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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
存储位置PROM
EPROM
闪存
常见制造商American Megatrends
Insyde Software
Phoenix Technologies
Byosoft

BIOS(英文:Basic Input/Output System),即基本输入输出系统,亦称为ROM BIOS、System BIOS、PC BIOS,是在通电引导阶段运行硬件初始化,以及为操作系统提供运行时服务的固件。BIOS最早随着CP/M操作系统的推出在1975年出现。BIOS预安装在个人电脑主板上,是个人电脑启动时加载的第一个软件。

现在,BIOS的作用是初始化和测试硬件组件,以及从大容量存储设备(如硬盘)加载引导程序,并由引导程序加载操作系统;当加载操作系统后,BIOS通过系统管理模式操作系统提供硬件抽象。在DOS时代,BIOS为DOS操作系统提供键盘、显示及其他I/O设备的硬件抽象层

许多BIOS程序都只能在特定电脑型号或特定主板型号上运行。早年,BIOS存储于ROM芯片上;现在的BIOS多存储于闪存芯片上,这方便了BIOS的更新。

UEFI是旧式BIOS的后继者。

历史[编辑]

BIOS最早可追溯到1970年代CP/M操作系统。BIOS是CP/M操作系统中只能在特定机器上运行(machine-specific)的部分,它在系统引导时直接与硬件交互。

1980年代,IBM发明了IBM PC,但最初BIOS是IBM PC上唯一不开放的组件,给IBM PC的复制(Clone)带来了麻烦。随后COMPAQ复制了IBM PC,Phoenix Technologies等公司亦复制了IBM PC的BIOS部件,可为当时的IBM PC兼容机厂商提供BIOS。

现时UEFI已经取代旧式BIOS。

操作[编辑]

系统引导[编辑]

当电脑的电源开启,BIOS就会从主板上的ROM芯片运行,运行加电自检(POST),测试和初始化CPURAM直接存储器访问控制器、芯片组键盘软盘硬盘等设备。当所有的Option ROM被加载后,BIOS就试图从引导设备(如硬盘软盘光盘)加载引导程序,由引导程序加载操作系统。BIOS也可从网卡等设备引导。

设置画面[编辑]

大约从80386 PC开始,个人电脑的BIOS ROM集成了设置程序(Setup)。主板的CMOS芯片用于存储BIOS设置值及硬件侦测值。主板上的钮扣电池用于让CMOS存储BIOS设置值,以及电脑在断电时依然可以让系统时钟运作。

现代的BIOS可以让用户选择由哪个引导设备引导电脑,如光盘驱动器硬盘软盘U盘等等。

BIOS固件[编辑]

由于BIOS与硬件系统集成在一起(将BIOS程序指令刻录在IC中),所以有时候也被称为固件。在大约1990年BIOS是保存在ROM只读存储器)中而无法被修改。因为BIOS的大小和复杂程度随时间不断增加,而且硬件的更新速度加快,令BIOS也必须不断更新以支持新硬件,于是BIOS就改为存储在EEPROM或者闪存中,让用户可以轻易更新BIOS。然而,不适当的运行或是终止BIOS更新可能导致电脑无法使用。为了避免BIOS损坏,有些主板有备份的BIOS(“双BIOS”主板)。现在的BIOS有“引导区块”(Boot Block),属于BIOS ROM的一部分,一引导就会被运行。这个程序会在运行BIOS前,验证BIOS其他部分是否正确无误(经由检验和等等)。如果引导区块侦测到主要的BIOS已损坏,则可自动读取U盘/光盘中的特定BIOS文件并更新BIOS。主板厂商/OEM经常发出BIOS升级来更新他们的产品和修正已知的问题。

操作系统服务[编辑]

BIOS可通过BIOS中断调用MS-DOS操作系统及MS-DOS程序提供磁盘、键盘、显示等标准服务。通过BIOS中断调用访问视频硬件非常缓慢,因此,有些DOS程序(尤其是游戏)通过直接访问视频硬件提高效率。

现代操作系统仅在引导时使用BIOS中断调用[1]

微代码更新[编辑]

P6微架构开始,Intel处理器支持可重新编程的微码。自K7微架构开始,AMD处理器支持可重新编程的微码。BIOS包含处理器微代码更新。微代码被加载到处理器的SRAM中,所以微代码更新并不是持久的,需要在每次系统引导时更新处理器微代码。操作系统也可以更新主处理器的微代码[2][3]

其他固件[编辑]

现代BIOS包括英特尔管理引擎[4]AMD平台安全处理器和板载Video BIOS固件

超频[编辑]

一些BIOS支持超频

现代用途[编辑]

BIOS以16位实模式运行。现代操作系统以保护模式长模式运行,因为使用BIOS的16位实模式服务(如BIOS中断调用)是低效的。在1990年代,BIOS为操作系统提供APM旧式即插即用英语Legacy PnP桌面管理接口英语Desktop Management Interface功能;在2000年代至今,BIOS则为操作系统提供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程序的设置值、硬件参数侦测值就保存在CMOS中。而且,在BIOS程序引导计算机时,需要加载CMOS中的设置值。CMOS通常被集成在南桥芯片组中。UEFI系统则多用NVRAM存储设置。

BIOS与CMOS的区别[编辑]

二者的区别是,BIOS是存储在只读存储器EEPROM闪存),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的内容在断电会消失。所以,把主板的电池拆出,便可重置其内容。另外,拆出电池也会重置时间

扩展程序(Option ROM)[编辑]

扩展卡硬盘控制器显卡网卡可能包含BIOS扩展程序(即Option ROM),为BIOS提供附加的功能。在BIOS引导操作系统前,Option ROM被BIOS运行。部分内置于主板的设备(如板载RAID),其Option ROM可能包含在主板BIOS中。Option ROM通过BIOS引导规范英语BIOS Boot Specification扩展BIOS的引导功能。

系统初始化[编辑]

系统在加电自检(POST)阶段,查找并运行Option ROM。Option ROM通过BIOS中断调用对硬件进行测试、初始化,并显示诊断信息或显示设置画面。

供应商[编辑]

目前全球只有四家独立BIOS供应商(IBV),曾经的Award SoftwareGeneral SoftwareMicroid Research均被Phoenix Technologies收购,SystemSoftInsyde Software收购。

取代[编辑]

英特尔2000年开发出可扩展固件接口(Extensible Firmware Interface),随后,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被更名为UEFI,且由UEFI论坛制定新的UEFI规范。

现时UEFI已经取代传统BIOS,且Intel将于2020年弃用传统BIOS接口,届时Intel产品不再支持基于16位实模式的UEFI CSM(UEFI兼容性支持模块)[8]

参见[编辑]

外部链接[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).