熟悉计算机应用的人,或多或少会听说过BIOS这个名字,但真正了解的人却不多。因为在使用计算机的过程中,不知道BIOS仍然可以正常用计算机完成日程事务,直到计算机出现故障了,才会想到可能要用到BIOS的知识。在本章中,就为大家揭开BIOS的神秘面纱,学习BIOS在计算机中的重要作用,为以后对BIOS的各种操作打下坚实的基础。
本章主要内容
& 什么是BIOS
& BIOS和CMOS的联系和区别
& Standard CMOS Features(标准CMOS设置)
& 其他BIOS的设置
计算机用户在使用计算机的过程中,都会接触到BIOS,它在计算机系统中起着非常重要的作用。接下来,就让我们了解一下BIOS到底是什么,以及它是由什么组成的,它的工作原理等内容。
BIOS(Basic Input Output System,基本输入/输出系统)是计算机中最基础而又最重要的程序。我们把这一段程序存放在一个不需要电源的记忆体(芯片)中,这就是平时所说的BIOS。它为计算机提供最低级的、最直接的硬件控制,计算机的原始操作都是依照固化在BIOS里的内容来完成的。准确地说,BIOS是硬件与软件程序之间的一个“桥梁”或者说是接口(虽然它本身也只是一个程序),负责解决硬件的即时需求,并按软件对硬件的操作要求具体执行。如PnP技术(Plug and Play——即插即用技术),就是在BIOS中加上PnP模块实现的。又如热插拔技术,也是由系统BIOS将热插拔信息传送给BIOS中的配置管理程序,并由该程序进行重新配置(如:中断、DMA通道等分配)。事实上热插拔技术也属于PnP技术。
主板BIOS在计算机系统中的位置如图5-1所示。
图5-1 BIOS工作示意图
BIOS通常是固化在只读存储器(ROM)中,所以又称为ROM.BIOS。计算机主板中ROM.BIOS芯片的位置如图5-2所示。
图5-2 主板上的ROM.BIOS芯片
在486以及以前的时代,BIOS总是默默地躲在操作系统的背后,不为人重视。直到计算机进入586时代之后,大量主板开始采用Flash ROM这一全新的芯片做系统BIOS,少数计算机DIY者在刷新BIOS的过程中第一次对它有了一个比较直观的认识。当出现CIH病毒后,其破坏硬件的能力,让所有计算机的使用者都对BIOS的功能和其重要性有了一个无法磨灭的认识。
BIOS是由Firmware(固件)和ROM(Read Only Memory,只读存储器)芯片组成的。Firmware是一个软件,但与普通的软件完全不同,它是固化在集成电路内部的程序代码,集成电路的功能就是由这些程序决定的。ROM是一种可在一次性写入Firmware(也就是“固化”过程)后,能够多次读取的集成电路块。由此可见,ROM是Firmware的载体,而我们通常所说的BIOS,是固化了系统主板Firmware的ROM芯片。
当按下POWER键接通电源后,计算机即从BIOS芯片中读取出指令代码进行系统硬件的自检。系统自检的画面如图5-3所示,相信大家对这个界面都很熟悉,这就是BIOS功能的其中一部分,下面学习BIOS的基本功能。
图5-3 系统自检
计算机启动时依照BIOS的内容主要完成以下几个功能。
· 自检及初始化。开机后BIOS最先被启动,然后它会对计算机的硬件设备进行完全彻底地检验和测试。如果发现问题,分两种情况处理:严重故障停机,不给出任何提示或信号;非严重故障则给出屏幕提示或声音报警信号,等待用户处理。如果未发现问题,则将硬件设置为备用状态,然后启动操作系统,把对计算机的控制权交给用户。
· 程序服务。BIOS直接与计算机的I/O(Input/Output,输入/输出)设备打交道,通过特定的数据端口发出命令,传送或接收各种外部设备的数据,实现软件程序对硬件的直接操作。
· 设定中断。开机时,BIOS会告诉CPU各硬件设备的中断号,当用户发出使用某个设备的指令后,CPU就根据中断号使用相应的硬件完成工作,再根据中断号跳回原来的工作。
下面就逐个介绍各部分功能。
1.自检及初始化
这部分负责启动计算机,具体有三个部分,第一个部分用于计算机刚接通电源时对硬件部分的检测,也叫做加电自检(POST),功能是检查计算机是否良好,例如内存有无故障等。第二个部分是初始化,包括创建中断向量、设置寄存器、对一些外部设备进行初始化和检测等,其中很重要的一部分是BIOS设置,主要是对硬件设置的一些参数,当计算机启动时会读取这些参数,并和实际硬件设置进行比较,如果不符合,会影响系统的启动。
最后一个部分是引导程序,功能是引导DOS或其他操作系统。BIOS先从软盘或硬盘的开始扇区读取引导记录,如果没有找到,则会在显示器上显示没有引导设备,如果找到引导记录会把计算机的控制权转给引导记录,由引导记录把操作系统装入计算机,在计算机启动成功后,BIOS的这部分任务就完成了。
2.程序服务处理和硬件中断处理
这两部分是两个独立的内容,但在使用上密切相关。
程序服务处理程序主要是为应用程序和操作系统服务,这些服务主要与输入/输出设备有关,例如读磁盘、文件输出到打印机等。为了完成这些操作,BIOS必须直接与计算机的I/O设备打交道,它通过端口发出命令,向各种外部设备传送数据以及从它们那里接收数据,使程序能够脱离具体的硬件操作,而硬件中断处理则分别处理PC机硬件的需求,因此这两部分分别为软件和硬件服务,组合到一起,使计算机系统正常运行。
提示:I/O设备即输入/输出设备,以后经常会提到这个词,是指计算机系统中除了CPU和内存的其他设备都是输入/输出设备,如键盘、显示器、打印机等,如图5-4所示。
图5-4 输入/输出设备
BIOS的服务功能是通过调用中断服务程序来实现的,这些服务分为很多组,每组有一个专门的中断。例如视频服务,中断号为10H;屏幕打印,中断号为05H;磁盘及串行口服务,中断14H等。每一组又根据具体功能细分为不同的服务号。应用程序需要使用哪些外设、进行什么操作只需要在程序中用相应的指令说明即可,无需直接控制。
CMOS的本意是互补金属氧化物半导体存储器,是一种大规模应用于集成电路芯片制造的原料。在计算机中它是微机主板上的一块可读写的RAM芯片,用来保存当前系统的硬件配置和用户对某些参数的设定。CMOS可由主板的电池供电,即使系统掉电,信息也不会丢失。
CMOS RAM本身只是一块存储器,只有数据保存功能,而对CMOS中各项参数的设定要通过专门的程序。早期的CMOS设置程序驻留在软盘上(如IBM的PC/AT机型),使用很不方便。现在厂家将CMOS设置程序做到了BIOS芯片中,在开机时通过特定的按键就可进入CMOS设置程序方便地对系统进行设置,因此CMOS设置又被叫做BIOS设置。CMOS的设置界面如图5-5所示。
图5-5 CMOS设置界面
早期的CMOS是一块单独的芯片MC146818A(DIP封装),共有64个字节存放系统信息,现在的主板上则是将CMOS与系统实时时钟和后备电池集成到一块芯片中。随着微机的发展、可设置参数的增多,现在的CMOS RAM一般都有128KB~256KB的容量。为保持兼容性,各BIOS厂商都将自己的BIOS中关于CMOS RAM的前64字节内容的设置统一与MC146818A的CMOS RAM格式一致,而在扩展出来的部分加入自己的特殊设置,所以不同厂家的BIOS芯片一般不能互换,即使是能互换的,互换后也要对CMOS信息重新设置以确保系统正常运行。
有时我们需要主动清除CMOS中的信息,比如忘记了开机密码而无法启动系统。一般情况下,主板上有专门的跳线来解决这个问题,或者把主板电池取下,过一会再装上去。主板电池的位置如图5-6所示。有些主板的电池不容易取下,要参考主板说明书,找到正确的跳线,按指示的方法进行。一般的方法是先关闭电源,把CMOS跳线短接一会儿,然后还原,重新开机即可。
图5-6 主板上的电池
我们知道,BIOS是主板上的一块EEPROM芯片,里面装有系统的重要信息和设置系统参数的设置程序(BIOS Setup程序);CMOS是主板上的一块可读写的RAM芯片,里面装的是关于系统配置的具体参数,其内容可通过设置程序进行读写。BIOS与CMOS既相关又不同:BIOS中的系统设置程序是完成CMOS参数设置的手段;CMOS RAM既是BIOS设定系统参数的存放场所,又是BIOS设定系统参数的结果。因此,完整的说法应该是“通过BIOS设置程序对CMOS参数进行设置”。
注意:由于BIOS和CMOS都跟系统设置密切相关,所以在实际使用过程中造成了BIOS设置和CMOS设置的说法,其实指的都是同一回事,但BIOS与CMOS却是两个完全不同的概念,千万不可搞混淆。
目前市面上较流行的主板BIOS主要有Award BIOS、Phoenix BIOS两种类型。Award BIOS在目前台式机主板中使用最为广泛,其功能较为齐全,支持许多新硬件,目前市面上主流主板均采用了这种BIOS;AMI BIOS是AMI公司出品的BIOS系统软件,开发于20世纪80年代中期,早期的286、386大多采用AMI BIOS,它对各种软、硬件的适应性好,能保证系统性能的稳定,到90年代后,绿色节能计算机开始普及,AMI却没能及时推出新版本来适应市场,使得AMI BIOS逐渐消亡;Phoenix BIOS是Phoenix公司产品,Phoenix意为凤凰,有完美之物的含义,Phoenix BIOS 多用于高档的笔记本计算机上,其画面简洁,便于操作。
当打开计算机时,屏幕的左上方会显示这台计算机所用的Firmware的牌子。如图5-7所示的是使用Award的Firmware的开机画面。
图5-7 使用Award的Firmware的开机画面
通常情况下,BIOS升级过程中掉电、BIOS升级文件错误、计算机病毒破坏或其他一些突发事件都会造成主板BIOS信息破坏甚至BIOS芯片损坏。而CIH病毒就是利用了BIOS芯片可以擦写这一特征,来破坏BIOS芯片里的BIOS程序,导致整个主板不能使用。
认识到BIOS是主板上脆弱的一环,众多主板厂商研发了许多BIOS防护技术,像华硕的BIOS写入保护技术、联想的“宇斯盾、无敌锁”技术、双BIOS技术等,其中,以BIOS备份的形式防止CIH以及类似病毒的侵袭,从根本上解决了因BIOS损坏而造成的计算机故障,如图5-8所示。
图5-8 技嘉公司的双BIOS主板
紧随其后,其他厂家也推出了种种形式各异的双BIOS技术,使双BIOS技术成为现在非常“时尚”的主板特性。具有代表性的双BIOS主要有:微星的SafeBIOS技术、博登的KeyBIOS技术和承启的Twin BIOS技术,以及在任何主板上都可以使用的德邦RD2000双BIOS组件。