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BIOS

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BIOS
Elitegroup 761GX-M754 - AMIBIOS (American Megatrends) in a Winbond W39V040APZ-5491.jpg
American Megatrends BIOS
儲存位置PROM
EPROM
快閃記憶體
常见制造商American Megatrends
Insyde Software
Phoenix Technologies
Byosoft

BIOS(英文:Basic Input/Output System),即基本輸入輸出系統,亦稱為ROM BIOS、System BIOS、PC BIOS,是在通電啟動階段執行硬體初始化,以及為作業系統提供運行時服務的韌體。BIOS最早隨著CP/M作業系統的推出在1975年出現。BIOS預安裝在個人電腦主機板上,是个人电脑启动时加载的第一个软件。

現在,BIOS的作用是初始化和測試硬體元件,以及從大容量儲存裝置(如硬碟)載入啟動程式,並由啟動程式載入作業系統;當載入作業系統後,BIOS通過系統管理模式作業系統提供硬體抽象。在DOS時代,BIOS為DOS作業系統提供鍵盤、顯示及其他I/O裝置的硬體抽象層

許多BIOS程式都只能在特定電腦型號或特定主機板型號上執行。早年,BIOS儲存於ROM晶片上;現在的BIOS多儲存於快閃記憶體晶片上,這方便了BIOS的更新。

UEFI是舊式BIOS的後繼者。

歷史[编辑]

BIOS最早可追溯到1970年代CP/M作業系統。BIOS是CP/M作業系統中只能在特定機器上執行(machine-specific)的部分,它在系統開機時直接與硬體交互。

1980年代,IBM發明了IBM PC,但最初BIOS是IBM PC上唯一不開放的元件,給IBM PC的複製(Clone)帶來了麻煩。隨後COMPAQ複製了IBM PC,Phoenix Technologies等公司亦複製了IBM PC的BIOS部件,可為當時的IBM PC相容機廠商提供BIOS。

現時UEFI已經取代舊式BIOS。

操作[编辑]

系統啟動[编辑]

當電腦的電源開啟,BIOS就會從主機板上的ROM晶片執行,執行加電自檢(POST),測試和初始化CPURAM直接記憶體存取控制器、晶片組鍵盤軟碟硬碟等裝置。當所有的Option ROM被載入後,BIOS就試圖從啟動裝置(如硬碟軟碟光碟)載入啟動程式,由啟動程式載入作業系統。BIOS也可從網卡等裝置啟動。

設定畫面[编辑]

大約從80386 PC開始,個人電腦的BIOS ROM整合了設定程式(Setup)。主板的CMOS晶片用於儲存BIOS設定值及硬體偵測值。主板上的鈕扣電池用於讓CMOS儲存BIOS設定值,以及電腦在斷電時依然可以讓系統時鐘運作。

現代的BIOS可以讓使用者選擇由哪個啟動裝置啟動電腦,如光碟機硬碟軟碟隨身碟等等。

BIOS韌體[编辑]

由於BIOS與硬體系統整合在一起(將BIOS程式指令燒錄在IC中),所以有時候也被稱為韌體。在大約1990年BIOS是保存在ROM唯讀記憶體)中而無法被修改。因為BIOS的大小和複雜程度隨時間不斷增加,而且硬體的更新速度加快,令BIOS也必須不斷更新以支援新硬體,於是BIOS就改為儲存在EEPROM或者快閃記憶體中,讓使用者可以輕易更新BIOS。然而,不適當的執行或是終止BIOS更新可能導致電腦無法使用。為了避免BIOS損壞,有些主機板有備份的BIOS(「雙BIOS」主機板)。現在的BIOS有「啟動區塊」(Boot Block),屬於BIOS ROM的一部份,一開機就會被執行。這個程式會在執行BIOS前,驗證BIOS其他部分是否正確無誤(經由核對和等等)。如果啟動區塊偵測到主要的BIOS已損壞,則可自動讀取USB隨身碟/光碟中的特定BIOS檔案並更新BIOS。主機板廠商/OEM經常發出BIOS升級來更新他們的產品和修正已知的問題。

作業系統服務[编辑]

BIOS可通過BIOS中斷呼叫MS-DOS作業系統及MS-DOS程式提供磁碟、鍵盤、顯示等標準服務。通過BIOS中斷呼叫存取視訊硬體非常緩慢,因此,有些DOS程式(尤其是遊戲)通過直接存取視訊硬體提高效率。

現代作業系統僅在啟動時使用BIOS中斷呼叫[1]

微代碼更新[编辑]

P6微架構開始,Intel處理器支援可重新編程的微碼。自K7微架構開始,AMD處理器支援可重新編程的微碼。BIOS包含處理器微代碼更新。微代碼被載入到處理器的SRAM中,所以微代碼更新並不是持久的,需要在每次系統啟動時更新處理器微代碼。作業系統也可以更新主處理器的微代碼[2][3]

其他韌體[编辑]

現代BIOS包括英特爾管理引擎[4]AMD平台安全處理器和板載Video BIOS韌體

超頻[编辑]

一些BIOS支援超頻

現代用途[编辑]

BIOS以16位元真實模式執行。現代作業系統以保護模式長模式執行,因為使用BIOS的16位元真實模式服務(如BIOS中斷呼叫)是低效的。在1990年代,BIOS為作業系統提供APM舊式隨插即用英语Legacy PnP桌面管理介面英语Desktop Management Interface功能;在2000年代至今,BIOS則為作業系統提供ACPISMBIOS英语SMBIOS功能[5][6][7]

CMOS的联系和区别[编辑]

BIOS与CMOS的关系[编辑]

CMOS是计算机上另一个重要的存储器。之所以提到它,是因为BIOS程序的設定值、硬件參數偵測值就保存在CMOS中。而且,在BIOS程式啟動计算机時,需要载入CMOS中的設定值。CMOS通常被整合在南橋晶片組中。UEFI系統則多用NVRAM儲存設定。

BIOS与CMOS的区别[编辑]

二者的区别是,BIOS是儲存在只读存储器EEPROM快閃記憶體),而CMOS为随机存储器(RAM);BIOS中存储的是程序,而CMOS中存储的是普通信息。

CMOS的內容在斷電會消失。所以,把主機板的電池拆出,便可重置其內容。另外,拆出電池也會重設時間

擴充程式(Option ROM)[编辑]

擴充卡硬碟控制器顯示卡網卡可能包含BIOS擴充程式(即Option ROM),為BIOS提供附加的功能。在BIOS啟動作業系統前,Option ROM被BIOS執行。部分內建於主板的裝置(如板載RAID),其Option ROM可能包含在主機板BIOS中。Option ROM通過BIOS啟動規範英语BIOS Boot Specification擴充BIOS的啟動功能。

系統初始化[编辑]

系統在加電自檢(POST)階段,尋找並執行Option ROM。Option ROM通過BIOS中斷呼叫對硬體進行測試、初始化,並顯示診斷資訊或顯示設定畫面。

供應商[编辑]

目前全球只有四家獨立BIOS供應商(IBV),曾經的Award SoftwareGeneral SoftwareMicroid Research均被Phoenix Technologies收購,SystemSoftInsyde Software收購。

取代[编辑]

英特尔2000年開發出可扩展固件接口(Extensible Firmware Interface),隨後,由业界多家著名公司共同成立统一可扩展固件接口论坛(UEFI Forum),EFI被更名為UEFI,且由UEFI論壇制定新的UEFI規範。

現時UEFI已經取代傳統BIOS,且Intel將於2020年棄用傳統BIOS介面,屆時Intel產品不再支援基於16位真實模式的UEFI CSM(UEFI相容性支援模組)[8]

參見[编辑]

外部連結[编辑]

  1. ^ From bootloader to kernel · Linux Inside. 0xax.gitbooks.io. [2020-09-18]. (原始内容存档于2020-08-06). 
  2. ^ KB4100347: Intel microcode updates. support.microsoft.com. [2020-09-20]. (原始内容存档于2020-09-08). 
  3. ^ Microcode - Debian Wiki. wiki.debian.org. [2020-09-19]. (原始内容存档于2020-06-20). 
  4. ^ ME - flashrom. www.flashrom.org. [2020-09-19]. (原始内容存档于2019-08-05). 
  5. ^ What is ACPI (Advanced Configuration and Power Interface)? - Definition from WhatIs.com. SearchWindowsServer. [2020-09-18]. (原始内容存档于2019-05-15) (英语). 
  6. ^ Changing hardware abstraction layer in Windows 2000 / XP – Smallvoid.com. [2020-09-18]. (原始内容存档于2020-02-11) (美国英语). 
  7. ^ What is ACPI?. www.spo-comm.de. [2020-09-18]. 
  8. ^ 存档副本 (PDF). [2019-03-17]. (原始内容存档 (PDF)于2019-02-01).