Биос

Эта статья о BIOS, найденном в IBM PC/AT и совместимых. Для современной замены, которая часто все еще называется BIOS, см. UEFI . Для общей концепции см. Встроение . Для других видов использования см. Bios (неоднозначности) .

Пара чипов AMD Bios для компьютера Dell 310 с 1980 -х годов. Внизу показывает отчетливое окно чипа EPROM .
Год начался	1981
Организация	Первоначально IBM как проприетарное программное обеспечение, более позднее индустрия в качестве фактического стандарта. В 1996 году спецификация загрузки BIOS была написана Compaq , Phoenix Technologies и Intel .
Преемник	Уфи

В вычислениях BIOS ) . ( / ˈ B Aɪ S базовая , -Oʊ S / , BIOS by -oss, -⁠oHSS ; система ввода / вывода , также известная как System Bios , ROM BIOS , ROM или PC BIOS ) прошивка используется Предоставлять услуги времени выполнения для операционных систем и программ и выполнения аппаратной инициализации во время процесса загрузки (Power-On Startup). Прошивка BIOS предварительно установлена ​​на IBM PC или IBM PC Compatible системной плате и существует в некоторых системах, основанных на UEFI, для поддержания совместимости с операционными системами, которые не поддерживают собственную работу UEFI. Имя происходит из базовой системы ввода/вывода, используемой в операционной системе CP/M в 1975 году. Первоначально BIOS, проприерный для IBM PC, был обратно разработан некоторыми компаниями (такими как Phoenix Technologies ), стремящиеся создавать совместимые системы. Интерфейс де этой исходной системы служит -факто стандартом .

BIOS в более старых ПК инициализирует и проверяет компоненты системного аппаратного обеспечения ( питание самопроверка или публикацию на короткие сроки) и загружает загрузочный загрузчик с устройства для хранения массового хранения, которое затем инициализирует ядро . В эпоху DOS BIOS предоставила BIOS прерывания прерываний для клавиатуры, отображения, хранения и других устройств ввода/вывода (ввода/вывода), которые стандартизировали интерфейс для прикладных программ и операционной системы. Более поздние операционные системы не используют вызовы BIOS прерывания после запуска.

Большинство реализаций BIOS специально предназначены для работы с конкретной моделью компьютера или материнской платы путем взаимодействия с различными устройствами, особенно системными чипсетом . Первоначально прошивка BIOS хранилась в чипе ROM на материнской плате ПК. В более поздних компьютерных системах содержимое BIOS хранится на флэш -памяти , поэтому его можно переписать без удаления чипа из материнской платы. Это позволяет простым обновлениям конечным пользователям для прошивки BIOS, чтобы можно было добавить новые функции или ошибки, но это также создает возможность для того, чтобы компьютер заразился Bios Rootkits . Кроме того, обновление BIOS, которое терпит неудачу, могло бы кирпичить материнскую плату.

Последняя версия Microsoft Windows , которая официально поддерживает запуск на ПК, которые используют прошивку Legacy Bios,-это Windows 10 , поскольку Windows 11 требует системы, соответствующей UEFI (за исключением IoT Enterprise Editions Windows 11 с версии 24H2 ).

Unified Расширяемый интерфейс прошивки (UEFI) является преемником Legacy PC BIOS, стремясь учесть его технические ограничения. С 2020 года все ПК для платформ Intel больше не поддерживают Legacy Bios.

История

/* C P / M   B A S I C   I / O    S Y S T E M (B I O S)
                    COPYRIGHT (C) GARY A. KILDALL
                             JUNE, 1975 */
[…]
/*  B A S I C   D I S K    O P E R A T I N G   S Y S T E M (B D O S)
                    COPYRIGHT (C) GARY A. KILDALL
                            JUNE, 1975 */

- Выдержка из заголовка файла bdos.plm в исходном коде PL/M CP/M 1.1 или 1.2 для Lawrence Laboratories (LLL)

Термин BIOS (базовая система ввода/вывода) был создан Гэри Килдаллом и впервые появился в операционной системе CP/M в 1975 году, Описывая машину-специфическую часть CP/M, загруженную во время загрузки, которая напрямую взаимодействует с аппаратным обеспечением . (У машины CP/M обычно есть только простой загрузочный погрузчик в своем ПЗУ.)

Версии MS-DOS , PC DOS или DR-DOS содержат файл с названием « io.sys », « ibmbio.com », «ibmbio.sys» или «drbios.sys»; Этот файл известен как «DOS BIOS» (также известный как «Система ввода/вывода DOS») и содержит более низкую часть аппаратного оборудования. Вместе с базовой аппаратной, но независимой от операционной системы «Bios», который находится в ПЗУ , он представляет собой аналог « CP/M BIOS ».

Первоначально BIOS, проприерный для IBM PC, был обратно разработан некоторыми компаниями (такими как Phoenix Technologies ), стремящиеся создавать совместимые системы.

С введением машин PS/2 IBM разделил системную биографию на части реального и защищенного режима. Реальная часть должна была обеспечить обратную совместимость с существующими операционными системами, такими как DOS, и, следовательно, была названа «CBIOS» (для «BIOS совместимости»), тогда как «Abios» (для «Advanced Bios») предоставили новые интерфейсы конкретно. Подходит для многозадачных операционных систем, таких как OS/2 .

Пользовательский интерфейс

BIOS оригинального IBM PC и XT не имел интерактивного пользовательского интерфейса. Коды ошибок или сообщения были отображены на экране, или кодированные серии звуков были сгенерированы для сигналов ошибок, когда самообеспечение ( POST) не достиг успешной инициализации адаптера видео отображения. Параметры на IBM PC и XT были установлены коммутаторами и прыгунами на главной плате и на картах расширения . Начиная с середины 1990-х годов, для Bios ROM стало типичным, чтобы включить «утилиту конфигурации BIOS» (BCU ) или «утилита настройки BIOS», доступ к системе с помощью конкретной последовательности ключей. Эта программа позволила пользователю установить параметры конфигурации системы типа, ранее установленного с использованием DIP -переключателей , через интерактивную систему меню, управляемую через клавиатуру. В промежуточный период, совместимые с IBM PCS‍, включающие IBM в настройках конфигурации ‍ HELD в ОЗУ с батареей и использовали загрузочную программу конфигурации на дискете, а не в ПЗУ, чтобы установить параметры конфигурации, содержащуюся в этой памяти. Дисковый диск был поставлен с компьютером, и если бы он был потерян, настройки системы не могли быть изменены. То же самое применимо в целом для компьютеров с шиной EISA , для которой программа конфигурации называлась утилитой конфигурации EISA (ECU).

Современный Wintel -Compative Computer обеспечивает подпрограмму настройки, по сути, неизменную по своей природе из утилиты Bios, резидентного ROM, в конце 1990 -х годов; Пользователь может настроить аппаратные параметры, используя клавиатуру и видео -дисплей. Modern Wintel Machine может хранить настройки конфигурации BIOS в Flash ROM, возможно, тот же флеш -ПЗУ, который удерживает сам BIOS.

Расширения (опция ПЗУ)

Смотрите также: опция ROM

для жесткого диска Периферийные карты, такие как адаптеры для хоста и видеокарты , имеют собственную прошивку, а код ROM расширения BIOS может быть частью прошивки карт расширения; Этот код предоставляет дополнительные возможности в BIOS. Код в опциях ROMS работает до того, как BIOS загрузит операционную систему от массового хранилища . Эти ПЗУ обычно тестируют и инициализируют аппаратное обеспечение, добавляют новые услуги BIOS или заменяют существующие услуги BIOS на свои услуги. Например, контроллер SCSI обычно имеет ПЗУ расширения BIOS, который добавляет поддержку жестких дисков, подключенных через этот контроллер. ПЗУ расширения может в принципе содержать операционную систему, или он может реализовать совершенно другой процесс загрузки, такой как загрузка сети . Эксплуатация IBM-совместимой компьютерной системы может быть полностью изменена путем удаления или вставки адаптерной карты (или чипа ПЗУ), которая содержит ПЗУ расширения BIOS.

Bios Materboard обычно содержит код для инициализации и начальной загрузки интегрированного дисплея и интегрированного хранилища. Процесс инициализации может включать в себя выполнение кода, связанного с инициализированным устройством, для размещения устройства, проверки типа устройства, затем установления базовых регистров, установления указателей , установления векторных таблиц прерываний, Выбор режимов подкидки, которые являются способами организации доступных регистров в устройствах, установление значений по умолчанию для доступа к программным подпрограммам, связанным с прерывами , и настройка конфигурации устройства с использованием значений по умолчанию. Кроме того, плагинные адаптерные карты, такие как SCSI , RAID , сетевые интерфейсные карты и видеокарты , часто включают свои собственные BIOS (например, видео BIOS ), дополнение или замену кода System BIOS для данного компонента. Даже устройства, встроенные в материнскую плату, могут вести себя таким образом; Их вариант ROMS может быть частью биографии материнской платы.

Аддизационная карта требует опции ROM, если карта не поддерживается BIOS Материнской платы, и карта должна быть инициализации или доступной через службы BIOS до того, как операционная система может быть загружена (обычно это означает, что это требуется в процессе загрузки ) Дополнительным преимуществом ПЗУ в некоторых ранних системах ПК (в частности, включая IBM PCJR), было то, что ROM был быстрее, чем основная система системы. (В современных системах этот корпус в значительной степени наоборот, и код Bios ROM обычно копируется («затененный») в оперативную память, поэтому он будет работать быстрее.)

Физическое размещение

Bios Chips в Dell 310, которые были обновлены путем замены чипсов

Опция ПЗУ обычно проживает на адаптерных картах. Тем не менее, оригинальный ПК, а также, возможно, также на ПК XT, есть запасной розетки на материнской плате («Системная плата» в терминах IBM), в который можно вставить опцию ПЗУ, и четыре ПЗУ, которые содержат базовый интерпретатор. Также будет удален и заменен на пользовательские ПЗУ, которые могут быть вариантами ПЗУ. IBM PCJR уникален среди ПК, имеющих два слота картриджа с передней частью. Картриджи в этих слотах отображают в ту же область верхней области памяти, используемой для опциональных ПЗУ, и картриджи могут содержать модули ROM опции, которые распознает BIOS. Картриджи также могут содержать другие типы ПЗУ, такие как основные программы, которые обрабатываются по -разному. Один картридж PCJR может содержать несколько ПЗУ -модулей разных типов, возможно, хранящихся вместе в одном чипе.

Операция

Запуск системы

8086 . и 8088 начинаются с физического адреса FFFF0H 80286 начинается по физическому адресу fffff0h . Процессоры 80386 , а затем x86 начинаются с физического адреса fffffff0h. Когда система инициализируется, первая инструкция BIOS появляется по этому адресу.

Если система была только что включена или нажата кнопка сброса (« Холодная загрузка полное включение самостоятельного тестирования »), запускается (пост). Если Ctrl+Alt+Delete был нажат (« теплый загрузчик »), значение специального флага, хранящее в нелетуальной памяти BIOS (« CMOS »), протестированное BIOS, позволяет обходить длину и обнаружение памяти.

POST идентифицирует, проверяет и инициализирует системные устройства, такие как процессор , чипсет , оперативная память , материнская плата , видеокарта , клавиатура , мышь , жесткий диск , оптический диск и другое оборудование , включая интегрированные периферийные устройства .

Ранние IBM PCS имели рутину в сообщении, которая загрузила программу в оперативную память через порт клавиатуры и запустил ее. Эта функция была предназначена для заводских испытаний или диагностических целей.

После того, как BIOS Materboard завершает свой пост, большинство версий BIOS ищут модули ROM, также называемые расширением BIOS, и выполняют их. Bios Scans Motherboard для расширения ПЗУ в части « верхней области памяти » (часть адресного пространства x86 реального режима по адресу и выше и выше 0xa0000) и запускает каждый ПЗУ, найденный в порядке. Чтобы обнаружить картину с картиной память 0x0C0000 к 0x0F0000 На границах 2 кб (2048 байтов), в поисках двух байтовой ПЗУ подписи : 0x55, за которым следует 0xaa. В допустимом ПЗУ расширения за этой подписью следует один байт, указывающий на число 512-байтовых блоков, которые РАМ расширения занимает в реальной памяти, а следующий байт-это точка входа Опции (также известный как «смещение записи») Полем Если ROM имеет допустимую контрольную сумму, BIOS передает управление адресом входного адреса, который в обычном ПЗУ расширения BIOS должен быть началом подпрограммы инициализации расширения.

На этом этапе код расширения ПЗУ вступает во владение, как правило, тестирование и инициализация аппаратного обеспечения, которое он управляет, и регистрирует векторы прерываний для использования приложениями после Boot. Он может использовать сервисы BIOS (включая те, которые предоставляются ранее инициализированными параметрами ROM) для предоставления интерфейса конфигурации пользователя, для отображения диагностической информации или для того, чтобы сделать что -либо еще, что требуется.

Опция ПЗУ обычно должен возвращаться в BIOS после завершения процесса инициализации. Однажды (и если) вариант возвращает ПЗУ, BIOS продолжает искать больше вариантов ROM, вызывая каждый из них, как он найден, до тех пор, пока не будет отсканирована вся область ПЗУ опции в пространстве памяти. Вполне возможно, что вариант ПЗУ не вернется в BIOS, предварительно выпустив последовательность загрузки BIOS.

Процесс загрузки

Процесс загрузки

После завершения поста и в BIOS, который поддерживает ROM, после завершения сканирования ROM опцион, и были вызваны все обнаруженные модули ПЗУ с действительными контрольными суммами , BIOS вызовы прерывания 19H для запуска обработки загрузки. После выстрела, загруженные программы могут также вызвать прерывание 19H для перезагрузки системы, но они должны быть осторожны, чтобы отключить прерывания и другие асинхронные аппаратные процессы, которые могут мешать процессу перезагрузки BIOS, или система может повесить или сбой во время перезагрузки. Полем

Когда называется прерывание 19H, BIOS пытается найти программное обеспечение для загрузки на «загрузочное устройство», такое как жесткий диск , диск, диск , CD или DVD . Он загружает и выполняет первое программное обеспечение для загрузки, которое он находит, предоставляя ему контроль над ПК.

BIOS использует загрузочные устройства, установленные в нелетуальной памяти BIOS ( CMOS ), или, в самых ранних ПК, DIP -переключателях . BIOS проверяет каждое устройство, чтобы увидеть, загружается ли оно, пытаясь загрузить первый сектор ( загрузочный сектор ). Если сектор не может быть прочитал, BIOS переходит к следующему устройству. Если сектор выполняется успешно, некоторые биозы также проверят подпись сектора загрузочного сектора 0x55 0xaa в двух последних байтах сектора (который составляет 512 байта), прежде чем принимать загрузочный сектор и рассмотреть вопрос о загрузке устройства.

Когда найдено загрузочное устройство, BIOS передает управление загруженным сектором. BIOS не интерпретирует содержимое загрузочного сектора, кроме того, чтобы проверить подпись сектора загрузочного сектора в последних двух байтах. Интерпретация структур данных, таких как таблицы разделов и блоки параметров BIOS, выполняется программой загрузки в самом секторе загрузки или другими программами, загруженными в процессе загрузки.

Устройство без диска, такое как сетевой адаптер, пытается загрузить с помощью процедуры, которая определяется его опцией ROM или эквивалентным, интегрированным в ROM Bios Материнской платы. Таким образом, опционные ПЗУ также могут влиять на или вытеснить процесс загрузки, определяемый ROM Materboard Bios.

С помощью стандарта оптической среды El Torito оптический привод фактически эмулирует 3,5 «гибкий диск высокой плотности для BIOS для целей загрузки». Чтение «Первого сектора» CD-ROM или DVD-ROM не является просто определенной операцией. Как и на гибком диске или жестком диске. формат.

Если ПЗУ расширения желает изменить способ, которым система сапится (например, с сетевого устройства или адаптера SCSI), он может использовать спецификации загрузки BIOS (BBS) API для регистрации своей способности сделать это. После того, как ПЗУ расширения зарегистрировались с использованием API BBS, пользователь может выбрать среди доступных параметров загрузки из пользовательского интерфейса BIOS. Вот почему большинство реализаций BBS, соответствующих BBS BIOS, не позволят пользователю вводить пользовательский интерфейс BIOS, пока ПЗУ расширения не закончат выполнение и регистрацию в API BBS.

Кроме того, если ПЗУ расширения желает изменить способ, которым система загружается в одностороннем порядке, он может просто зацепить прерывание 19H или другие прерывания, обычно называемые из прерывания 19H, таких как прерывание 13H, сервис диска BIOS, для перехвата процесса загрузки BIOS. Затем он может заменить процесс загрузки BIOS одним из своих собственных, или может просто изменить последовательность загрузки, вставив в него собственные действия загрузки, предотвращая обнаружение BIOS определенных устройств как загрузочные или оба. До того, как была обнародована спецификация загрузки BIOS, это был единственный способ для расширения ПЗУ реализовать возможности загрузки для устройств, не поддерживаемых для загрузки нативными биографиями материнской платы.

Приоритет загрузки

Пользователь может выбрать приоритет загрузки, реализованный BIOS. Например, большинство компьютеров имеют жесткий диск, который можно загрузить, но иногда существует съемный средний диск, который имеет более высокий приоритет загрузки, поэтому пользователь может привести к загрузке съемного диска.

В большинстве современных биосов приоритет загрузки может быть настроен пользователем. В более старых биозах ограниченные параметры приоритета загрузки выбираются; В самых ранних биозах была реализована фиксированная схема приоритета, с гибкими дисками сначала, фиксированные диски (то есть, жесткие диски), и, как правило, никаких других загрузочных устройств, при условии изменения этих правил с помощью установленных опций ПЗУ. BIOS в раннем ПК также обычно загружается только с первого дисковода дисковода или на первом жестком диском дисков, даже если было установлено два диска.

Ошибка загрузки

На оригинальном IBM PC и XT, если не было обнаружено загрузочного диска, BIOS попытается начать ROM Basic с вызовом прерывания, чтобы прервать 18H . Поскольку несколько программ использовали базовые в ПЗУ, производители клонов ПК оставили его; Тогда компьютер, который не смог загрузиться с диска, будет отображать «без rom basic» и остановиться (в ответ на прерывание 18H).

Более поздние компьютеры отображают сообщение, подобное «Близовому диску»; Некоторые будут подразумевать вставку диска, а клавиша будет нажать, чтобы повторно обработать процесс загрузки. Современный BIOS может ничего не отображать или может автоматически ввести утилиту конфигурации BIOS, когда процесс загрузки сбоя.

Среда загрузки

Среда для загрузочной программы очень проста: процессор находится в реальном режиме, а регистры общего назначения и сегмента не определены, кроме SS, SP, CS и DL. CS: IP всегда указывает на физический адрес 0x07C00Полем Какие значения CS и IP на самом деле не очень четко определены. Некоторые биозы используют CS: IP 0x0000:0x7C00 В то время как другие могут использовать 0x07C0:0x0000. Поскольку программы загрузки всегда загружаются по этому фиксированному адресу, нет необходимости в том, чтобы загрузочная программа была перемещена. DL может содержать номер диска, используемый с прерыванием 13H , загрузочного устройства. SS: SP указывает на действительный стек, который, по -видимому, достаточно большой, чтобы поддержать аппаратные прерывания, но в остальном SS и SP не определены. (Стек должен быть уже настроен для того, чтобы прерывания были обслуживались, и прерывания должны быть включены для прерывания системного таймера, которое Bios всегда использует, по крайней мере, для поддержания времени дня, и которое он инициализируется Во время сообщения, чтобы быть активным, и для клавиатуры работают. Вверх по своему собственному стеку, потому что размер стека, настроенный BIOS, неизвестен, а его местоположение также является переменным; Хотя программа загрузки может исследовать стек по умолчанию путем изучения SS: SP, легче и короче просто безоговорочно настроить новый стек.

Во время загрузки все сервисы BIOS доступны, а память ниже 0x00400 Содержит таблицу вектора прерывания . BIOS Post инициализировал системные таймеры, контроллер (-ы) прерываний, контроллер (ы) DMA и другое оборудование для материнской платы/чипсета, необходимое для обеспечения всех услуг BIOS в статус готового. Обновление DRAM для всех системных DRAM в обычной памяти и расширенной памяти, но не обязательно расширенная память, была настроена и работает. Векторы прерываний , соответствующие прерыванию BIOS, были установлены на точку, которые были установлены в соответствующих точках входа в BIOS, были установлены аппаратные векторы прерываний для устройств, инициализированные BIOS, были установлены на ISR, предоставленные BIOS, и некоторые другие прерывания, включая те, которые Этот BIOS генерирует для зацепления программ, были установлены на манекен -ISR по умолчанию, который немедленно возвращается. BIOS сохраняет зарезервированный блок системной оперативной памяти по адресам 0x00400–0x004FF с различными параметрами, инициализированными во время поста. Вся память по адресу и выше и выше 0x00500 может использоваться программой загрузки; Это может даже перезаписать себя.

Услуги операционной системы

BIOS ROM настроен на оборудование конкретного производителя, что позволяет предоставлять услуги низкого уровня (например, чтение клавиши или написание сектора данных в дискету) стандартизированным способом для программ, включая операционные системы. Например, компьютер IBM может иметь либо монохромный или цветовой адаптер дисплея (с использованием различных адресов памяти отображения и аппаратного обеспечения), но один стандартный системный вызов BIOS может быть вызван для отображения символа в указанной позиции на экране в текстовый режим или графический режим .

BIOS предоставляет небольшую библиотеку базовых функций ввода/вывода для эксплуатации периферийных устройств (например, клавиатура, рудиментарное текстовое и графическое отображение функций и т. Д.). При использовании MS-DOS можно получить услуги BIOS с помощью прикладной программы (или MS-DOS), выполнив инструкцию по прерываниям прерывания для прерывания для доступа к функциям дисков или выполнив одну из ряда других зарегистрированных вызовов BIOS прерывания для доступа к видео Дисплей , клавиатура , кассета и другие функции устройства.

Операционные системы и исполнительное программное обеспечение, предназначенные для замены этой базовой функции прошивки, предоставляют заменяющие программные интерфейсы для прикладного программного обеспечения. Приложения также могут предоставить эти услуги себе. Это началось даже в 1980-х годах под MS-DOS , когда программисты заметили, что использование видео-сервисов BIOS для графического дисплея было очень медленным. Чтобы увеличить скорость вывода экрана, многие программы обошли BIOS и напрямую запрограммировали аппаратное обеспечение видеомазревания. Другие графические программисты, в частности, но не исключительно в демоссене , отметили, что были технические возможности адаптеров дисплея ПК, которые не поддерживались IBM BIOS и не могли быть использованы без обхода. Поскольку AT-совместимый BIOS работал в реальном режиме Intel , операционные системы, которые работали в защищенном режиме в 286 и более поздних процессорах, требовали, чтобы драйверы аппаратного устройства были совместимы с операцией защищенного режима для замены сервисов BIOS.

В современных ПК, работающих на современных операционных системах (таких как Windows и Linux ), вызовы прерываний BIOS используются только при загрузке и начальной загрузке операционных систем. Перед отображением первого графического экрана операционной системы вход и вывод обычно обрабатываются через BIOS. Меню загрузки, такое как текстовое меню Windows, которое позволяет пользователям выбирать операционную систему для загрузки, загружаться в безопасную режим или использовать последнюю известную хорошую конфигурацию, отображается через BIOS и получает ввод клавиатуры через BIOS.

Многие современные ПК по-прежнему могут загружать и запускать устаревшие операционные системы, такие как MS-DOS или DR-DOS, которые в значительной степени зависят от BIOS для их консоли и дискового ввода-вывода, при условии, что система имеет BIOS или прошивку UEFI, способствующего CSM.

Обновления микрокода процессора

Процессоры Intel имеют перепрограммируемый микрокод с момента микроархитектуры P6 . Процессоры AMD имеют перепрограммируемый микрокод с момента микроархитектуры K7 . BIOS содержат патчи в микрокоде процессора, которые фиксируют ошибки в начальном процессоре микрокода; Микрокод загружается в SRAM процессора , поэтому перепрограммирование не является стойким, поэтому загрузка обновлений микрокода выполняется каждый раз, когда система работает. Без перепрограммируемого микрокода потребуется дорогостоящий обмен процессором; Например, ошибка Pentium fdiv стала дорогостоящим фиаско для Intel, поскольку для этого требовалось отзыв продукта , потому что дефектный микрокод исходного процессора Pentium не мог быть перепрограммирован. Операционные системы могут также обновить основной процессор MicroCode.

Идентификация

Некоторые Bioses содержат таблицу описания лицензирования программного обеспечения (SLIC), цифровой подписи, размещенной внутри BIOS производителем оригинального оборудования (OEM), например Dell . SLIC вставлен в таблицу данных ACPI и не содержит активного кода.

Производители компьютеров, которые распространяют OEM -версии Microsoft Windows и Microsoft Application Software, могут использовать SLIC для аутентификации лицензирования на диск OR Windows Установка и системный диск, содержащий программное обеспечение Windows. Системы с SLIC могут быть предварительно активированы с помощью ключа продукта OEM, и они проверяют сертификат OEM-форматированного XML против SLIC в BIOS в качестве средства саморетивирования (см. Предварительную установку системы , SLP). Если пользователь выполняет свежую установку Windows, им нужно будет иметь как OEM -ключ (SLP или COA), так и цифровой сертификат для их SLIC, чтобы обойти активацию. Это может быть достигнуто, если пользователь выполняет восстановление, используя предварительно загадочное изображение, предоставленное OEM. Пользователи Power могут скопировать необходимые файлы сертификата с изображения OEM, декодировать ключ продукта SLP, а затем выполнять активацию SLP вручную.

Разгона

Некоторые реализации BIOS позволяют разгонять , действие, в котором процессор корректируется до более высокой тактовой частоты, чем его рейтинг производителей для гарантированных возможностей. Однако разгона может серьезно поставить под угрозу надежность системы в недостаточно охлажденных компьютерах и, как правило, сокращать срок службы компонентов. Разгона, когда неверно выполняется, может также привести к перегреву компонентов так быстро, что они механически разрушают себя.

Современное использование

Некоторые более старые операционные системы , например, MS-DOS , полагаются на BIOS для выполнения большинства задач ввода/вывода на ПК.

Вызов Real Mode Bios Services напрямую неэффективен для защищенного режима (и длинного режима операционных систем ). Вызовы прерывания BIOS не используются современными многозадачными операционными системами после их первоначальной загрузки.

В 1990-х годах BIOS предоставил некоторые защищенные интерфейсы режима для Microsoft Windows и Unix-подобные операционные системы, такие как Advanced Power Management (APM), подключение и воспроизведение BIOS , интерфейс управления рабочими столами (DMI), расширения VESA BIOS (VBE), E820 и Многопроцессорная спецификация (MPS). Начиная с 2000 года, большинство биосов предоставляют интерфейсы ACPI , SMBIOS , VBE и E820 для современных операционных систем.

После операционных систем загрузки код режима управления системой все еще работает в SMRAM. С 2010 года технология BIOS находится в переходном процессе к UEFI .

Конфигурация

Утилита установки

Исторически, BIOS в IBM PC и XT не имел встроенного пользовательского интерфейса. Версии BIOS в более ранних ПК (XT-класс) не были настраиваемыми программным обеспечением; Вместо этого пользователи устанавливают параметры с помощью DIP -переключателей на материнской плате. с батареей Более поздние компьютеры, в том числе все, совместимые с IBM с 80286 процессорами, имели нелетуальную память BIOS (чип CMOS RAM), которая удерживала настройки BIOS. Эти настройки, такие как тип видеодаптера, размер памяти и параметры жесткого диска, могут быть настроены только путем запуска программы конфигурации с диска, не встроенного в ПЗУ. Специальная «эталонная дискетта» была вставлена ​​в IBM AT для настройки настройки, таких как размер памяти.

Ранние версии BIOS не имели паролей или параметров выбора загрузки. BIOS был жестко кодировать, чтобы загрузить с первого дисковода, или, если это не удалось, первый жесткий диск. Контроль доступа в ранних AT-классных машинах проходил физический переключатель ключей (что было не сложно победить, если корпус компьютера может быть открыт). Любой, кто мог бы включить компьютер, может загрузить его.

Позже компьютеры класса 386 начали интегрировать утилиту настройки BIOS в самом ПЗУ, наряду с кодом BIOS; Эти компьютеры обычно загружаются в утилиту настройки BIOS, если нажата определенная комбинация клавиш или клавиши, в противном случае выполняется процесс BIOS Post и Boot.

Утилита настройки BIOS награждения на стандартном ПК

Современная утилита настройки BIOS имеет текстовый пользовательский интерфейс (TUI) или графический пользовательский интерфейс (GUI), доступный, нажав определенную клавишу на клавиатуре при запуске ПК. Обычно ключ рекламируется в течение короткого времени во время раннего запуска, например, «Нажмите DEL , чтобы ввести настройку». Фактический ключ зависит от конкретного оборудования. Особенности, присутствующие в утилите настройки BIOS, обычно включают в себя:

• Настройка, включение и отключение аппаратных компонентов
• Установка системного времени
• Установка заказа загрузки
• Установка различных паролей, таких как пароль для обеспечения доступа к пользовательскому интерфейсу BIOS и предотвращения загрузки вредоносных пользователей из несанкционированных портативных устройств хранения или пароля для загрузки системы

Аппаратный мониторинг

Основная статья: мониторинг аппаратного обеспечения

Современный экран настройки BIOS часто оснащен состоянием здоровья ПК или вкладкой для мониторинга аппаратного обеспечения , которая напрямую взаимодействует с чипом аппаратного монитора на материнской плате. Это позволяет контролировать температуру ЦП и шасси , напряжение, обеспечиваемое блок питания , а также контролировать и контролировать скорость вентилятора, подключенных к материнской плате.

Как только система загружена, мониторинг аппаратного обеспечения и управление вентилятором компьютера обычно выполняются непосредственно самим чипом аппаратного монитора, который может быть отдельным чипом, соединенным через I²C или SMBU или приходит в качестве части решения супер ввода -вывода , соединено через отраслевую стандартную архитектуру (ISA) или низкое количество выводов (LPC). Некоторые операционные системы, такие как NetBSD с Envsys и OpenBSD с SYSCTL HW.Sensors , оснащены интегрированным взаимодействием с аппаратными мониторами.

Однако в некоторых случаях BIOS также предоставляет основную информацию об оборудовании мониторинга через ACPI , и в этом случае операционная система может использовать ACPI для выполнения оборудования.

Перепрограммирование

BIOS Mostmation Kit для Dell 310 с конца 1980 -х годов. Включены две чипсы, пластиковый держатель для чипсов и экстрактор IC .

В современных ПК BIOS хранится в перезагруженном eeprom или не флэш -память , позволяя заменить и изменять содержимое. Это переписывание содержимого иногда называется мигающим. Это может быть сделано специальной программой, обычно предоставляемой производителем системы или в Post , с изображением BIOS на жестком диске или USB -флэш -накопителе. Файл, содержащий такое содержимое, иногда называется «изображение BIOS». BIOS может быть отфиксирован для обновления до более новой версии, чтобы исправить ошибки или обеспечить улучшенную производительность или поддержать новое оборудование. Некоторые компьютеры также поддерживают обновление BIOS через обновление дискет -диск или специальное разделение на жестком диске.

Аппаратное обеспечение

American Megatrends Bios 686. Этот чип Bios находится в пакете PLCC в розетке.

Оригинальный IBM PC BIOS (и Cassette Basic) хранился на чипах памяти только для чтения (ROM) в розетках на материнской плате. ПЗУ можно было заменить, но не изменяется, пользователями. Чтобы разрешить обновления, многие совместимые компьютеры использовали перепрограммируемые устройства памяти BIOS, такие как устройства EPROM , EEPROM и более поздние флэш-памяти (обычно и флэш ). По словам Роберта Брейвера, президента производителя BIOS Micro Firmware, чипы Flash Bios стали обычным явлением в 1995 году, потому что чипы с электрическим выпускным (EEPROM) дешевле и проще программируют, чем стандартные ультрафиолетовые съемные чипы ( EPROM ). Флэш-чипы запрограммированы (и перепрограммируются) в цикле, в то время как чипы EPROM необходимо удалить из материнской платы для перепрограммирования. Версии BIOS обновляются, чтобы воспользоваться новыми версиями оборудования и исправления ошибок в предыдущих пересмотрах биосов.

Начиная с IBM AT, ПК поддержали аппаратные часы с помощью BIOS. У этого было столетие, что позволило вручную изменить век, когда произошел 2000 год. Большинство пересмотров BIOS, созданных в 1995 году, и почти все изменения BIOS в 1997 году поддержали 2000 год , установив бит века автоматически, когда часы прокатились после полуночи, 31 декабря 1999 года.

Первые вспышки были прикреплены к автобусе ISA . Начиная с 1998 года, BIOS Flash перенесла в шину LPC после новой стандартной реализации, известной как «Губ прошивки» (FWH). В 2005 году вспышка BIOS Flash переместилась на шину SPI .

Размер BIOS и емкость ROM, EEPROM или других средств массовой информации, на которой он может храниться, со временем увеличилась, поскольку к коду были добавлены новые функции; Версии BIOS теперь существуют с размерами до 32 мегабайт. Для контракта оригинальный IBM PC BIOS содержался в маске 8 КБ. Некоторые современные материнские платы включают в себя еще более крупные ICS Flash Memory Memory , которые способны хранить целые компактные операционные системы, такие как некоторые распределения Linux . Например, некоторые ноутбуки ASUS включали ОС Splashtop, встроенные в их ICS NAND Flash Memory. Тем не менее, идея включения операционной системы вместе с BIOS в ПЗУ ПК не нова; В 1980-х годах Microsoft предложила ROM опцию для MS-DOS, и она была включена в ПЗУ некоторых клонов ПК, таких как Tandy 1000 HX .

Другой тип прошивки был найден на ПК IBM AT и ранних совместимости. В AT интерфейс клавиатуры контролировался микроконтроллером с собственной программируемой памятью. На IBM AT это было 40-контактное устройство, в то время как некоторые производители использовали версию EPROM этого чипа, которая напоминала EPROM. Этому контроллеру также была назначена функция A20 GATE для управления памятью над диапазоном One-Megabyte; Иногда необходимо обновление этой «Bios» для клавиатуры », чтобы воспользоваться программным обеспечением, которое могло использовать верхнюю память.

BIOS может содержать компоненты, такие как ссылочный код памяти (MRC), который отвечает за инициализацию памяти (например, SPD и инициализация времен памяти ).

Современные биос Включает Intel Management Engine или прошивка AMD Security Platform Processer .

Продавцы и продукты

Сравнение различных реализаций BIOS

Компания	Награды	Амибио	Insyde	Seabios
Лицензия	Запатентованный	Запатентованный	Запатентованный	LGPL V3
Поддерживается / разработан	Прекращен	Прекращен	Прекращен	Да
32-битные вызовы PCI BIOS	Да	Да	Да	Да
Ахчи	Да	Да	Да	Да
APM	Да	Да	Да (1.2)	Да (1.2)
Биография	Да	Да	Да	Да
Меню загрузки	Да	Да	Да	Да
Сжатие	Да ( LHA )	Да (LHA)	Да (RLE)	Да (LZMA)
CMOS	Да	Да	Да	Да
Эдд	Да	Да	Да	Да
Эска	Да	Да	?	Нет
Вспышка от ПЗУ	?	Да	?	Нет
Язык	Сборка	Сборка	Сборка	В
LBA	Да (48)	Да (48)	Да	Да (48)
Многопроцессорная спецификация	Да	Да	Да	Да
Опция ПЗУ	Да	Да	Да	Да
Пароль	Да	Да	Да	Нет
ПММ	?	Да	?	Да
Настройка экрана	Да	Да	Да	Нет
SMBIOS	Да	Да	Да	Да
Splash Screen	Да (EPA)	Да ( PCX )	Да	Да (BMP, JPG)
TPM	Un­known	Un­known	Un­known	Некоторый
USB Booting	Да	Да	Да	Да
USB Hub	?	?	?	Да
USB -клавиатура	Да	Да	Да	Да
USB Mouse	Да	Да	Да	Да

IBM опубликовала все списки BIOS для своего оригинального ПК, ПК XT, ПК и других современных моделей ПК, в приложении технического справочного руководства IBM PC для каждого типа машины. Эффект публикации списков BIOS заключается в том, что любой может точно видеть, что делает окончательный BIOS и как он это делает.

Compaq Portable 386 BIOS

В мае 1984 года Phoenix Software Associates выпустила свой первый ROM-Bios, который позволил OEM-производителям создавать по существу полностью совместимые клоны без необходимости обратного инженера самих IBM PC BIOS, как это делал Compaq , помогая подпитывать рост на ПК. Совместимые с отраслью и продажами, не являющимися ВОМБМ-версиями DOS. Первый American Megatrends (AMI) BIOS был выпущен в 1986 году.

Новые стандарты, привитые на BIOS, обычно без полной публичной документации или каких -либо списков BIOS. В результате не так просто изучить интимные подробности о многих добавлениях, не являющихся BIOS, как о основных услугах BIOS.

Многие поставщики материнской платы ПК лицензировали «Core» Bios «Core» и Toolkit от коммерческой третьей стороны, известной как «независимый поставщик BIOS» или IBV. Затем производитель материнской платы настроил этот BIOS в соответствии с собственным оборудованием. По этой причине обновленные биозы обычно получают непосредственно от производителя материнской платы. Крупные IBV включали американские мегатенденты (AMI), программное обеспечение Insyde , Phoenix Technologies и Byosoft. Microid Research и Award Software были приобретены Phoenix Technologies в 1998 году; Позднее Феникс снял фирменную марку (хотя программное обеспечение для награждений по -прежнему зачисляется в более новые версии Awardbios и в UEFI Firmwares). Общее программное обеспечение , которое также было получено Phoenix в 2007 году, продавалось BIOS для встроенных систем на основе процессоров Intel.

Прошивка BIOS с открытым исходным кодом

Сообщество с открытым исходным кодом увеличила свои усилия по разработке замены проприетарных биосов и их будущих воплощений на коллеги с открытым исходом. Открытая прошивка была ранней попыткой сделать стандарт с открытым исходным кодом для загрузки прошивки. Первоначально он был одобрен IEEE в своем стандарте IEEE 1275-1994, но был отозван в 2005 году. Более поздние примеры включают проекты Libreboot , Coreboot и OpenBios / Open . AMD предоставил спецификации продукта для некоторых чипсетов, и Google спонсирует проект. материнской платы Производитель Tyan предлагает Coreboot рядом со стандартным BIOS со своей Opteron линией материнских плат .

Безопасность

Gigabyte Dualbios plcc 32

Отдельный чип Bios

Чипы EEPROM и флэш -памяти выгодны, потому что пользователь может быть легко обновлена; Производителям аппаратного обеспечения принято выпускать обновления BIOS для обновления своих продуктов, улучшения совместимости и удаления ошибок . Тем не менее, это преимущество имело риск того, что неправильно выполненное или прерванное обновление BIOS может сделать компьютер или устройство непригодным для использования. Чтобы избежать этих ситуаций, более поздние биозы используют «загрузочный блок»; часть биоса, которая работает первым и должна быть обновлена ​​отдельно. Этот код проверяет, является ли остальная часть BIOS неповрежден (используя хэш -контрольные суммы или другие методы), прежде чем передавать его контроль. Если загрузочный блок обнаруживает какую -либо коррупцию в основном BIOS, он обычно предупреждает пользователя о том, что процесс восстановления должен быть инициирован путем загрузки с съемной носители (Floppy, CD или USB -флэш -накопитель), чтобы пользователь мог попробовать снова прошивая BIOS. Некоторые материнские платы имеют резервные биографии (иногда называемые досками Dualbios) для восстановления от коррупций BIOS.

Есть как минимум пять известных вирусов, которые атакуют биос. Два из которых были для демонстрационных целей. Первым, который был найден в дикой природе, был Меброми , нацеленный на китайских пользователей.

Первым вирусом BIOS был Mios Meningitis, который вместо того, чтобы стирать Bios Chips, он заразил их. Менингит Bios был относительно безвредным по сравнению с вирусом, таким как CIH .

Второй вирус BIOS был CIH , также известный как «Чернобыльский вирус», который мог стирать содержание Flash ROM BIOS на совместимых чипсетах. CIH появился в середине 1998 года и стал активным в апреле 1999 года. Часто зараженные компьютеры больше не могли загружаться, и людям приходилось удалять флэш-ром из материнской платы и перепрограммировать его. CIH нацелена на тогдашний чипсет Matherboard Intel I430TX и воспользовался тем фактом, что операционные системы Windows 9x , также широко распространенные в то время, позволили прямой аппаратный доступ ко всем программам.

Современные системы не уязвимы для CIH из -за множества используемых чипсетов, которые несовместимы с чипсетом Intel I430TX, а также с другими типами IC Flash. Существует также дополнительная защита от случайных переписываний биосов в форме загрузочных блоков, которые защищены от случайных систем перезаписи или двойного и четырехлетних BIOS, которые могут в случае аварии использовать резервный BIOS. Кроме того, все современные операционные системы, такие как FreeBSD , Linux , MacOS , Windows NT , такие ОС Windows, такие как Windows 2000 , Windows XP и более новая, не позволяют программам пользователя иметь прямой доступ к аппаратному обеспечению с использованием уровня аппаратного абстракции .

В результате, по состоянию на 2008 год, CIH стал по сути безобидным, в худшем случае вызвав раздражение, заражая исполняемые файлы и запуская антивирусное программное обеспечение. Однако другие вирусы BIOS остаются возможными; Поскольку большинство домашних пользователей Windows без Windows Vista/7 UAC запускают все приложения с административными привилегиями, современный вирус, похожий на CIH в принципе, все еще получить доступ к оборудованию без сначала использования эксплойта. Операционная система OpenBSD не позволяет всем пользователям иметь этот доступ, а патч Grsecurity для ядра Linux также предотвращает этот прямой доступ к аппаратному обеспечению по умолчанию, что является злоумышленником, требующим гораздо более сложного эксплуатации уровня ядра или перезагрузки машины.

Третий вирус BIOS был методом, представленным Джоном Хисманом, главным консультантом по безопасности в британском программном обеспечении следующего поколения. В 2006 году на конференции по безопасности Black Hat он показал, как поднять привилегии и читать физическую память, используя вредоносные процедуры, которые заменили нормальные функции ACPI, хранящиеся во флэш -памяти.

Четвертый вирус BIOS был методикой, называемой «постоянной инфекции BIOS». Он появился в 2009 году на конференции по безопасности Cansecwest в Ванкувере и на конференции по безопасности SYSCAN в Сингапуре. Исследователи Анибал Сакко А Альфредо Ортега из основных технологий безопасности продемонстрировал, как вставить вредоносный код в процедуры декомпрессии в BIOS, что позволило практически полный контроль над ПК при запуске, даже до загрузки операционной системы. Проверка концепции не использует недостаток в реализации BIOS, а только включает в себя только нормальные процедуры мигания BIOS. Таким образом, это требует физического доступа к машине или для того, чтобы пользователь был корнем. Несмотря на эти требования, Ортега подчеркнул глубокие последствия его и Sacco Discovery: «Мы можем исправить драйвер, чтобы сбросить полностью работающий руткит . У нас даже есть небольшой код, который может удалить или отключить антивирус».

Mebromi - это троян , который нацелен на компьютеры с программным обеспечением Awardbios , Microsoft Windows и антивирусным программным обеспечением от двух китайских компаний: рост антивируса и антивируса Jiangmin KV. Mebromi устанавливает корткит, который заражает основную запись загрузки .

В декабрьском интервью 2013 года с 60 минутами Дебора Планкетт, директор по обеспечению безопасности Агентства национальной безопасности США , заявила, что АНБ обнаружила и помешала возможной атаке биографии со стороны иностранного нации, нацеленного на финансовую систему США. Программа сослалась на анонимные источники, утверждая, что это был китайский заговор. Однако последующие статьи в Guardian , Атлантика , Проводной и регистр опроверг претензии АНБ.

Новые платформы Intel обеспечивают технологию Intel Boot Guard (IBG), эта технология проверит цифровую подпись BIOS при запуске, а IBG Public Key объединен в PCH . Конечные пользователи не могут отключить эту функцию.

Альтернативы и преемники

Для сопоставимого программного обеспечения на других компьютерных системах см. Запись .

Unified расширяемый интерфейс прошивки (UEFI) дополняет BIOS во многих новых машинах. Первоначально написанный для архитектуры Intel Itanium , UEFI теперь доступен для x86 и ARM платформ ; Развитие спецификации обусловлено Unified EFI Forum , отраслевой группой с особым интересом . Загрузка EFI поддерживалась только в версиях Microsoft Windows, поддерживающих GPT , Ядро Linux 2.6.1 и позже, а также macOS на Mac на базе Intel . По состоянию на 2014 год , Новое аппаратное обеспечение для ПК, преимущественно поставляется с прошивкой UEFI. Архитектура защиты Rootkit также может помешать системе запустить собственные изменения программного обеспечения пользователя, что делает UEFI спорным как замену Legacy Bios в открытом аппаратном сообществе. Кроме того, Windows 11 требует UEFI для загрузки, За исключением IoT Enterprise Editions Windows 11. UEFI требуется для устройств, доставленных с Windows 8 и выше.

Другие альтернативы функциональности «Legacy Bios» в мире X86 включают Coreboot и Libreboot .

Некоторые серверы и рабочие станции используют независимую от платформу открытую прошивку (IEEE-1275) на основе Forth языка программирования ; Он включен в Sun SPARC Computers, линию IBM RS/6000 и другие системы PowerPC , такие как материнские платы CHRP на базе x86 , наряду с OLPC X86 .

По крайней мере, в 2015 году Apple удалила поддержку Legacy Bios с монитора UEFI в Mac на базе Intel . Таким образом, утилита BIOS больше не поддерживает вариант наследия, и печатает «Устаревший режим, не поддерживаемый в этой системе».

В 2017 году Intel объявила, что к 2020 году устранет Legacy Bios поддержку. С 2019 года новые PCS Platform Platform больше не поддерживают вариант Legacy.

Смотрите также

• Двойной ботинок
• Данные конфигурации расширенной системы (ESCD)
• Система управления вводом/выводом
• ACPI (расширенная конфигурация и интерфейс питания)
• Список прерываний Ральфа Брауна (RBIL) - прерывания, вызовы, интерфейсы, структуры данных, адреса памяти и портов, а также обработчики для архитектуры x86
• Биография управления системой (SMBIOS)
• UEFI (Unified расширяемый интерфейс прошивки)
• Das U-Boot , часто используемый в встроенных системах

Дальнейшее чтение

• Техническая техническая ссылка IBM. (Пересмотренный изд.). IBM Corporation . Март 1983.
• IBM персональный компьютер при техническом справочнике . Справочная библиотека аппаратного компьютера IBM. Тол. 0, 1, 2 (пересмотренный изд.). IBM Corporation . Март 1986 г. [1984-03]. 1502494, 6139362, 6183310, 6183312, 6183355, 6280070, 6280099.
• Phoenix Technologies, Ltd. (1989) [1987]. System Bios для IBM PC/XT/AT Computers и Compatiblibles-полное руководство по программному обеспечению на основе ПЗУ . Феникс технические справочные серии (1 -е изд.). Addison Wesley Publishing Company, Inc. ISBN  0-201-51806-6 .
• Phoenix Technologies, Ltd. (1989) [1987]. CBIOS для компьютеров IBM PS/2 и совместимых-полное руководство по системному программному обеспечению на основе ПЗУ для DOS . Феникс технические справочные серии (1 -е изд.). Addison Wesley Publishing Company, Inc. ISBN  0-201-51804-х .
• Phoenix Technologies, Ltd. (1989) [1987]. Abios для компьютеров IBM PS/2 и совместимых-полное руководство по системному программному обеспечению на основе ПЗУ для OS/2 . Феникс технические справочные серии (1 -е изд.). Addison Wesley Publishing Company, Inc. ISBN  0-201-51805-8 .
• Phoenix Technologies, Ltd. (июнь 1991 г.). System Bios для IBM ПК, совместимых и компьютеров EISA-полное руководство по программному обеспечению на основе ПЗУ . Феникс технические справочные серии (2 -е изд.). Амстердам: Addison Wesley Publishing Company, Inc. ISBN  0-201-57760-7 .
• Bios разборка Ninjutsu открыто, 1 -е издание , свободно доступная книга в формате PDF [1]
• Больше энергии в прошивке , бесплатная бонусная глава для системных подходов внутренних внутренних пунктов Mac OS X: книга

Внешние ссылки

• «Спецификация загрузки BIOS 1.01» (PDF) . Phoenix.com . 1996-01-11. Архивировано из оригинала (PDF) 2011-07-15.
• «Как работает биос» . Как работает вещи . 2000-09-06.
• «Реализация подключения и воспроизведения BIOS с использованием флэш -памяти Intel's Boot Blash» (PDF) . Intel . Февраль 1995 г. Архивировано из оригинала (PDF) 2007-11-28 . Получено 2007-11-28 .
• «Список вариантов BIOS» . Techarp.com . Архивировано из оригинала 2014-01-27.
• «Постоянная инфекция биос» . Прак . № 66. 2009-06-01. Архивировано с оригинала 2011-04-30 . Получено 2011-04-30 .
• «Предотвращение сбоев BIOS с использованием флэш -памяти Intel Boot Blash» (PDF) . Intel . Декабрь 1998 года. Архивировано из оригинала (PDF) 2007-03-29 . Получено 2007-03-29 .