Принцип работы BIOS на примере IBM PC
Научно-исследовательская работа
Дисциплина: Аппаратное обеспечение информационных систем
Наименование темы: Базовая система ввода-вывода BIOS
| 09.03.02 код направления подготовки/ специальности | 43.10 код выпускающей кафедры | 08 регистрационный номер по журналу | очная код формы обучения | 2021 год |
| Руководитель | канд. техн. наук, доц. Рапаков Г. Г. (уч. степень, звание, должность. Ф.И.О) |
| Выполнил студент | Денежкин Леонид Дмитриевич (Ф.И.О) |
| Группа, курс | 4Б09 ИТ-21, 2 курс |
| Дата сдачи | «____»_______________2021 г. |
| Дата защиты Оценка по защите | «____»_______________2021 г. ___________________ (подпись преподавателя) |
Вологда
2021
Оглавление
Введение. 2
Определение и основные функции. 3
Физическое местоположение BIOS. 5
Принцип работы BIOS на примере IBM PC.. 6
Сброс настроек BIOS. 7
Работа с BIOS. 12
Настройка BIOS. 14
Технология UEFI. 15
Заключение. 18
Источники. 19
Введение
В современном мире вычислительная техника играет огромную роль абсолютно везде и всегда. Сейчас трудно представить повседневную жизнь без телефона, компьютера, ноутбука или даже калькулятора. Технологический прогресс помогает человеку решать сложные вычислительные, организационные, планировочные задачи. Без электронных таблиц сложно представить работу бухгалтера, без электронной почты – деятельность политика или какого-нибудь важного руководителя. И, наконец, без интернета невозможно представить жизнь простого студента – ведь в нём имеется невероятное количество информации, которая может очень помочь в учёбе. Но знает ли кто, как работают вычислительные машины? Что организует потоки прерывистых сигналов между микросхемами, и как это устроено? Всё это – заслуга именно Базовой Системы Ввода-Вывода, или кратко – BIOS, которая является фундаментом работы операционной системы.
|
|
|
Целью работы является ознакомление с программой BIOS для более глубокого понимания работы аппаратного обеспечения компьютеров.
Определение и основные функции
«BIOS» – Basic Input/Output System – Базовая Система Ввода/Вывода – это набор микропрограмм, реализующих описание способов для работы с аппаратурой компьютера и подключенными к нему устройствами.
BIOS предназначен для:
- Проверки работоспособности оборудования
Если какие-либо комплектующие не работают, то материнская плата подаст соответствующий сигнал на звуковое устройство («бипер»).
- Загрузки операционной системы
Выбирает диск, с которого загружается ОС.
- Предоставления API для работы с оборудованием
|
|
|
Предоставляет описания способов, которыми одна программа может взаимодействовать с другими.
- Настройки оборудования
Можно изменить частоты и тайминги ОЗУ; выставить интенсивность вентиляторов, подключенных к материнской плате; разогнать процессор [1].
У традиционного BIOS есть серьёзные ограничения. Он может загружаться только с жёстких дисков объёмом не более 2,1 Тб. Сейчас уже повсеместно встречаются диски на 3 Тб, и с них компьютер с BIOS не загрузится. Это ограничение BIOS MBR.
BIOS должен работать в 16-битном режиме процессора и ему доступен всего 1 Мб памяти. У него проблемы с одновременной инициализацией нескольких устройств, что ведёт к замедлению процесса загрузки, во время которого инициализируются все аппаратные интерфейсы и устройства.
BIOS давно пора было заменить. Intel начала работу над Extensible Firmware Interface (EFI) ещё в 1998 году. Apple выбрала EFI, перейдя на архитектуру Intel на своих Маках в 2006-м, но другие производители не пошли за ней.
В 2007 Intel, AMD, Microsoft и производители PC договорились о новой спецификации Unified Extensible Firmware Interface (UEFI), унифицированный интерфейс расширяемой прошивки. Это индустриальный стандарт, обслуживаемый форумом UEFI, и он зависит не только от Intel. Поддержка UEFI в ОС Windows появилась с выходом Windows Vista Service Pack 1 и Windows 7. Большая часть компьютеров, которые вы можете купить сегодня, используют UEFI вместо BIOS.
|
|
|
Физическое местоположение BIOS
Иногда может сложиться ситуация, что может потребоваться замена или перепрограммирование BIOS. Для этого нужно разобраться, где находится этот чип BIOS.
BIOS компьютера находится на материнской плате в специальной, как правило, довольно небольшой микросхеме(чипе). В зависимости от производителя материнской платы, эта микросхема может быть либо съемной, либо жестко вмонтированной в плату. Если она является съемной, вне зависимости на компьютере или ноутбуке, то вам повезло – в этом случае вы сможете заменить или перепрограммировать микросхему BIOS, если у вас появится такая необходимость. Если BIOS вмонтирован, то его можно только выпаять. Очень часто производители материнских плат размещают на плате сразу 2 микросхемы BIOS – основную и резервную, данную технологию называют DualBIOS. Пример такой материнской платы на картинке:
В данном случае прямо на материнской плате написано, где расположены микросхемы BIOS [2].
Принцип работы BIOS на примере IBM PC
Ниже приведён пример архитектуры компьютера, построенного с использованием микропроцессора и конкретного чипсета:
|
|
|
Микропроцессор CPU по быстрой системной магистрали FSB взаимодействует с системным контроллером, который формирует шину памяти для взаимодействия с оперативной памятью и обеспечивает связь с графическим адаптером (видеокартой). Системный контроллер также называют северным мостом.
Для управления обменом информацией с периферийными устройствами служит контроллер периферии, называемый также южным мостом. Он формирует локальную шину PCI, которая реализуется в виде набора разъёмов для установки плат контроллеров быстродействующих внешних устройств. Этот же контроллер управляет памятью BIOS, контроллером портов, накопителями на магнитных дисках HDD, портами USB и аппаратным кодеком, интегрированным в материнскую плату и позволяющим обрабатывать звук.
Сброс настроек BIOS
Любители покопаться в настройках BIOS Setup иногда попадают в такую ситуацию, что после изменения настроек BIOS что-то работает не так, как нужно (или вообще не работает). Если Вы уверены, что неполадки в работе компьютера вызваны изменениями в БИОС, самым простым вариантом решения проблемы будет сброс настроек BIOS.
После выполнения данной операции конфигурация Базовой Системы Ввода-Вывода приобретет заводские настройки, что позволит устранить возникшие неисправности.
Обнулять конфигурацию BIOS необходимо в следующих случаях:
§ Если необходимо сбросить пароль на вход в БИОС (или пароль на продолжение запуска ОС);
§ Если компьютер работает нестабильно;
§ Если компьютер не загружает операционную систему;
§ Если Вы изменили конфигурацию настроек BIOS Setup, но не уверены в правильности выполнения своих действий.
Сброс настроек БИОС заключается в обнулении содержимого памяти CMOS (разрушение контрольной суммы CMOS) до стандартных значений (заводских настроек).
Существует несколько способов установки заводских настроек BIOS.
Способ № 1. Сброс настроек BIOS Setup с помощью перемычки CLRTC на материнской плате.
Перемычка располагается на системной плате рядом с батарейкой, питающей CMOS-память. Она по умолчанию стоит в положении 1-2. Для обнуления BIOS Setup необходимо переставить перемычку в положение 2-3 примерно на 15 секунд. Операцию необходимо выполнять при полностью отключенном компьютере (необходимо вынуть даже розетку из электросети).
Перемычка для обнуления настроек БИОС может иметь также другие названия: Clear CMOS, CCMOS, Clear RTC, CRTC.
В материнских платах премиум класса для выполнения данной операции зачастую имеется специальная кнопка:
Способ № 2. Вынимаем батарейку.
Выключаем компьютер. Снимаем крышку системного блока и ищем на материнской плате батарейку, которая питает CMOS-память.
Аккуратно извлекаем батарейку из гнезда и спустя некоторое время (минут 10-15) устанавливаем ее обратно. Должны установиться заводские настройки.
Способ № 3. С помощью опций BIOS Setup.
Если у Вас имеется возможность зайти в BIOS Setup, то установить заводские настройки можно с помощью пункта Load Defaults BIOS (название может быть другое: Load BIOS Setup Defaults, Load Safe-Fail Default)[3].
Обновление BIOS
Обычно BIOS обновляют для того, чтобы материнская плата поддерживала работу какого-либо более современного процессора. Реже обновление BIOS применяется для оптимизации работы с другой периферией: устранение проблем совместимости с PCI-Express разъёмом, оптимизация RAID (технология виртуализации данных для объединения нескольких физических дисковых устройств в логический модуль для повышения отказоустойчивости и/или производительности) и другие цели.
Однако прибегать к обновлению BIOS следует только в крайнем случае, поскольку если, к примеру, во время процесса обновления внезапно отключат электричество, то компьютер придётся нести в техсервис. И как минимум придётся перепрошивать BIOS. Также во время обновления желательно следует избегать случайных касаний клавиатуры.
Перед тем как обновлять, прочтите на сайте производителя вашего ноутбука или материнской платы настольного компьютера все примечания к выпуску последней версии для вашей модели, а также к предшествующим, чтобы убедиться, что в новой прошивке присутствуют необходимые вам функции и она исправляет какие-то проблемы или уязвимости. Если этого нет, то лучше не рисковать.
Необходимые действия в общих чертах одинаковы, вне зависимости от того, предусмотрен ли вашей моделью UEFI или устаревший BIOS:
1. Загрузите свежую версию BIOS или UEFI с сайта производителя материнской платы или ноутбука. Необходимо брать только предназначенную именно для вашей модели, а не подобной.
2. Распакуйте архив и скопируйте его содержимое на работоспособную флэшку.
3. Перезагрузите компьютер и войдите в UEFI или BIOS так, как это предусмотрено в вашей модели.
4. Используйте меню для обновления UEFI или BIOS.
Перед тем, как начать, сохраните все важные файлы с вашего компьютера на дополнительном накопителе. Неудачное обновление не повреждает напрямую данные на жестком диске, но получить к ним доступ вы не сможете. Если же данные помещены на съемный диск, вы сможете продолжить с ними работу на другой машине.
Желательно создать резервную копию BIOS. В некоторых случаях это выполняется автоматически, но, если действие необходимо произвести вручную, вам будет предложено это сделать. Не пропустите этот шаг.
На сайте производителя оборудования найдите раздел поддержки. Выберите там свою модель, и вы увидите перечень доступных для нее файлов. В их числе — инструкции, драйвера и файлы UEFI и BIOS.
Когда вы нашли обновление, сверьте цифры и даты. Скачивать ее имеет смысл лишь в том случае, если она является более новой, чем та, которая установлена у вас.
Затем нужно будет скопировать скачанную версию BIOS на съёмный носитель, отформатировать его и перезапустить компьютер. Во время включения компьютера необходимо будет зайти в BIOS. Съёмный носитель должен подключаться непосредственно в flash-разъём на материнской плате.
Далее нужно будет зайти в соответствующий раздел для обновления BIOS, и в большинстве случаев он будет называться «Q-Flash». Далее пользователю будет интуитивно понятно, что делать дальше.
Также BIOS можно обновлять при помощи программатора, если чип BIOS является съёмным, а не вмонтированным в плату. Если чип вмонтирован, то его можно будет только отпаять.
Для обновления с помощью программатора необходимо будет помимо желательной версии BIOS скачать и установить программу-установщик для конкретного программатора.
Если чип BIOS удалось извлечь, нужно будет вставить его в программатор соблюдая ключи, затем программатор вставить во flash-разъём компьютера, на котором будет проходить процедура, и с помощью desktop-приложения программатора обновить BIOS.
Работа с BIOS
BIOS – это первая программа, которая запускается при включении компьютера. Для доступа к этой программе нужно нажать определённую клавишу (или комбинацию клавиш) во время появления на экране логотипа BIOS.
Самый популярный производитель BIOS – это American Megatrends, поэтому среднестатистическому пользователю ПК необходимо будет нажать клавишу «Del» или «Delete». Во всяком случае на экране будет выведено название кнопки, необходимой для входа в BIOS, поэтому проблем с доступом в эту программу обычно не возникает.
Как выглядит интерфейс BIOS:
К сожалению, в BIOS отсутствует поддержка указателя мыши, поэтому навигация осуществляется при помощи клавиатуры [4].
Основные разделы BIOS :
Main – основные системные настройки (настройка времени и даты компьютера, настройка подключенных жёстких дисков)
Advanced – управление настройками интерфейсов, процессора, памяти, винчестера.
Power – управление функциями энергопотребления и мониторинга
Boot – управление порядком загрузки с различных накопителей
Tools – Детальные настройки основных параметров (обновление BIOS)
Exit – загрузка конфигураций BIOS и варианты выхода из Setup [5][6]
Настройка BIOS
Правильная настройка BIOS может ускорить работу компьютера. Давайте ознакомимся с основными приёмами оптимизирования работы компьютера:
Технология UEFI
Unified Extensible Firmware Interface (UEFI) — интерфейс между операционной системой и микропрограммами, управляющими низкоуровневыми функциями оборудования, его основное предназначение: корректно инициализировать оборудование при включении системы и передать управление загрузчику операционной системы. UEFI предназначен для замены BIOS — интерфейса, который традиционно используется всеми IBM PC-совместимыми персональными компьютерами. Первая спецификация EFI была разработана Intel, позднее от первого названия отказались, и последняя версия стандарта носит название Unified Extensible Firmware Interface (UEFI). В настоящее время разработкой UEFI занимается Unified EFI Forum[7].
UEFI заменяет традиционный BIOS на PC. На существующем PC никак нельзя поменять BIOS на UEFI. Нужно покупать аппаратное обеспечение, поддерживающее UEFI. Большинство версий UEFI поддерживают эмуляцию BIOS, чтобы вы могли установить и работать с устаревшей ОС, ожидающей наличия BIOS вместо UEFI – так что обратная совместимость у них есть.
Большинство пользователей не понимает, в чём разница между BIOS и UEFI, однако разница есть:
Новый стандарт обходит ограничения BIOS. Прошивка UEFI может грузиться с дисков объёмом более 2,2 Тб – теоретический предел для них составляет 9,4 зеттабайт. Это примерно в три раза больше всех данных, содержащихся в сегодняшнем Интернете. UEFI поддерживает такие объёмы из-за использования разбивки на разделы GPT вместо MBR. Также у неё стандартизирован процесс загрузки, и она запускает исполняемые программы EFI вместо кода, расположенного в MBR.
UEFI может работать в 32-битном или 64-битном режимах и её адресное пространство больше, чем у BIOS – а значит, быстрее загрузка. Также это значит, что экраны настройки UEFI можно сделать красивее, чем у BIOS, включить туда графику и поддержку мыши. Но это не обязательно. Многие компьютеры по сию пору работают с UEFI с текстовым режимом, которые выглядят и работают так же, как старые экраны BIOS.
В UEFI встроено множество других функций. Она поддерживает безопасный запуск Secure Boot, в котором можно проверить, что загрузку ОС не изменила никакая вредоносная программа. Она может поддерживать работу по сети, что позволяет проводить удалённую настройку и отладку. В случае с традиционным BIOS для настройки компьютера необходимо было сидеть прямо перед ним.
И это не просто замена BIOS. UEFI – это небольшая операционная система, работающая над прошивкой PC, поэтому она способна на гораздо большее, чем BIOS. Её можно хранить в флэш-памяти на материнской плате или загружать с жёсткого диска или с сети.
У разных компьютеров бывает разный интерфейс и свойства UEFI. Всё зависит от производителя компьютера, но основные возможности одинаковы у всех [8].
К примеру, вот интерфейс UEFI от производителя ASRock:
Заключение
BIOS – это очень важная составляющая компьютеров, без которых их работа невозможна. Но не нужно пугаться – освоить основные способы взаимодействия с BIOS не так и сложно. Сейчас производители UEFI стараются максимально упростить интерфейс, так что среднестатистический пользователь ПК сможет разобраться в основах программы. Посмотреть температуры, изменить скорость вентиляторов, поменять дату и время, переустановить Windows – этому всему можно научиться за 5 минут. Овладеть BIOS должен каждый заядлый пользователь ПК, иначе ему наверняка придётся раскошелиться на компьютерных мастеров.
Источники
[1] https://ru.wikipedia.org/wiki/BIOS
[2] https://biosgid.ru/bios-osnovy/gde-naxoditsya-bios.html
[3] http://www.nastrojkabios.ru/informatsiya-o-bios/kak-sbrosit-nastroyki-bios.html
[4] https://hd01.ru/info/kak-proverit-rabotu-biosa/
[5] http://pcspravka.ru/bazovayasistvvodavivoda/324-razdelibios.html
[6] http://geek-nose.com/nastrojki-bios-v-kartinkax/#razdel-main-glavnoe-menyu
[7] https://ru.wikipedia.org/wiki/Extensible_Firmware_Interface
[8] https://habr.com/ru/post/404511/
[9] Куль Т. П. Операционные системы. Программное обеспечение: учебник. Издательство «Лань», 2020г.
[10] Федотов А. В. Хомченко В. Г. Компьютерное управление в производственных системах: учебное пособие для ВПО. Издательство «Лань», 2020г.
[11] Панеш А. Х. Вычислительные системы и компьютерные сети. Часть 1: Учебно-методическое пособие по лабораторным работам для студентов. Издательство Адыгейский государственный университет, 2018г.
Дата добавления: 2021-06-02; просмотров: 88; Мы поможем в написании вашей работы! |
Мы поможем в написании ваших работ!