Базовая система ввода-вывода компьютера

ГОСУДАРСТВЕННОЕ ОБРАЗОВАТЕЛЬНОЕ УЧРЕЖДЕНИЕ ВЫСШЕГО  ПРОФЕССИОНАЛЬНОГО ОБРАЗОВАНИЯ

«САНКТ-ПЕТЕРБУРГСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ  УНИВЕРСИТЕТ 

СЕРВИСА И ЭКОНОМИКИ»

 

 

 

 

 

 

 

 

 

РЕФЕРАТ

по дисциплине «Информатика»

 

Базовая система ввода-вывода компьютера

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

                                                                                           

Выполнил: студент 1 курса 

                                                        Андреев В.И.

 

 

                                               

                  

 

 

 

 

                                                                                                   

 

 

 

Санкт-Петербург

2012г.

 

 

Оглавление

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Введение

 

BIOS (Basic Input Output System) - базовая  система ввода-вывода. Это часть  программного обеспечения PC, поддерживающая  управление адаптерами внешних  устройств, экранные операции, тестирование, начальную загрузку и установку OS.

BIOS - это стандартный  интерфейс, обеспечивающий переносимость  OS между PC с одинаковым микропроцессором. BIOS хранится в ПЗУ PC. Управление  устройствами осуществляется через  механизм прерываний.

Прерывания:

аппаратные (инициируются аппаратными средствами),

логические (инициируются микропроцессором - нестандартные ситуации в работе микропроцессора),

программные (инициируются каким-либо программным обеспечением).

Большинство современных видеоадаптеров, а также контроллеры накопителей имеют собственную систему BIOS, которая обычно дополняет системную.

Во многих случаях  программы, входящие в конкретную BIOS, заменяют соответствующие программные  модули основной BIOS. Вызов программ BIOS, как правило, осуществляется через программные или аппаратные прерывания.

Заметим, что система BIOS помимо программ взаимодействия с  аппаратными средствами на физическом уровне содержит программу тестирования при включении питания компьютера POST (Power-On-Self-Test, Самотестирование при включении питания компьютера).

Тестируются основные компоненты, такие как процессор, память, вспомогательные  микросхемы, приводы дисков, клавиатуру и видеоподсистему. Если при включении  питания компьютера возникают проблемы (BIOS не может выполнить начальный тест), вы услышите последовательность звуковых сигналов:

Код сигнала: 

1. Ошибка регенерации DRAM;

2. Отказ схемы четности; 

3. Отказ базового ОЗУ 64 Кб;

4. Отказ системного таймера;

5. Отказ процессора ;

6. Ошибка адресной линии A20 контроллера клавиатуры;

7. Ошибка исключения виртуального режима Virtual Mode Exception;      8. Ошибка теста чтения, записи памяти дисплея; 

9. Ошибка контрольной суммы ROM-BIOS. 

Если столкнутся с чем-либо подобным, существует высокая вероятность того, что эта проблема связана с аппаратными средствами.

Система BIOS в PS реализована  в виде одной микросхемы, установленной  на материнской плате компьютера. Заметим, что название ROM BIOS в настоящее  время не совсем справедливо, ибо  “ROM” - предполагает использование постоянных запоминающих устройств (ROM - Read Only Memory), а для хранения кодов BIOS в настоящее время применяются в основном перепрограммируемые (стираемые электрически или с помощью ультрафиолетового излучения) запоминающие устройства. Мало того, наиболее перспективным для хранения системы BIOS является сейчас флэш-память. Это позволяет легко модифицировать старые или добавлять дополнительные функции для поддержки новых устройств, подключаемых к компьютеру.

Поскольку содержимое ROM BIOS фирмы IBM было защищено авторским правом, то есть его нельзя подвергать копированию, то большинство других производителей компьютеров вынуждены были использовать микросхемы BIOS независимых фирм, системы BIOS которых, разумеется, были практически полностью совместимы с оригиналом. Наиболее известные из этих фирм три: American Megatrends Inc. (AMI), Award Software и Phoenix Technologies. Заметим, что конкретные версии BIOS неразрывно связаны с набором микросхем (chipset), используемым на системной плате. Кстати, компания Phoenix Technologies считается пионером в производстве лицензионно-чистых BIOS. Именно в них впервые были реализованы такие функции, как задание типа жесткого диска, поддержка привода флоппи-дисков емкостью 1,44 Мбайт и т.д. Более того, считается, что процедура POST этих BIOS имеет самую мощную диагностику. Справедливости ради надо отметить, что BIOS компании AMI наиболее распространены. По некоторым данным, AMI занимает около 60% этого сегмента рынка. Кроме того, из программы Setup AMI BIOS можно вызвать несколько утилит для тестирования основных компонентов системы и работы с накопителями. Однако при их использовании особое внимание следует обратить на тип интерфейса, который использует привод накопителя.

Система BIOS в компьютерах, неразрывно связана с SMOS RAM. Под этим понимается “неизменяемая" память, в которой хранится информация о текущих показаниях часов, значении времени для будильника, конфигурации компьютера: количестве памяти, типах накопителей и т.д. Именно в этой информации нуждаются программные модули системы BIOS. Своим названием SMOS RAM обязана тому, что эта память выполнена на основе КМОП-структур (CMOS-Complementary Metal Oxide Semiconductor), которые, как известно, отличаются малым энергопотреблением. Заметим, что CMOS-память энергонезависима только постольку, поскольку постоянно подпитывается, например, от аккумулятора, расположенного на системной плате, или батареи гальванических элементов, как правило, смонтированной на корпусе системного блока. Заметим, что большинство системных плат допускают питание CMOS RAM как от встроенного, так и от внешнего источника.

Заметим, что в случае повреждения микросхемы CMOS RAM (или  разряде батареи или аккумулятора) программа Setup имеет возможность  воспользоваться некой информацией  по умолчанию (BIOS Setup Default Values), которая хранится в таблице соответствующей микросхемы ROM BIOS. Кстати, на некоторых материнских платах питание микросхемы CMOS RAM может осуществляться как от внутреннего, так и от внешнего источника. Выбор определяется установкой соответствующей перемычки.

Программа Setup поддерживает установку нескольких режимов энергосбережения, например Doze (дремлющий), Standby (ожидания, или резервный) и Suspend (приостановки работы). Данные режимы перечислены  в порядке возрастания экономии электроэнергии. Система может переходить в конкретный режим работы по истечении определенного времени, указанного в Setup. Кроме того, BIOS обычно поддерживает и спецификацию АРМ (Advanced Power Management). Как известно, впервые ее предложили фирмы Microsoft и Intel. В их совместном документе содержались основные принципы разработки технологии управления потребляемой портативным компьютером мощностью.

Напомним, что задание  полной конфигурации компьютера осуществляется не только установками из программы Setup, но и замыканием (или размыканием) соответствующих перемычек на системной плате. Назначение каждой из них указано в соответствующей документации.

BIOS является своеобразной  программной оболочкой вокруг аппаратных средств PC (самого нижнего уровня), реализуя доступ к аппаратным средствам PC через механизм прерываний.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

1. Тип BIOS

Логично предположить, что, если BIOS не нуждается в дисковых накопителях, то для его хранения используется принципиально другой носитель информации, всегда доступный независимо от состояния дисковой системы, что, собственно, и позволяет компьютеру самостоятельно загружаться. Долгое время таким носителем информации являлась микросхема ROM (read-only memory). Соответственно, изменение BIOS было, если не невозможным, то крайне проблематичным. Однако, как известно, компьютерные технологии развиваются чрезвычайно стремительными темпами, и, со временем, когда необходимость в простом и доступном рядовому пользователю перепрограммировании BIOS стала очевидной, на смену микросхеме ROM пришла EEPROM (Electrically Erasable and Programmable Read-Only Memory), известная также как Flash ROM. Такой тип микросхем позволяет перезаписывать находящуюся в них информацию с помощью специальных программ, что максимально упростило процесс обновления BIOS. В подавляющем большинстве случаев эта микросхема устанавливается на материнской плате в специальную панель. Таким образом, в случае выхода BIOS из строя по каким-либо причинам микросхему легко изъять и перепрограммировать на специальном устройстве.

Необходимо уточнить, что понятие Flash ROM не во всех случаях  эквивалентно понятию Flash BIOS. Хотя почти  всегда эти термины обозначают одно и то же, можно встретить материнские  платы, которые не позволяют обновлять BIOS программно, несмотря на то, что на них установлена микросхема Flash ROM. То есть возможность модернизации BIOS с помощью программы и без извлечения его из материнской платы должна быть предусмотрена дизайном платы. Как правило, этот момент четко оговаривается в руководстве пользователя к материнской плате.

Определить тип микросхемы ПЗУ, установленной на материнской  плате, несложно. Для этого необходимо посмотреть на маркировку чипа ROM (28 или 32-контактная микросхема с наклейкой производителя BIOS), отодрав наклейку. Маркировка означает следующее (ххх означает три произвольных цифры):

28Fxxx - 12V Flash память

29Cxxx - 5V Flash память

29LVxxx - 3V Flash memory (раритет)

28Cxxx - EEPROM, почти то  же, что и Flash память

27Cxxx - с окошком. EPROM (уже  не устанавливается с 1997 года): только для чтения, требует программатор для записи и ультрафиолетовую лампу для стирания

PH29EE010: SST ROM Чип - перепрашиваемый

29EE011: Winbond чип - 5V Flash память

29C010: Atmel Chip - 5V Flash память

Любые другие микросхемы, не имеющие окошка с маркировкой, не начинающейся с цифр 28 или 29, являются, скорее всего, не Flash-памятью. Если же на микросхеме есть окошко - это верный признак того, что это не Flash.

Существует несколько  причин, по которым приходится модернизировать BIOS:

Появление нового оборудования, поддержки которого просто не могло быть в момент выхода в свет оригинальной версии BIOS. Чаще всего это новые процессоры. Согласитесь, несколько неприятно видеть при загрузке компьютера надпись “Pentium II", в то время как на самом деле у Вас последняя модель Pentium III “Coppermine". Однако, помимо чисто внешних проявлений совместимости, новый BIOS может нести в себе поддержку новых функций процессора (например, возможность блокировки серийного номера процессора) или же возможность настройки ранее недоступных параметров (изменение латентности кэш-памяти второго уровня у Pentium III “Katmai”). Кроме процессоров, существует еще масса разнообразного оборудования, поддержка которого в BIOS может стать со временем просто необходимой. Это и жесткие диски, максимальный объем которых очень некстати может быть ограничен со стороны BIOS, и приводы DVD-ROM или ZIP-Drive, которые можно использовать в качестве загрузочных устройств и так далее.

Выход нового программного обеспечения. Эта проблема была чрезвычайно актуальна несколько лет назад, когда появилась операционная система MS Windows 95, поддерживающая стандарт Plug'n'Play. Для реализации этого стандарта в полной мере необходим совместимый с ним BIOS. В настоящее время эта проблема практически потеряла свою актуальность, так как все современные материнские платы изначально комплектуются PnP BIOS. Но это вовсе не означает, что появление нового программного обеспечения больше не является серьезной причиной для модернизации BIOS. Так, с выходом MS Windows 98 и MS Windows 2000 появилась необходимость в полноценной поддержке со стороны BIOS стандарта ACPI, регулирующего энергопотребление компьютера.

Производительность компьютера, на которую новая версия BIOS может  повлиять самым положительным образом. Примером такого изменения может служить уже упоминавшаяся возможность изменения латентности кэш-памяти второго уровня у ранних моделей Pentium III, появившаяся в BIOS многих производителей материнских плат лишь спустя значительный промежуток времени после выхода этих моделей процессоров в свет. Кроме этого, на производительность системы самым решительным образом могут повлиять изменения, касающиеся инициализации регистров набора системной логики.

Расширение возможностей конфигурирования. Обновление BIOS зачастую позволяет значительно разнообразить поведение компьютера. Это может быть и загрузка с любого жесткого диска, установленного в системе, и автоматическое включение компьютера в определенный момент времени, и интеллектуальный мониторинг за состоянием системы, позволяющий, например, регулировать скорость вращения вентиляторов в зависимости от температуры компонентов, и многое другое.

Исправления мелких ошибок и недоработок, как правило, не влияющих на работу большинства пользователей, но устраненных в новых версиях BIOS.

Наконец, недавним поводом  к модернизации BIOS могла быть несовместимость  текущей версии с 2000 годом.

При всех явных преимуществах, которые сулит обновление BIOS, нельзя забывать, что эта операция сопряжена  с серьезным риском выхода вашей системы из строя. Кроме этого, нет никакой гарантии, что новая версия BIOS позволит решить все ваши проблемы. В отдельных случаях для возможности полноценного использования новых функций BIOS необходимо переустановить операционную систему. Поэтому, если компьютер работает стабильно и новая версия BIOS не содержит кардинальных изменений, которые действительно необходимы, категорически рекомендуется воздержаться от модернизации BIOS.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

2. Версия BIOS

Обычно производители  материнских плат предлагают BIOS для своих изделий. Так что, если знать производителя и название материнской платы, проблем не возникнет.

В принципе, название материнской  платы можно и не знать. Обычно допускается прошивка BIOS от других плат, если на них установлен такой же чипсет и контроллер ввода-вывода. Однако такой возможностью следует пользоваться только в случае крайней необходимости, так как возможны другие несоответствия, например в количестве слотов и т.п., а прошивка неправильного BIOS может привести к тому, что материнскую плату придется выкидывать.

Что делать, если производителя и  название материнской платы определить не удается?