочатку в більшості мікросхем ROM вже на етапі виготовлення були пропалені "О" і "1", тобто таку пам'ять ROM можна представити у вигляді матриці, в якій вже при виготовленні в потрібних місцях записуються нулі і одиниці. Матриця є кремнієвим кристалом (мікросхема). Такі мікросхеми називаються пропалюваними при виготовленні, тому що дані записуються в маску, з якою способом фотолітографії виготовляється матриця. Подібний виробничий процес економічно виправдовує себе при виготовленні сотень тисяч мікросхем з однаковою інформацією. Якщо необхідно змінити хоча б один-єдиний біт, доведеться переробити маску, а це обійдеться недешево. Тому такий тип пам'яті ROM не використовується.
Пам'ять PROM
У пам'ять PROM після виготовлення можна записати будь-які дані. Вона була розроблена в кінці 70-х років компанією Texas Instruments і мала ємність від 1 Кбайт (8 Кбіт) до 2 Мбайт (16 Мбіт) або більше. Ці мікросхеми можуть бути ідентифіковані по номерах виду 27nnnn в маркіровці, де 27 указує PROM типа TI, а nnnn — ємність кристала (мікросхеми) в кілобітах. Наприклад, в більшості персональних комп'ютерів з PROM використовувалися мікросхеми 27512 або 271000, які мали ємність 512 Кбіт (64 Кбайт) або 1 Мбіт (128 Кбайт).
Мається на увазі, що ці мікросхеми після виготовлення не містять ніякої інформації, насправді при виготовленні вони прописуються двійковими одиницями. Іншими словами, мікросхема PROM ємністю 1 Мбіт містить 1 млн. одиниць (фактично 1 048 576). При програмуванні такої "порожньої" PROM в неї записуються нулі. Цей процес звичайно виконується за допомогою спеціального програмуючого пристрою.
Процес програмування часто називається пропалюванням. Кожну "1" можна представити як непошкоджений плавкий запобіжник. Більшість таких мікросхем працює при напрузі 5 В, але при програмуванні PROM подається вища напруга (звично 12 В) за різними адресами в межах адресного простору, відведеного для мікросхеми. Ця вища напруга фактично записує "0", спалюючи плавкі запобіжники в тих місцях, де необхідно перетворити 1 в 0. Хоча можна перетворити 1 в 0, цей процес незворотній, тобто не можна перетворити 0 в 1. Програмуючий пристрій досліджує програму, яку необхідно записати в мікросхему, і потім вибірково змінює в мікросхемі 1 на 0 тільки там, де це необхідно. Тому мікросхеми PROM часто називаються мікросхемами ОТР (One Time Programmable — програмовані один раз). Вони можуть бути запрограмовані тільки один раз. Більшість мікросхем PROM вартує зовсім недорого, приблизно 3 долари. Тому при заміні програми в PROM стара мікросхема викидається, а нова пропалюється відповідно до нових даних.
Процес програмування PROM займає від декількох секунд до декількох хвилин, залежно від місткості мікросхеми і вживаного алгоритму.
Необхідно відзначити, що для зміни BIOS в сучасних комп'ютерах подібні пристрої не застосовуються. У них використовуються мікросхеми Flash ROM.
Пам'ять EPROM
Це різновид пам'яті PROM, який у свій час був вельми популярний. Дані в пам'яті EPROM можна стирати. Мікросхему EPROM чітко видно через кварцове віконце, розташоване прямо над кристалом. Фактично крізь вікно ви можете бачити кристал! Мікросхеми EPROM мають той же номер 27nnnn, що і стандартні PROM, причому вони функціонально і фізично ідентичні, якби не прозоре кварцове вікно над матрицею.
Вікно пропускає ультрафіолетове проміння. Інтенсивне ультрафіолетове опромінювання стирає інформацію на матриці (мікросхемі) EPROM. Вікно зроблене з кристала кварцу, тому що звичне скло не пропускає ультрафіолетового проміння. Кварцове вікно підвищує вартість мікросхеми EPROM. Таке підвищення буде невиправданим, якщо інформацію не потрібно стирати.
Ультрафіолетове проміння стирає інформацію на мікросхемі, викликаючи хімічну реакцію, яка як би відновлює (спаює) плавкі запобіжники. Так, будь-який двійковий 0 в мікросхемі стає двійковою 1. Для цього вимагається, щоб довжина хвилі ультрафіолетового проміння була рівна приблизно 2,537 ангстрема, а їх інтенсивність — досить високо. (12 000 мВт/см2). Джерело повинне розташовуватися в безпосередній близькості — не далі 2-3 см (приблизно 1 дюйм), а час експозиції складати від 5 до 15 хв. Пристрій стирання EPROM містить джерело ультрафіолетового проміння (звично це ультрафіолетова лампа розжарювання), розташова над висувною скринькою, в якому розміщуються стирані мікросхеми.
Кварцове вікно на мікросхемі EPROM звичайно заклеюється липкою стрічкою, щоб попередити випадкове проникнення ультрафіолетового проміння. Вони входять до складу сонячного світла і, звичайно, присутні навіть в звичному кімнатному освітленні.
Пам'ять EEPROM, або Flash ROM
Це новіший тип пам'яті ROM — електронно-стираєма програмована постійна пам'ять. Дані мікросхеми також називаються Flash ROM, і їх можна перепрограмувати, не знімаючи з плати, на яку вони встановлені, без спеціального устаткування. Використовуючи Flash ROM, можна стирати і перепрограмувати ROM безпосередньо на системній платі, не видаляючи мікросхему з системи і навіть не відкриваючи системного блоку! Для того, хто перепрограмовує не потрібен пристрій стирання ультрафіолетовим опромінюванням або який-небудь інший програмуючий пристрій.
Flash ROM можна взнати по номеру 28хххх або 29хххх і відсутності вікна в мікросхемі. За наявності Flash ROM на системній платі можна легко модернізувати ROM, не міняючи мікросхеми. В більшості випадків достатньо завантажити модифіковану програму, одержану з Web-серверу виробника системної плати, а потім запустити програму модифікації.
Рекомендується періодично відвідувати Web-сервер виробника системної плати, щоб стежити за модифікаціями базової системи вводу-виводу для вашого комп'ютера. Модифікована базова система вводу-виводу може містити помилки або забезпечувати підтримку нових пристроїв, яких первинно не було у вашій системі. Наприклад, іноді необхідно модифікувати базову систему вводу-виводу, щоб підтримати завантаження з дисковода LS-120 (дискета ємністю 120 Мбайт).
Виробники ROM BIOS
Практично всі сучасні виробники BIOS надають її код виробникам системної плати і готових комп'ютерів. Далі мова піде про існуючі версії BIOS.
На розробці PC-сумісних програм ROM BIOS спеціалізуються такі компанії, як American Megatrends, Inc. (AMI), Award Software і Phoenix Software. Виготівники системної плати одержують від них ліцензії на установку ROM BIOS, після чого можуть працювати над апаратною частиною, не займаючись програмним забезпеченням. Для того, щоб встановити на плату мікросхему пам'яті ROM із записаною програмою BIOS, розробнику доводиться вирішувати безліч задач, пов'язаних з пристроєм комп'ютера. Добитися сумісності ROM BIOS і системної плати — задача непроста. Універсальних мікросхем ROM BIOS не існує. AMI, Award, Microid Research і Phoenix поставляють різним виготівникам варіанти BIOS, виконані для конкретних комп'ютерів.
Зовсім недавно відбулися великі зміни в компаніях, розробляючих базові системи вводу-виводу. Так, в 1995 році Phoenix підписала контракт з Intel і забезпечувала всю системну плату Intel базовими системами вводу-виводу до 1999 року (тепер такий контракт підписаний з AMI). Для AMI це чудова сделка— як відомо, Intel продає приблизно 80 % (або більше) всієї системної плати.
У середині 1998 року Phoenix перекупила компанію Award, і тепер розроблені нею нові програми продаватимуться під егідою Phoenix. Таким чином, залишилося дві найкрупніші компанії — Phoenix і AMI. Більшість неамериканських виготівників системної плати все ще використовує базову систему вводу-виводу AMI, проте провідною компанією у області розробки BIOS є Phoenix. Нею не тільки розробляються нові базові системи вводу-виводу для комп'ютерів останніх поколінь, але і упроваджуються нові стандарти.
BIOS OEM-виробників
Багато OEM-виробників (Original Equipment Manufacturers) створюють власні мікросхеми пам'яті ROM. Наприклад, Compaq і AT&T розробили свої варіанти BIOS, сумісні з BIOS компаній AMI, Phoenix і Award, і періодично випускають модернізовані версії BIOS, в яких усунені недоліки попередніх версій і додані нові можливості. Перш ніж встановити на комп'ютері нестандартну мікросхему ROM BIOS, переконайтеся, що вона виготовлена солідною фірмою, яка займається удосконаленням версій своїх програм (важлива не сама мікросхема, а те, що в ній записано).
Деякі OEM-виробники не займаються розробкою BIOS, а замовляють її в незалежних компаніях. Наприклад, для комп'ютерів Hewlett-Packard необхідна спеціальна, унікальна базова система вводу-виводу. Але Hewlett-Packard не займається розробкою подібного роду систем; вона уклала контракт з Phoenix — відомим розробником базових систем вводу-виводу. Таким чином, в комп'ютері Vectra PC компанії Hewlett-Packard використовується BIOS компанії Phoenix. Зверніть увагу: не дивлячись на те що базову систему вводу-виводу розробила Phoenix, будь-які її оновлення можна одержати тільки у Hewlett-Packard.
BIOS компанії AMI
Не дивлячись на те що AMI адаптує програми BIOS для конкретних комп'ютерів, вона не продає компаніям-виробникам початковий код BIOS: виробник може замовити нову версію при її випуску. Оскільки багато компаній не можуть (або не хочуть) замовляти кожен змінений варіант, вони пропускають декілька версій, перш ніж закупити нову.
Новіші версії AMI BIOS називаються Hi-Rex (High flexibility). AMI Hi-Rex BIOS використовується в системній платі багатьох виробників. AMI— єдиний виробник BIOS, що випускає також свою системну плату.
Будь-яка версія AMI BIOS після включення комп'ютера під час самотестування виводить перший ідентифікаційний рядок повідомлень в нижньому лівому кутку екрану, відразу під інформацією про авторські права.
Базова система вводу-виводу AMI продається через мережу дистриб'юторів, список яких можна знайти на Web-вузлі за адресою: http: //www.ami.com. Проте майте на увазі, що ви не зможете придбати оновлення безпосередньо в AMI.
BIOS компанії Award
Award — унікальний виробник BIOS. Вона продає виробникам коди своїх BIOS і дозволяє змінювати їх для адаптації до конкретних систем. (У такому разі це вже не Award BIOS, а її адаптований варіант.) Наприклад, AST і багато інших виробників закупляють готові початкові програми BIOS, а не розробляють їх, починаючи з нуля. Звичайно, AMI і Phoenix також адаптують коди своїх BIOS під комп'ютери конкретних виробників, але вони не продають їм початкових програм. Деякі розробники нібито власних BIOS насправді починали з програм, придбаних в Award або інших компаніях.
Можливості BIOS компанії Award досить широкі. Вона містить програму настройки, яка викликається натисненням комбінації клавіш <Ctrl+Alt+Esc>. Програма настройки дозволяє задати тип жорсткого диска, що необхідне для повної реалізації можливостей накопичувачів IDE і ESDI. Тест POST досить хороший. Технічна підтримка Award доступна за адресою: http://vww.award.com.
У середині 1998 року Award була придбана компанією Phoenix, і тепер базові системи вводу-виводу під ім'ям Award не виробляються. Проте нові версії продовжують підтримувати попередні версії базової системи вводу-виводу. В цілому BIOS компанії Award характеризується прекрасною якістю, хорошою сумісністю і високим рівнем технічної підтримки.
BIOS компанії Phoenix
Протягом багатьох років ця програма була еталоном сумісності, з яким порівнювалася продукція інших компаній. Phoenix одна з перших легально переробила IBM BIOS по методу "чистої ділянки пам'яті", або "чорного ящика". Група інженерів вивчила IBM BIOS і склала список можливостей даної програми і вимог, яким вона повинна задовольняти. Ця інформація була передана групі інженерів, які не були знайомі з IBM BIOS. Таким чином, вони могли легально розробляти нову BIOS. Система, що вийшла, була оригінальною і не була копією IBM BIOS, проте функціонувала аналогічно. Довгий час цю систему "доводили до пуття", і тепер її використання викликає набагато менше проблем, пов'язаних з сумісністю, ніж застосування систем інших розробників BIOS.
Phoenix BIOS має дві істотні переваги перед рештою програм. Перше — висока якість виконання процедури POST. Програма відрізняється продуманою системою звукових кодів, які дозволяють на слух діагностувати серйозні несправності системної плати, перешкоджаючі нормальній роботі комп'ютера. Ви можете, наприклад, по звуку виявити несправну мікросхему в нульовому банку пам'яті.
Друге — це документація. Крім докладних описів, прикладених до комп'ютера, Phoenix опублікувала серію технічних довідників, які є основою промислових стандартів BIOS. У довідниках Phoenix міститься вичерпна інформація про Phoenix BIOS, а також про BIOS всіх PC-сумісних комп'ютерів.
Phoenix надає технічну підтримку і документацію за адресою: http://www.phoenix.com; такі ж допомоги надає їх найбільший дистриб'ютор — Micro Firmware, Inc. (http://www.firmware.com). Micro Firmware пропонує оновлення застарілих базових систем вводу-виводу Phoenix, зокрема для комп'ютерів компаній Packard Bell, Gateway 2000 (з системною платою Micronics), Micron Technologies і ін.