BIOS

BIOS

BIOS (/ˈbaɪɒs/, от англ. basic input/output system — «базовая система ввода-вывода»), БИОС, также БСВВ — набор микропрограмм, реализующих API для работы с аппаратурой компьютера и подключёнными к нему устройствами.

BIOS относится к системному программному обеспечению (ПО).

Виды BIOS:

• BIOS материнской платы IBM PC-совместимого компьютера;
• BIOS периферийных устройств;
• NetBIOS.Термин «BIOS» употребляется по отношению к устройствам, совместимым с персональными компьютерами фирмы IBM. Для устройств, построенных на базе иныхплатформ, используются другие термины. Например, для компьютеров архитектуры SPARC набор микропрограмм может называться «PROM» или «Boot».
  Подробнее по этой теме см. Open Firmware.
  Русское название БИОС произошло изтранслитерации английской аббревиатуры BIOS. Произносят «би́ос». Надо помнить, что это русифицированное, искажённое произношение, и правильно произносить это название как «ба́йос» (/ˈbaɪ.ɒs/). Правильное название базовой системы ввода-вывода — именно «байос» — позволяет избежать путаницы с BeOS (операционная система, созданная фирмой «Be, Inc.»; произносится «би́-ос») и с другими похожими по написанию или звучанию словами.

  BIOS материнской платы

  В IBM PC-совместимом компьютере, использующем микроархитектуру x86, код BIOS хранится на микросхеме EEPROM (ЭСППЗУ — электрически стираемоеперепрограммируемое постоянное запоминающее устройство).
  

  Микросхема ПЗУ, хранящая код BIOS фирмы Award
  Назначение BIOS:
  • проверка работоспособности оборудования;
  • загрузка операционной системы (ОС);
  • предоставление API для работы с оборудованием;
  • настройка оборудования^[⇨].

  Начальная загрузка компьютера

  Основная статья: Начальная загрузка компьютера
  После включения IBM PC-совместимого компьютера процессор, реализующий микроархитектуру x86, читает код BIOS из ПЗУ (смикросхемы EEPROM), записывает его в ОЗУ (оперативную память) и передаёт управление коду BIOS.
  Затем код BIOS:
  • выполняет тестирование оборудования компьютера (см. POST, англ. power-on self-test);
  • читает настройки из энергозависимого ПЗУ;
  • применяет настройки;
  • ищет и загружает в память код загрузчика;
  • передаёт управление загрузчику.
  Таким образом BIOS обеспечивает начальную загрузку IBM PC-совместимого компьютера.
  В дальнейшем загрузчик ищет и загружает в память код операционной системы и передаёт ему управление.
  BIOS реализует API для работы с внутренними и внешними устройствами компьютера. Загрузчик ОС и сама ОС используют это API для работы с оборудованием до тех пор, пока не загрузят собственные драйверы.
  В настоящее время компания Intel на новых платформах предлагает использовать extensible firmware interface (UEFI) вместо BIOS.

  Инициализация и проверка работоспособности аппаратуры

  Основная статья: POST (аппаратное обеспечение)
  Бо́льшую часть кода BIOS составляют микропрограммы, предназначенные для инициализации контроллеров, расположенных на материнской плате, и устройств, подключённых к материнской плате (которые, в свою очередь, могут иметь контроллеры с собственными BIOS).
  Сразу после включения питания компьютера процессор читает код BIOS из EEPROM, записывает код BIOS в память и передаёт ему управление. Первым делом код BIOS начинает проверку аппаратного обеспечения компьютера — POST (англ. power-on self-test). В ходе POST код BIOS проверяет работоспособность контроллеров, расположенных на материнской плате, задаёт низкоуровневые параметры их работы (например, частоту шины и параметры центрального микропроцессора, контроллера оперативной памяти, контроллеров шин FSB, AGP, PCI, USB).
  Если во время POST случится сбой, код BIOS может выдать информацию, позволяющую выявить причину сбоя. Если нет возможности вывести сообщение на монитор, код BIOS воспроизведёт звуковой сигнал через встроенный динамик.
  См. также:
  • POST (англ. power-on self-test);
  • ESCD (англ. extended system configuration data);
  • звуковые сигналы BIOS;
  • коды ошибок BIOS.

  Загрузка операционной системы

  Если POST выполнен без ошибок, код BIOS начнёт поиск кода загрузчика ОС. Поиск выполняется на доступных и разрешённых в настройках носителях:
  • в главной загрузочной записи (англ. master boot record, MBR) на hdd или ssd;
  • на USB-flash;
  • на оптическом диске CD-ROM;
  • на дискете (англ. floppy disk);
  • в сети с использованием технологии PXE (см. также «тонкий клиент»).
  Код BIOS загрузит код загрузчика ОС в память и передаст ему управление.
  Загрузчик ОС и сама ОС по ходу работы могут изменять большинство настроек, установленных кодом BIOS.
  Некоторые реализации BIOS поддерживают загрузку через интерфейсы, изначально для этого не предназначенные (USB и IEEE 1394).

  Утилиты, доступные без загрузки ОС

  Старые компьютеры семейства IBM PC/XT не имели полноценной операционной системы (либо её загрузка не была необходима пользователю), вызывали встроенный интерпретатор языка BASIC (который выполнял роль простейшей ОС).
  Некоторые BIOS предоставляют дополнительную функциональность:
  • воспроизведение аудио-CD или DVD-дисков;
  • обновление кода BIOS с внешних носителей;
  • использование простых браузеров.

  Примитивное API

  IBM-совместимые компьютеры изначально конструировались так, чтобы предоставить возможность расширения. По этой причине работа с дисками и экраном выполнялась через функции BIOS — при появлении нового оборудования переписывается BIOS, а программы продолжают работать, как и раньше. Ранее для этого использовались порты ввода-вывода и блоки памяти.
  Код BIOS предоставляет несколько интерфейсов, упрощающих составление программ, например, функции для работы с экраном в телетайпном режиме, функции для сканирования клавиатуры. Эти API позволяют работать с оборудованием на низком уровне, поэтому в названии «BIOS» присутствует слово «базовый».
  API (функции) BIOS используются простейшими ОС (такими, как DOS), всеми ОС в момент загрузки и в «аварийных» режимах. Современные ОС, такие, как Windows иLinux, после загрузки использующие свои драйверы, не используют API BIOS.
  С развитием компьютерных систем в коде BIOS продолжали использоваться устаревшие технологии: прежде всего «реальный режим» работы процессора x86.
  Для замены BIOS рядом производителей вычислительных систем (Unified EFI Forum (англ.), UEFI) предложена и внедряется технология EFI.

  Настройка оборудования с помощью меню

  Чтобы позволить пользователям менять настройки оборудования, код BIOS, как правило, реализует экранное меню.
  
  

  Меню BIOS фирмы Award
  Открыть меню BIOS (англ. BIOS setup) можно, если во время POST нажать определённую клавишу. Часто используются клавишиDel, F2, F10, Esc и F8
  Некоторые возможности меню:
  • настройка даты и времени для системных часов;
  • настройка периферии, не приспособленной к работе в режиме «Plug and Play» — например, жёстких дисков, выпущенных в начале 1990-х годов и работающих в режиме адресации CHS; COM- и LPT-портов;
  • запуск аппаратуры в «форсированном» или «щадящем» режиме;
  • установка заводских настроек (подробнее см. ниже);
  • включение и выключение оборудования, встроенного в материнскую плату (USB-, COM- и LPT-портов, встроенного видео, сетевого или звукового адаптера);
  • отключение некоторых тестов, выполняемых во время POST, для уменьшения времени выполнения POST (ускорения начальной загрузки);
  • активация обходных ветвей для известных ошибок ОС. Например, если Windows 95 отказывается загружаться на машине без флоппи-дисковода, BIOS может перенаправить векторы IRQ так, чтобы ОС поняла, что дисковода нет. Если неудачно написанный драйвер не работает с жёсткими дисками, подключёнными через интерфейс SerialATA, BIOS может эмулировать интерфейс ATA;
  • порядок носителей, с которых выполняется загрузка компьютера: жёсткий диск, USB-накопители, CD-ROM, загрузка с использованием сетевой платы (NIC) по технологии PXE и т. д. Если загрузка с первого носителя не удалась, BIOS пробует следующий по списку.
  
  

  Меню для выбора носителя, на котором код BIOS будет искать код загрузчика
  Сами состояния настроек не находятся непосредственно в микросхеме ПЗУ BIOS-а. Они записываются в энергозависимое ПЗУ, физически находящейся в другой микросхеме (очень часто — в ячейках памяти южного моста). В выключенном состоянии компьютера данные этого ПЗУ сохраняются питанием от резервного источника, в качестве которого очень часто используются литиевые элементы CR2032 и подобные (одновременно использующиеся для резервного питания встроенных аппаратных системных часов).
  
  

  Батарейка CR2032  фирмыPanasonic на материнской плате компьютера
  Так как существует вероятность неправильной настройки оборудования (неудачный разгон, воздействие вирусов, неправильные значения параметров, аппаратный сбой), предусмотрена возможность возврата настроек по умолчанию (сброса настроек).Сбросить настройки можно несколькими способами:
  • программно:
    • с помощью меню BIOS;
    • путём нажатия особой комбинации клавиш во время POST;
  • аппаратно:
    • путём установки перемычек (англ. jumper) на материнской плате. На плате перемычки, обычно, обозначены надписью «CLEAR_CMOS», «CLR_CMOS», «CLRRTC» или др.;
    • путём нажатия кнопки, расположенной на материнской плате. Кнопка может быть вынесена на заднюю панель системного блока.
  
  

  Фотография участка материнской платы «p4p800 se» фирмы Asus. На фото видны:
  

  • батарейка CR2032 (англ.) фирмы «KTS»;
  • микросхема ПЗУ, хранящая код BIOS фирмы American Megatrends (AMI);
  • перемычки для сброса настроек BIOS (надпись на плате — «CLRTC1»).
  Информация о назначении пунктов меню BIOS и о сбросе настроек в первоначальное состояние указывается в инструкциях кматеринским платам. Инструкции поставляются в комплекте с материнскими платами и могут быть скачаны с сайта производителя платы.