Каким образом происходит процесс начальной загрузки компьютера. Процесс загрузки компьютера - от включения питания до запуска ос. Что такое BIOS и зачем она нужна
На самом деле, "чисто" описать, как компьютер инициализируется, не получится - во многих системах это происходит с небольшими отличиями, да и надо учитывать набор оборудования, предустановки и пр. Но в основном - это выглядит следующим образом:
Включаем питание - происходит общий сброс логики и процессора, процессор начинает выполнять набор инструкций, которые изначально хранятся в ПЗУ на материнской плате. Набор можно логически разбить на три части:
- Power On Self Test (POST) - запускается только один раз и сразу после включения питания. В этом тесте проверяется аппаратура на наличие грубых ошибок (функционирование аппаратуры вообще). Одним из видимых шагов на экране - тестирование памяти.
- Инициализация - запускается каждый раз, когда машина перегружается (например, когда пользователь нажимает Ctrl-Alt-Del) - инициализирует все доступные устройства на плате и в слотах расширения (ISA, PCI, AGP).
- Третья часть - это собственно BIOS (BASIC INPUT/OUTPUT SYSTEM) - базовая система ввода/вывода на низком уровне. Этими функциями пользуются некоторые операционные системы (DOS, Windows и др.) Обычно, весь BIOS располагается на отдельном чипе, который программируется на заводе, хотя в современных компьютерах может быть перепрограммирован прямо из системы. Т.е. сейчас используется Flash Memory.
Особенность существующих BIOS в том, что они весьма медленны (гораздо медленнее, чем обычная оперативная память). Поэтому, многие системы просто копируют весь BIOS в оперативную память.
Тест памяти - это наиболее видимая часть теста аппаратуры на этапе POST. Кстати, о видимости - видеоадаптер - тоже аппаратура, и его как раз необходимо инициализировать в первую очередь - чтобы пользователь мог видеть процесс тестирования и инициализации устройств. Так же, необходимо установить еще и режим (частоту обновления, разрешение) экрана. Ведь видеокарты могут быть сделаны разными фирмами, да еще и разные модели - кому как не БИОСу самой карточки знать досконально, как ее нужно инициализировать?
На каждой видеокарте есть свой BIOS, который опрашивается на его наличие при тестировании аппаратуры. Сначала системный БИОС ищет видео по стандартным адресам ISA VGA, - если там нет адаптера, то он ищется на PCI , потом на AGP (или сначала AGP, а потом PCI - это прописывается в установках BIOS SETUP). И если, видеобиос найден в одном из слотов, то управление передается на него.
И вообще, присутствие БИОСа на различных адаптерах заставляет системный БИОС отдавать им управление - в случае с видеоадаптером - это включение режима и т.д., в случае с сетевой картой - загрузка с сети (в случае с без дисковыми машинами - удаленная загрузка с сети) - при наличие BIOS на сетевой карте и наличие жесткого диска БИОС, например, может спросить - как будем грузиться - с сети или с имеющегося HDD? При наличии SCSI адаптера - он должен проинициализировать свои устройства (диски, CD-приводы, ленточные накопители и т.п.) и если таковые найдутся из числа дисков SCSI - необходимо будет поддержать int13 для того, чтобы система могла обращаться к ним, как к обычным жестким дискам. Хотя, инициализация SCSI устройств необязательна - например, при старте, ее можно отключать - если SCSI устройство не является загрузочным, это разумно.
Дальше проверяется наличие жестких дисков (IDE) на контроллере ввода-вывода, дисководов для дискет и пр. подобной периферии. Проверяется клавиатура и после успешной проверки выдается одиночный звуковой сигнал, указывающий, что инициализация прошла успешно (если нет - различным сочетанием звуковых сигналов BIOS сигнализирует об ошибках и/или сообщает о них на экране).
Итак, коротко можно описать следующим образом: все, кроме SCSI, IDE, USB "оживает" сразу - из адаптеров исключение составляет видеоадаптер, который инициализируется даже до проверки памяти.
Далее - если в слотах ISA находятся другие устройства, имеющие свои ПЗУ (с BIOS) - они инициализируются на этапе проверки внешних устройств, потом проходит проверка и назначение PCI (проверка устройств Plug and Play). Кстати, PnP есть и на ISA адаптерах.
Только после этого начинается проверка наличия устройств на IDE шине.
Тут может возникнуть вопрос - а как быть, если на ISA нет видеоадаптера, а есть на PCI - но ведь он "оживает" сразу - не дожидаясь даже проверки всего PCI? Просто на PCI есть BIOS, отображаемый в обычное пространство памяти, и все VGA PCI имеют еще и стандартную VGA программную часть, находящуюся в тех же регистрах, как и в случае, если бы это был ISA адаптер. Системный BIOS проверяет, есть ли VGA на ISA шине - если да, то на PCI шину и "не лезет", если нет - то сканирует PCI.
Ну, и в конце концов, после инициализации - считывается первый сектор первой дорожки первой головки жесткого диска и управление передается загрузочному сектору, который уже управляет дальнейшими действиями (либо выдается сообщение типа "NO SYSTEM TO BOOT"). Или подобным же образом система грузится с дискеты.
Вы включили компьютер, появляется текстовый экран загрузки на котором быстро мелькают цифры и буквы. Обычно, компьютер работает нормально, и Вы не обращаете внимание на них. Но это важная часть работы компьютера в процессе которой работают микропрограммы встроенные в BIOS . Но вот случилось что-то непонятное и все остановилось, на экран выводится код ошибки, а иногда вообще ничего не выводится - мигает курсор и все застыло в непонятном сне.
Как это работаетПосле включения компьютера в его оперативной памяти нет операционной системы. А без операционной системы, аппаратное обеспечение компьютера не может выполнять сложные действия, такие как, например, загрузку программы в память. Таким образом возникает парадокс, который кажется неразрешимым: для того, чтобы загрузить операционную систему в память, мы уже должны иметь операционную систему в памяти. Решением данного парадокса является использование нескольких микропрограмм размещаемых в одной или нескольких микросхемах, BIOS (Basic Input/Output System). Процесс загрузки начинается с автоматического выполнения процессором команд, расположенных в постоянной (или перезаписываемой) памяти (EEPROM или Flash ROM ), начиная с заданного адреса. Эти микропрограммы не обладает всей функциональностью операционной системы, но её (функциональности) достаточно для того, чтобычтобы выполнить последовательную загрузку других программ, которые выполняются друг за другом до тех пор, пока последняя из них не загрузит операционную систему. Последовательность основных блоков функций BIOS в PC -совместимых компьютерах: 1. - POST - самотестирование при включении питания процессора, памяти, набора микросхем системной логики, видеоадаптера, контроллера дисков, клавиатуры, мыши и других контроллеров и устройств; 2. - Setup BIOS (программа установки параметров BIOS) - конфигурирование параметров системы. Она может быть запущена во время выполнения процедуры POST при нажатии определенной комбинации клавиш. Если она не была вызвана пользователем, загружаются параметры установленные и сохраненные в постоянной памяти во время последнего конфигурирования Setup BIOS . 3. - Загрузчик операционной системы - подпрограмма, выполняющая поиск действующего основного загрузочного сектора на дисковом устройстве. 4. - BIOS - набор драйверов, предназначенных для взаимодействия операционной системы и аппаратного обеспечения при загрузке системы. В процессе загрузки BIOS осуществляется, кроме перечисленного, подключение, отключение, установка режима работы контроллеров устройств системной платы в соответствии с настройками записанными в постоянную память. Зачем это нужно? Это нужно для:
В процессе его выполнения проверяется наличие загрузочных устройств которые должны быть проинициализировано до загрузки операционной системы. К ним относятся:
Затем BIOS опрашивает устройства, перечисляемые в заранее созданном списке, пока не найдёт загрузочное устройство. Если такое устройство найдено не будет, будет выведено сообщение об ошибке, а процесс загрузки будет остановлен. Если BIOS обнаружит загрузочное устройство, он считает с него начальный загрузчик и передаст ему управление. В случае жесткого диска, начальный загрузчик называется главной загрузочной записью (MBR) и часто не зависит от операционной системы. Обычно он ищет активный раздел жесткого диска, загружает загрузочный сектор данного раздела и передает ему управление. Этот загрузочный сектор, как правило, зависит от операционной системы. Он должен загрузить в память ядро операционной системы и передать ему управление. Если активного раздела не существует, или загрузочный сектор активного раздела некорректен, MBR может загрузить резервный начальный загрузчик и передать управление ему. Резервный начальный загрузчик должен выбрать раздел (зачастую с помощью пользователя), загрузить его загрузочный сектор и передать ему управление. |
Последовательность загрузки стандартного IBM-совместимого персонального компьютера
После включения персонального компьютера его процессор еще не начинает работу.
Первое устройство, которое запускается после нажатия кнопки включения компьютера, - блок питания. Если все питающие напряжения окажутся в наличии и будут соответствовать норме, на системную плату будет подан специальный сигнал Power Good, свидетельствующий об успешном тестировании блока питания и разрешающий запуск компонентов системной платы.
После этого чипсет формирует сигнал сброса центрального процессора, по которому очищаются регистры процессора, и он запускается.
Первая выполняемая команда расположена по адресу FFFF0h и принадлежит пространству адресов BIOS. Данная команда просто передает управление программе инициализации BIOS и выполняет следующую команду (микропрограмму BIOS ).
Программа инициализации BIOS с помощью программы POST проверяет, чтовсе необходимые для работы BIOS и последующей загрузки основной операционной системы, устройства компьютера работают корректно и инициализирует их.
Таким образом, его работа - последовательно читать и выполнять команды из памяти.
Системная память сконфигурирована так, что первая команда, которую считает процессор после сброса, будет находиться в микросхеме BIOS.
Последовательно выбирая команды из BIOS, процессор начнет выполнять процедуру самотестирования, или POST.
Процедура POST
Процедура самотестирования POST состоит из нескольких этапов.
- Первоначальная инициализация основных системных компонентов;
- Детектирование оперативной памяти, копирование кода BIOS в оперативную память и проверка контрольных сумм BIOS;
- Первоначальная настройка чипсета;
- Поиск и инициализация видеоадаптера. Современные видеоадаптеры имеют собственную BIOS, которую системная BIOS пытается обнаружить в специально отведенном сегменте адресов. В ходе инициализации видеоадаптера на экране появляется первое изображение, сформированное с помощью BIOS видео адаптера ;
- Проверка контрольной суммы CMOS и состояния батарейки. Если контрольная сумма CMOS ошибочна, будут загружены значения по умолчанию ;
- Тестирование процессора и оперативной памяти. Результаты тестирования обычно выводятся на экран ;
- Подключение клавиатуры, тестирование портов ввода/вывода и других устройств.
- Инициализация дисковых накопителей. Сведения об обнаруженных устройствах обычно выводятся на экран ;
- Распределение ресурсов между устройствами и вывод таблицы с обнаруженными устройствами и назначенными для них ресурсами;
- Поиск и инициализация устройств, имеющих собственную BIOS;
- Вызов программного прерывания BIOS INT 19h, который ищет загрузочный сектор на устройствах, указанных в списке загрузки.
В зависимости от конкретной версии BIOS порядок процедуры POST может немного раз отличаться, но приведенные выше основные этапы выполняются при загрузке любого компьютера.
Что такое POST-коды?
После включения питания компьютера, если исправны блок питания и основные узлы материнской платы (генератор тактовых частот, компоненты, отвечающие за работу системной шины и шины памяти), процессор начинает выполнение кода BIOS.
Если быть совсем точным, во многих современных чипсетах перед передачей команд процессору системным контроллером предварительно конфигурируется «умная» системная шина. Но это не меняет сути дела.
Основная задача BIOS на данном этапе - проверка исправности и инициализация основных аппаратных компонентов компьютера. Вначале конфигурируются внутренние регистры чипсета и процессора, проверяется целостность кода BIOS. Затем происходит определение типа и размера оперативной памяти, поиск и инициализация видеокарты (интегрированной в чипсет или внешней). Следом конфигурируются порты ввода-вывода, контроллер дисковода, IDE/SATA-контроллер и подключенные к нему накопители. И, наконец, осуществляется поиск и инициализация интегрированных на материнскую плату дополнительных контроллеров и установленных карт расширения. Всего получается около ста промежуточных шагов, после чего управление передается загрузчику BOOTStrap, отвечающему за старт операционной системы.
Каждый из шагов POST-тестов имеет свой уникальный номер, называемый POST-кодом. Перед началом выполнения очередной процедуры ее POST-код записывается в специальный порт, именуемый Manufacturing Test Port. При успешной инициализации устройства в Manufacturing Test Port записывается POST-код следующей процедуры и так далее, до полного прохождения всех тестов. Если сконфигурировать устройство не удалось, дальнейшее выполнение POST-тестов прекращается, а в Manufacturing Test Port остается POST-код процедуры, вызывавшей сбой. Прочитав его можно однозначно идентифицировать проблемное устройство.
Имейте в виду, после перезагрузки компьютера средствами операционной системы («мягкая» или «горячая» перезагрузка) или при выходе из энергосберегающего режима обычно выполняются не все шаги по тестированию и конфигурированию аппаратных компонентов, а только необходимый минимум - так быстрее. При поиске неисправности необходимо всегда выполнять «жесткую» («холодную») перезагрузку - клавишей RESET или отключением питания компьютера. Только так гарантируется, что все этапы инициализации будут выполнены в полном объеме.
Award BIOS 6.0: вариант полной загрузки
Данную таблицу можно использовать не только как список
POST-кодов, но и как последовательность действий, которые
выполняются при включении компьютера. Она содержит POST-коды,
которые отображаются при полной процедуре POST.
| POST-код | Описание процедуры |
| CF | Определяется тип процессора и тестируется чтение/запись CMOS |
| C0 | Предварительно инициализируется чипсет и L1-, L2-кэш, программируется контроллер прерываний, DMA, таймер |
| C1 | Детектируется тип и объем оперативной памяти |
| C3 | Код BIOS распаковывается во временную область оперативной памяти |
| 0С | Проверяются контрольные суммы BIOS |
| C5 | Код BIOS копируется в теневую память и управление передается модулю Boot Block |
| 01 | Модуль XGROUP распаковывается по физическому адресу 1000:0000h |
| 02 | Инициализация процессора. Устанавливаются регистры CR и MSR |
| 03 | Определяются ресурсы ввода/вывода (Super I/O) |
| 05 | Очищается экран и флаг состояния CMOS |
| 06 | Проверяется сопроцессор |
| 07 | Определяется и тестируется контроллер клавиатуры |
| 08 | Определяется интерфейс клавиатуры |
| 09 | Инициализация контроллера Serial ATA |
| 0A | Определяется клавиатура и мышь, которые подключены к портам PS/2 |
| 0B | Устанавливаются ресурсы звукового контроллера AC97 |
| OE | Тестируется сегмент памяти F000h |
| 10 | Определяется тип flash-памяти |
| 12 | Тестируется CMOS |
| 14 | Устанавливаются значения для регистров чипсета |
| 16 | Первично инициализируется тактовый генератор |
| 18 | Определяется тип процессора, его параметры и объемы кэша L1 и L2 |
| 1B | Инициализируется таблица векторов прерываний |
| 1С | Проверяются контрольные суммы CMOS и напряжение питания аккумулятора |
| 1D | Определяется система управления питанием Power Management |
| 1F | Загружается матрица клавиатуры (для ноутбуков) |
| 21 | Инициализируется система Hardware Power Management (для ноутбуков) |
| 23 | Тестируется математический сопроцессор, дисковод, инициализация чипсета |
| 24 | Обновляется микрокод процессора. Создается карта распределения ресурсов устройств Plug and Play |
| 25 | Начальная инициализация PCI: перечисляются устройства, поиск адаптера VGA, запись VGA BIOS по адресу C000:0 |
| 26 | Устанавливается тактовая частота по CMOS Setup. Отключается синхронизация неиспользуемых слотов DIMM и PCI. Инициализируется система мониторинга (H/W Monitor) |
| 27 | Разрешается прерывание INT 09h. Снова инициализируется контроллер клавиатуры |
| 29 | Программируются регистры MTRR, инициализируется APIC. Программируется контроллер IDE. Измеряется частота процессора. Вызывается расширение BIOS видеосистемы |
| 2B | Поиск BIOS видеоадаптера |
| 2D | Отображается заставка Award, информация о типе процессора и его скорости |
| 33 | Сбрасывается клавиатура |
| 35 | Тестируется первый канал DMA |
| 37 | Тестируется второй канал DMA |
| 39 | Тестируются страничные регистры DMA |
| 3C | Настраивается контроллер 8254 (таймер) |
| 3E | Проверка контроллера прерываний 8259 |
| 43 | Проверяется контроллер прерываний |
| 47 | Тестируются шины ISA/EISA |
| 49 | Вычисляется объем оперативной памяти. Настраиваются регистры для процессора AMD K5 |
| 4E | Программируются регистры MTRR для процессоров Syrix. Инициализируются кэш L2 и APIC |
| 50 | Определяется шина USB |
| 52 | Тестируется ОЗУ с отображением результатов. Очищается расширенная память |
| 53 | Если выполнена очистка CMOS, то сбрасывается пароль на вход в систему |
| 55 | Отображается количество процессоров (для многопроцессорных платформ) |
| 57 | Отображается логотип EPA. Начальная инициализация устройств ISA PnP |
| 59 | Определяется система защиты от вирусов |
| 5B | Вывод подсказки для запуска обновления BIOS с дискеты |
| 5D | Запускается контроллер Super I/O и интегрированный аудиоконтроллер |
| 60 | Вход в CMOS Setup, если была нажата клавиша Delete |
| 65 | Инициализируется мышь PS/2 |
| 69 | Включается кэш L2 |
| 6B | Настраиваются регистры чипсета согласно BIOS Setup |
| 6D | Назначаются ресурсы для устройств ISA PnP и COM-порты для интегрированных устройств |
| 6F | Инициализируется и настраивается контроллер гибких дисков |
| 75 | Детектируются и устанавливаются IDE-устройства: жесткие диски, CD/DVD, LS-120, ZIP и др |
| 76 | Выводится информация об обнаруженных IDE-устройствах |
| 77 | Инициализируются последовательные и параллельные порты |
| 7A | Сбрасывается и готовится к работе математический сопроцессор |
| 7C | Определяется защита от несанкционированной записи на жесткие диски |
| 7F | При наличии ошибок выводится сообщение и ожидается нажатие клавиш Delete и F1 |
| 82 | Выделяется память для управления питанием и заносятся изменения в таблицу ESCD. Убирается заставка с логотипом EPA. Запрашивается пароль, если нужен |
| 83 | Все данные сохраняются из временного стека в CMOS |
| 84 | Вывод на экран сообщения Initializing Plug and Play Cards |
| 85 | Завершается инициализация USB |
| 87 | Создаются таблицы SYSID в области DMI |
| 89 | Устанавливаются таблицы ACPI. Назначаются прерывания для PCI-устройств |
| 8B | Вызывается BIOS дополнительных ISA- или PCI-контроллеров, за исключением видеоадаптера |
| 8D | Устанавливаются параметры контроля четности ОЗУ по CMOS Setup. Инициализируется APM |
| 8F | IRQ 12 разрешается для «горячего» подключения мыши PS/2 |
| 94 | Завершение инициализации чипсета. Отображение таблицы распределения ресурсов. Включение кэша L2. Установка режима перехода на летнее/зимнее время |
| 95 | Устанавливается частота автоповтора клавиатуры и состояния Num Lock |
| 96 | Для многопроцессорных систем настраиваются регистры (для процессоров Cyrix). Создается таблица ESCD. Устанавливается таймер DOS Time по показаниям часов RTC CMOS. Сохраняются разделы загрузочных устройств для использования встроенным антивирусом. Динамик оповещает об окончании POST. Создается таблица MSIRQ FF Выполняется прерывание BIOS INT 19h. Поиск загрузчика в первом секторе загрузочного устройства |
Невыполнение или сбой выполнения любого шага в последовательности тестов приводит к остановке тестирования и выдаче POST - кода соответствующего данному шагу сбоя.
POST - коды других производителей можно найти на сайтах производителя Вашей системной платы или производителя DIOS или в Internet .
Чтение POST-кодов
В мастерских или у занимающихся ремонтом специалистов контроль выполнения микропрограмм BIOS осуществляется с помощью специальной карты расширения. Она вставляется в свободный слот (большинство современных моделей рассчитано на шину PCI) и по мере загрузки отображает на своем индикаторе код выполняемой в текущий момент процедуры.
Примером может быть Post карта PCI BM9222 .
Однако POST-карта это не широко распространенное средство. Скорее, это инструмент профессионального ремонтника компьютеров. Осознавая данный факт, производители материнских плат стали оснащать модели, рассчитанные на энтузиастов экспериментирующих с настройками и разгоном компьютера, встроенными индикаторами POST-кодов.
Примером может быть системная плата ECS H67H2-M , или модели X58 Extreme3, P55 Deluxe3 и 890GX Extreme3 .
Встречается и более дешевое решение - во время начальной инициализации компонентов POST-коды могут отображаться на экране наряду с другой служебной информацией. Правда у этого решения есть существенный недостаток: если проблема связана с видеокартой, вы, скорее всего, ничего не увидите.
Последняя возможность узнать о сбое проявившемся при тестировании Звуковые сигналы сообщений об ошибках.
Звуковые сигналы и сообщения об ошибках
Несмотря на то, что POST-коды являются самым мощным инструментом по выявлению аппаратных проблем при старте компьютера, BIOS предоставляет и другие средства диагностики. Если в вашем распоряжении нет POST-карты, а материнская плата не умеет индицировать POST-коды, можно ориентироваться на звуковые сигналы и сообщения об ошибках.
Но для этого необходимо, чтобы в корпусе ПК имел системный динамик и он был подключен к системной платы.
Звуковые сигналы особенно ценны на начальном этапе, когда видеокарта еще не проинициализирована и, как следствие, не в состоянии отобразить что-либо на экране. Уникальная комбинация длинных и коротких сигналов укажет на проблемный компонент.
На более поздних этапах проще сориентироваться по сообщению об ошибке, выводимому BIOS в случае аппаратной проблемы. В некоторых версиях BIOS это сообщение сопровождается особым звуковым сигналом, в некоторых - заменяет его. Но в любом случае информации обычно достаточно, чтобы выявить сбоящий компонент.
Надо заметить, что звуковые сигналы и сообщения об ошибках фактически являются более наглядным вариантом отображения определенных POST-кодов, а отнюдь не дополнительным средством диагностики. Если в вашем распоряжении есть POST-карта, либо материнская плата способна отображать POST-коды, ориентироваться надо именно на коды - они дают гораздо более точную и детальную картину. Сравните хотя бы количество POST-кодов (около ста) и количество различных сообщений об ошибках или звуковых сигналов (несколько десятков).
| Последовательность звуковых сигналов | Описание ошибки |
|---|---|
| 1 короткий | Успешный POST |
| 2 коротких | Обнаружены незначительные ошибки. На экране монитора появляется предложение войти в программу CMOS Setup Utility и исправить ситуацию. Проверьте надежность крепления шлейфов в разъемах жесткого диска и материнской платы. |
| 3 длинных | Ошибка контроллера клавиатуры |
| 1 короткий, 1 длинный | Ошибка оперативной памяти (RAM) |
| 1 длинный, 2 коротких | Ошибка видеокарты |
| 1 длинный, 3 коротких | Ошибка при инициализации клавиатуры или Ошибка видеокарты |
| 1 длинный, 9 коротких | Ошибка при чтении из ПЗУ |
| Повторяющийся короткий | Проблемы с блоком питания |
| Повторяющийся длинный | Проблемы с ОЗУ |
| Повторяющаяся высокая-низкая частота | Проблемы с CPU |
| Непрерывный | Проблемы с блоком питания |
Процедура Setup
Вход в BIOS Setup
Вход в BIOS Setup возможен только при включении компьютера и при успешном выполнении первоначального тестировании POST (слышен один короткий сигнал из системного динамика).
Для этого необходимо нажать определенную клавишу или сочетание клавиш.
Обычно на экранной заставке при тестировании отображается надпись типа «Press DEL to enter Setup» - это означает, что для входа в BIOS Setup необходимо нажать клавишу DEL. Узнать, за которой клавишей закреплен вход в BIOS, можно из инструкции к материнской плате. Если инструкции нет, а экранная заставка не отображает подсказки, можно опробовать наиболее известные варианты комбинаций:
Delete
Esc
Ctrl + Shift + S или Ctrl + Alt + S
Ctrl + Alt + Esc
Ctrl + Alt + Delete
Безопасная работа с BIOS Setup
Работа с BIOS Setup связана с определенным риском, поскольку при неправильном или неосторожном изменении параметра система может функционировать нестабильно либо не функционировать вообще. Есть несколько простых советов, которые позволяют свести возможный риск к минимуму:
- Экспериментировать с настройками BIOS Setup лучше всего на новом не заполненном информацией компьютере;
- Старайтесь вообще не экспериментировать с BIOS на компьютерах, обрабатывающих или хранящих важную или объемную информацию. Перед настройкой системы с помощью BIOS позаботьтесь о резервном копировании важных данных. Главное в таких компьютерах - стабильность. Подвисший разогнанный компьютер через несколько часов обработки видео - это потеря времени, электроэнергии и результата работы. Неразогнанный справится с данной задачей гораздо эффективнее и сохранит ваши нервы;
- Прежде, чем изменить важные параметры, всегда фиксируйте выставленное и измененное значение. Это позволит вам в случае нестабильной работы системы вернуть ее в рабочее состояние;
- Не изменяйте значения параметров, которые вам неизвестны. Уточните их значение либо в инструкции к материнской плате, либо в сети Internet на ресурсе разработчика платы;
- Не редактируйте за раз несколько важных не связанных между собой параметров. При нестабильной работе системы гораздо сложнее определить, какой параметр вызвал нестабильную работу;
- Не разгоняйте компьютер без соответствующей изучения работы разгоняемой системы и подготовки;
- Не используйте раздел Hard Disk Utility, который предназначен для низкоуровневого форматирования устаревших моделей жестких дисков и встречается в старых версиях BIOS, т.к. может вывести из строя современный жесткий диск;
- Если после выставления параметров и
выхода из BIOS компьютер перестает
запускаться вообще, вернуть систему в рабочее состояние можно
несколькими способами:
- Если после перезагрузки компьютера возможно войти в BIOS Setup, нужно установить прежние значения отредактированных параметров. Некоторые версии BIOS сами осуществляют откат изменений за последнюю сессию.
- Если сделанные изменения неизвестны, то лучше воспользоваться параметрами по умолчанию, использовав команду Load Fail-Safe Defaults. После этого придется настраивать систему на оптимальную работу.
- Если компьютер вовсе не запускается из-за неправильных настроек BIOS, то в таком случае необходимо обнулить содержимое CMOS. При этом все значения включая дату/время будут изменены. Для этого сбросить неправильные установки, для этого просто переместить перемычку Flash Recovery (IBM )или джампер Clearing CMOS в положение "очистка CMOS ". В последнем случае нужно просто замкнуть перемычкой на несколько минут контакты соответствующего джампера.
- В случае неудачных результатов настройки Setup BIOS , необходимо после сброса неудачной конфигурации с помощью джампера в процедуре Setup BIOS продублировать возвращение загрузку значений BIOS ru.Wikipedia.org << на главную>>
Для конкретизации изложения рассмотрим процесс загрузки компьютера, оснащенного материнской платой, на которой установлен BIOS AWARD и Intel-совместимый микропроцессор, а в качестве ОС - Windows 98.
После нажатия кнопки Power источник питания выполняет самотестирование. Если все напряжения соответствуют номинальным, источник питания спустя 0,1...0,5 с выдает на материнскую плату сигнал PowerGood, а специальный триггер, вырабатывающий сигнал RESET, получив его, снимает сигнал сброса с соответствующего входа микропроцессора. Следует помнить, что сигнал RESET устанавливает сегментные регистры и указатель команд в следующие состояния (неиспользуемые в реальном режиме биты не указываются): CS = FFFFh; IP = 0; DS = SS = ES = 0 и сбрасывает все биты управляющих регистров, а также обнуляет регистры арифметическо-логического устройства. Во время действия сигнала RESET все тристабильные буферные схемы переходят в высокоимпендансное состояние. С момента снятия этого сигнала микропроцессор начинает работу в реальном режиме и в течение примерно 7 циклов синхронизации приступает к выполнению инструкции, считываемой из ROM BIOS по адресу FFFF:0000. Размер области ROM BIOS от этого адреса до конца равен 16 байт, и в ней по указанному адресу записана команда перехода на реально исполняемый код BIOS. В этот момент процессор не может выполнять никакую другую последовательность команд, поскольку нигде в любой из областей памяти, кроме BIOS, ее просто не существует. Последовательно выполняя команды этого кода, процессор реализует функцию начального самотестирования POST (Power-On Self Test). На данном этапе тестируются процессор, память и системные средства ввода/вывода, а также производится конфигурирование программно-управляемых аппаратных средств материнской платы. Часть конфигурирования выполняется однозначно, другая часть может определяться положением джамперов (перемычек или переключателей) системной платы, но ряд параметров возможно (а иногда и необходимо) устанавливать пользователю. Для этих целей служит утилита Setup, встроенная в код BIOS. Параметры конфигурирования, установленные с помощью этой утилиты, запоминаются в энергонезависимой памяти, питаемой от миниатюрной батарейки, размещенной на материнской плате. Часть из них всегда хранится в традиционной CMOS Memory, объединенной с часами и календарем RTC (Real Time Clock). Другая часть (в зависимости от фирмы-производителя) может помещаться и в энергонезависимую (например, флэш) память (NVRAM). Кроме этой части статически определяемых параметров, имеется область энергонезависимой памяти ESCD для поддержки динамического конфигурирования системы Plug and Play, которая может автоматически обновляться при каждой перезагрузке компьютера.
Утилита BIOS Setup имеет интерфейс в виде меню или отдельных окон, иногда даже с поддержкой мыши. Для входа в Setup во время выполнения POST появляется предложение нажать клавишу DEL. В других типах BIOS (в отличие от указанного выше) для этого может использоваться сочетание клавиш Ctrl+Alt+Esc, Ctrl+Esc, клавиша Esc, бывают и другие варианты (например, нажать клавишу F12 в те секунды, когда в правом верхнем углу экрана виден прямоугольник). В последнее время появились версии BIOS, в которых вход в Setup осуществляется нажатием клавиши F2, однако чаще клавиши F1 или F2 используются для вызова меню Setup, если POST обнаружит ошибку оборудования, которая может быть устранена сменой начальных установок. Для некоторых BIOS удержание клавиши INS во время POST позволяет установить настройки по умолчанию, отменяя все "ускорители". Это бывает удобно для восстановления работоспособности компьютера после попыток его неудачного "разгона". Выбранные установки сохраняются при выходе из Setup (по желанию пользователя) и начинают действовать с момента следующего выполнения POST.
При выполнении каждой подпрограммы POST записывает ее сигнатуру (код) в диагностический регистр. Этот регистр физически должен располагаться на специальной плате диагностики (сигнатурном анализаторе, или так называемой POST-карте), устанавливаемой в слот системной шины при анализе неисправности. Такие POST-карты бывают в двух исполнениях: для шин ISA и PCI. На данной плате обязательно устанавливается двухразрядный семисегментный индикатор, высвечивающий содержимое регистра диагностики. Возможно также наличие двоичного индикатора адреса. В пространстве ввода/вывода регистр занимает один адрес, зависящий от архитектуры РС (версии BIOS). Например, для ISA, EISA - 80h; ISA Compaq - 84h; ISA-PS/2 - 90h; для некоторых моделей EISA - 300h; MCA-PS/2 - 680h. Имея в наличии подобный сигнатурный анализатор по индицируемым кодам, можно определить, на каком этапе остановился POST. Зная специфическую таблицу сигнатур для каждой версии BIOS, легко определить неисправность системной платы.
Перечислим в порядке выполнения основные тесты POST для BIOS AWARD V4.51 и их сигнатуры, высвечиваемые POST-картой на индикаторе регистра диагностики. Следует отметить, что далеко не все перечисленные ниже коды видны на индикаторе в процессе нормальной загрузки компьютера: некоторые высвечиваются лишь в том случае, если POST останавливается. Происходит это потому, что многие подпрограммы POST исполняются настолько быстро, что человеческий глаз не в состоянии уследить за индицируемым состоянием регистра диагностики, а некоторые коды появляются только при обнаружении неисправности. Для указанной версии BIOS первой исполняемой сигнатурой в последовательности POST является C0:
C0 - осуществляется программирование регистров микросхемы Host Bridge для установки следующих режимов:
запрещается Internal и External Cache, а также операции с кэш-памятью;
перед запретом Internal Cache очищается;
Shadow RAM запрещается, вследствие чего происходит направление непосредственно к ROM циклов обращения к адресам расположения System BIOS. Эта процедура должна соответствовать конкретному чипсету;
C1 - с помощью последовательных циклов запись/чтение определяется тип памяти, суммарный объем и размещение по строкам. И в соответствии с полученной информацией настраивается DRAM-контроллер. На этом же этапе процессор должен быть переключен в Protected Mode (защищенный режим).
C3 - проверяются первые 256 Кб памяти, которые в дальнейшем будут использованы как транзитный буфер, а также осуществляется распаковка и копирование System BIOS в DRAM.
C6 - по специальному алгоритму определяется наличие, тип и параметры External Cache.
CF - определяется тип процессора, а результат помещается в CMOS. Если по каким-либо причинам определение типа процессора закончилось неудачно, такая ошибка становится фатальной, и система, а соответственно и выполнение POST, останавливается.
05 - осуществляется проверка и инициализация контроллера клавиатуры, однако на данный момент прием кодов нажатых клавиш еще не возможен.
07 - проверяется функционирование CMOS и напряжение питания ее батареи. Если фиксируется ошибка питания, выполнение POST не останавливается, однако BIOS запоминает этот факт. Ошибка при контрольной записи/чтении CMOS считается фатальной, и POST останавливается на коде О7.
BE - программируются конфигурационные регистры Host Bridge и PIIX значениями, взятыми из BIOS.
0A - генерируется таблица векторов прерываний, а также производится первичная настройка подсистемы управления питанием.
0B - проверяется контрольная сумма блока ячеек CMOS, а также, если BIOS поддерживает PnP, выполняется сканирование устройств ISA PnP и инициализация их параметров. Для PCI-устройств устанавливаются основные (стандартные) поля в блоке конфигурационных регистров.
0C - инициализируется блок переменных BIOS.
0D/0E - определяется наличие видеоадаптера путем проверки наличия сигнатуры 55АА по адресу начала Video BIOS (C0000:0000h). Если Video BIOS обнаружен и его контрольная сумма правильная, включается процедура инициализации видеоадаптера. С этого момента появляется изображение на экране монитора, высвечивается заставка видеоадаптера, инициализируется клавиатура. Далее по ходу POST тестируется контроллер DMA и контроллер прерываний.
30/31 - определяется объем Base Memory и External Memory, и с этого момента начинается отображаемый на экране тест оперативной памяти.
3D - инициализируется PS/2 mouse.
41 - производится инициализация подсистемы гибких дисков.
42 - выполняется программный сброс контроллера жестких дисков. Если в Setup указан режим AUTO, производится детектирование устройств IDE, в противном случае параметры устройств берутся из CMOS. В соответствии с конфигурацией системы размаскируются прерывания IRQ14 и IRQ15.
45 - инициализируется сопроцессор FPU.
4E - настраивается клавиатура USB. На данном этапе становится возможен вход в CMOS Setup по нажатию клавиши DEL.
4F - осуществляется запрос на ввод пароля, если это предусмотрено установками CMOS Setup.
52 - производится поиск и инициализация ПЗУ дополнительных BIOS, а также картируется каждая из линий запросов прерывания PCI.
60 - если в Setup включен данный режим, устанавливается антивирусная защита BOOT Sector.
62 - осуществляется автоматический переход на зимнее или летнее время, для клавиатуры настраиваются состояние NumLock и режим автоповтора.
63 - корректируются блоки ESCD (только для PNP BIOS) и производится очистка ОЗУ.
B0 - это состояние записывается в регистр сигнатурного анализатора только в случае наличия ошибок, например, при тесте Extended Memory. Если при работе в Protected Mode сбои отсутствуют, то POST не включает эту ветвь. При наличии страничных нарушений и других исключительных ситуаций управление будет передано на эту процедуру, она выведет код B0 в порт 80(84)h и остановится.
FF - последний этап, на котором подводится итог тестирования, - успешная инициализация аппаратных средств компьютера сопровождается одиночным звуковым сигналом, после чего осуществляется передача управления загрузчику BOOT-сектора.
Порядок поиска загрузочного диска на компьютерах x86 (FDD, жесткие диски IDE и SCSI, устройства CD-ROM) задает BIOS. Современные BIOS позволяют переконфигурировать этот порядок, называемый последовательностью загрузки (boot sequence). Если при этом дисковод A: включен в последовательность загрузки первым и в нем находится дискета, BIOS попытается использовать эту дискету в качестве загрузочной. Если дискеты в дисководе нет, BIOS проверяет первый жесткий диск, который к этому времени уже инициализировался, и выполняет команду INT19h. Процедура обработки прерывания INT19h для загрузки BOOT-сектора должна прочитать сектор с координатами Cylinder:0 Head:0 Sector:1 и поместить его по адресу 0000:7С00h, после чего осуществляется проверка, является ли диск загрузочным. Сектор MBR (Master Boot Record - главная загрузочная запись) на жестком диске находится по тому же физическому адресу, что и BOOT-сектор на дискете (цилиндр 0, сторона 0, сектор 1).
Если при проверке загрузочный сектор не обнаружен, т.е. два последних байта этого сектора (его сигнатура) не равны 55ААh, вызывается прерывание INT18h. При этом на экране появляется предупреждающее сообщение, зависящее от производителя BIOS компьютера.
Сектор MBR записывается на жесткий диск программой FDISK, поэтому если HDD был отформатирован на низком уровне, во всех его секторах находятся нули и, естественно, первый сектор не может содержать необходимой сигнатуры. Отсюда следует, что сообщения об ошибке будут выдаваться, если диск не разбивался на разделы (логические диски). Главная загрузочная запись обычно не зависит от операционной системы (на платформах Intel она используется для запуска любой из операционных систем). Код, содержащийся в главной загрузочной записи, сканирует таблицу разделов (partition table) в поисках активного системного раздела. Если в таблице разделов активный раздел не обнаружен или хотя бы один раздел содержит неправильную метку, а также если несколько разделов помечены как активные, выдается соответствующее сообщение об ошибке.
Код главной загрузочной записи определяет расположение загрузочного (активного) раздела, считывая таблицу разделов, расположенную в конце MBR. Если активный раздел найден, производится чтение его загрузочного сектора и определяется, является ли он действительно загрузочным. Попытка чтения может осуществляться до пяти раз, в противном случае выдается сообщение об ошибке, и система останавливается. Если загрузочный сектор найден, Master Boot Record передает управление коду загрузочного сектора в активном (загрузочном) разделе, который содержит загрузочную программу и таблицу параметров диска. Загрузочный сектор раздела просматривает блок параметров BIOS в поисках расположения корневого каталога, а затем копирует из него в память системный файл IO.SYS (который, по сути, является частью DOS и включает в себя функции файла MSDOS.SYS из предыдущей версии DOS) и передает ему управление. IO.SYS загружает драйверы некоторых устройств и выполняет ряд операций, связанных с загрузкой. Сначала IO.SYS считывает файл MSDOS.SYS. Нужно помнить, что этот файл не похож на одноименные файлы из предыдущих версий DOS. В Windows 98 MSDOS.SYS является текстовым файлом, содержащим опции процедуры запуска. Затем загружается и отображается файл LOGO.SYS (стартовая заставка).
На следующем этапе IO.SYS считывает информацию из системного реестра, а также исполняет файлы CONFIG.SYS и AUTOEXEC.BAT (при их наличии в корневом каталоге). При этом загружаются драйверы устройств, работающих в реальном режиме работы процессора, выполняются некоторые системные установки. Ниже приводится неполный список возможных драйверов и программ, загружаемых на данном этапе.
DBLSPACE.BIN или DRVSPACE.BIN. Драйвер сжатия дисков.
HIMEM.SYS. Администратор верхней памяти в реальном режиме работы процессора.
IFSHLP.SYS. Оказывает содействие при загрузке VFAT и прочих файловых систем, поддерживающих Windows 98.
SETVER.EXE. Утилита, подменяющая номер версии операционной системы. Существуют программы, ориентированные на более ранние версии операционных систем и отказывающиеся функционировать под Windows 98. Благодаря SETVER.EXE подобной программе возвращается именно тот номер версии DOS, который ее устраивает.
DOS=HIGH. Загружает DOS в область памяти HMA. Если в файле конфигурации CONFIG. SYS содержится инструкция для загрузки администратора отображаемой памяти EMM386.EXE, в эту строку добавляется параметр UMB, позволяющий EMM386.EXE использовать верхнюю память.
Нужно помнить, что IO.SYS не загружает администратор EMM386.EXE автоматически. Поэтому, если планируется его использование, в файл CONFIG.SYS необходимо вставлять строку DEVICE=EMM386.EXE.
FILES=30. В этой строке определяется число создаваемых дескрипторов файла. Windows 98 не использует это параметр; он включен для совместимости с предыдущими версиями программ.
LASTDRIVE=Z. Здесь определяется последняя буква для логических дисков. Эта опция также введена для обратной совместимости и не используется Windows 98.
BUFFER=30. Определяет число создаваемых файловых буферов. Буферы файлов используются приложениями при вызовах подпрограмм ввода/вывода из файла IO.SYS.
STACKS=9,256. Этой записью определяется число кадров стека и размер каждого кадра.
FCBS=4. Данная команда задает число блоков управления файлом. Оба последних параметра применяются только для обратной совместимости.
На последнем этапе загружается и запускается файл WIN.COM. Он обращается к файлу VMM32.VXD. Если в компьютере установлен достаточный объем ОЗУ, то этот файл загружается в память, в противном случае организуется доступ к этому файлу на жестком диске, что, естественно, увеличивает время загрузки. Загрузчик драйверов реального режима сравнивает копии виртуальных драйверов устройств (VxD) в папке Windows/System/VMM32 и файле VMM32.VXD. Если виртуальный драйвер устройства существует и в папке, и в файле, копия виртуального драйвера "помечается" в файле VMM32.VXD как незагружаемая. Виртуальные драйверы устройств, не загруженные с помощью файла VMM32.VXD, загружаются из раздела файла SYSTEM.INI папки Windows. Во время описанного процесса загрузчик драйверов виртуальных устройств реального режима постоянно проверяет правильность загрузки всех необходимых виртуальных драйверов устройств, а при появлении ошибки при загрузке нужного драйвера он пытается выполнить эту операцию еще раз. После загрузки виртуальные драйверы устройств реального режима инициализируются, затем файл VMM32.VXD переключает процессор в защищенный режим, и начинается процесс инициализации виртуальных драйверов устройств согласно их параметру InitDevice. Процедура загрузки ОС заканчивается загрузкой файлов KRNL32.DLL, GDI.EXE, USER.EXE и EXPLORER.EXE. Если компьютер подключен к сети, то загружается сетевое окружение. Пользователю предлагается ввести имя и пароль для входа в сеть. Затем из системного реестра загружается конфигурация с параметрами, установленными по умолчанию. На последней фазе загрузки операционной системы производится обработка содержимого папки Startup (Автозагрузка) и запускаются указанные в ней программы. После этого ОС готова к работе.
Существует несколько стандартных способов, позволяющих видоизменить описанную выше процедуру запуска:
При исполнении POST на этапе проверки памяти и инициализации загрузочных устройств нажать кнопку клавиатуры DEL для входа в программу Setup;
Вставить перед окончанием теста оборудования загрузочный диск (например, аварийный диск Windows 98);
Внести исправления в файл CONFIG.SYS;
Отредактировать файл AUTOEXEC.BAT.
Помимо них, Windows 98 предоставляет ряд менее очевидных методов для выполнения этой же задачи:
После завершения теста оборудования клавишей F8 вызвать меню Startup;
Отредактировать инструкции запуска системы в файле MSDOS.SYS;
Использовать один из перечисленных методов для "остановки" в режиме DOS, после чего запустить Windows из командной строки с набором необходимых ключей;
Изменить содержимое папки Startup. По материалам сайта
Многие пользователи считают, что компьютер загружает при помощи операционной системы, но на самом деле это верно только отчасти. В этом материале вы узнаете, как же на самом деле происходит загрузка ПК, и познакомитесь с такими важными понятиями, как BIOS, CMOS, UEFI и другими.
Вступление
Для многих людей работа с компьютером начинается после загрузки операционной системы. И это не удивительно, так как подавляющее большинство времени, современные ПК действительно используются при помощи удобной графической оболочки Windows или любой другой ОС. В этой, дружелюбной для нас среде, мы не только запускаем программы, приложения или игры, но и осуществляем настройки, а так же конфигурирование параметров системы под собственные нужды.
Но, не смотря на всю свою мультифункциональность, операционная система может не все, а в некоторых ключевых моментах, и вовсе попросту бессильна. В частности, это касается начальной загрузки компьютера, которая происходит полностью ее без участия. Более того, от успеха этой процедуры во многом зависит запуск самой ОС, который может и не произойти в случае возникновения проблем.
Для кого-то это может быть новостью, но в действительности Windows не отвечает за загрузку компьютера «от и до», она лишь продолжает ее на определенном этапе и заканчивает. Ключевым же игроком здесь выступает совершенно другая микропрограмма - BIOS, о назначении и основных функциях которой мы поговорим в этом материале.
Что такое BIOS и зачем она нужна
Ключевыми компонентами любого компьютерного устройства является связка процессора и оперативной памяти, и это неспроста. Процессор по праву называют сердцем и мозгом любого ПК, так как на него возложены все главные математические операции. При этом все команды и данные для вычислений, ЦПУ может брать только из оперативной памяти. Туда же он отправляет и результаты своей работы. С любыми другими хранилищами информации, например, с жесткими дисками, процессор напрямую не взаимодействует.
Вот здесь и кроется основная проблема. Для того, что бы процессор смог начать выполнять команды операционной системы, они должны находиться в ОЗУ. Но во время включения ПК оперативная память пуста, так как является энергозависимой и не может хранить информацию, когда компьютер выключен. При этом сами по себе, без участия системы, компьютерные устройства поместить нужные данные в память не могут. И здесь мы сталкиваемся с парадоксальной ситуацией. Получается, что для того чтобы загрузить ОС в память, операционная система уже должна быть в оперативной памяти.
Для разрешения данной ситуации, еще на заре эры персональных компьютеров, инженеры IBM предложили использовать специальную небольшую программу, получившую название BIOS, иногда называемую начальным загрузчиком.
Слово BIOS (БАйОС) является аббревиатурой от четырех английских слов Basic Input/Output System, что в переводе на русский означает: «Базовая система ввода/вывода». Такое название получил набор микропрограмм, отвечающих за работу базовых функций видеоадаптеров, дисплеев, дисковых накопителей, дисководов, клавиатур, мышей и других основных устройств ввода/вывода информации.
Основными функциями BIOS являются начальный запуск ПК, тестирование и первичная настройка оборудования, распределение ресурсов между устройствами и активация процедуры загрузки операционной системы.
Где хранится BIOS и что такое CMOS
С учетом того, что BIOS отвечает за самый начальный этап загрузки компьютера вне зависимости от его конфигурации, то эта программа должна быть доступна для базовых устройств сразу же после нажатия на кнопку включения ПК. Именно поэтому она хранится не на жестком диске, как большинство обычных приложений, а записывается в специальную микросхему флэш-памяти, расположенную на системной плате. Таким образом, доступ к BIOS и запуск компьютера возможен даже в том случае, если к ПК вообще не подключены никакие носители информации.
В самых первых компьютерах для хранения BIOS использовались микросхемы постоянной памяти (ПЗУ или ROM), запись на которые самого кода программы единожды осуществлялась на заводе. Несколько позже стали использовать микросхемы EPROM и EEROM, в которых имелась возможность в случае необходимости осуществлять перезапись BIOS, но только с помощью специального оборудования.
В современных же персональных компьютерах BIOS хранится в микросхемах, созданных на основе флэш-памяти, перезаписывать которые можно с помощью специальных программ прямо на ПК в домашних условиях. Такая процедура обычно называется перепрошивкой и требуется для обновления микропрограммы до новых версий или ее замены в случае повреждения.
Многие микросхемы BIOS не распаивается на материнской плате, как все остальные компоненты, а устанавливаются в специальный небольшой разъем, что позволяет заменить ее в любой момент. Правда, данная возможность вряд ли вам может пригодиться, так как случаи, требующие замены микросхемы BIOS очень редки и практически не встречаются среди домашних пользователей.
Флэш-память для хранения BIOS может иметь различную емкость. В прежние времена этот объем был совсем небольшим и составлял не более 512 Кбайт. Современные же версии программы стали несколько больше и имеют объем в несколько мегабайт. Но в любом случае на фоне современных приложений и мультимедийных файлов это просто мизер.
В некоторых продвинутых системных платах, производители могут установить не одну, а сразу две микросхемы BIOS - основную и резервную. В этом случае, если что-то произойдет с основным чипом, то компьютер будет загружаться с резервного.
Помимо флэш-памяти, в которой хранится сама BIOS, на системной плате существует и еще один вид памяти, который предусмотрен для хранения настроек конфигурации этой программы. Изготавливается он с применением комплементарного метало-оксидного полупроводника или CMOS (Complementary Metal Oxide Semiconductor). Именно этой аббревиатурой и называют специализированную память, в которой содержаться данные о запуске компьютера, используемые BIOS.
CMOS-память питается от батарейки, установленной на материнской плате. Благодаря этому, при отключении компьютера от розетки все настройки BIOS сохраняются. На старых компьютерах функции CMOS-памяти были возложены на отдельную микросхему. В современных же ПК она является частью чипсета.
Процедура POST и первоначальная загрузка ПК
Теперь давайте посмотрим, как же выглядит начальный процесс загрузки компьютера, и какую роль в нем играет BIOS.
После нажатия кнопки включения компьютера, первым запускается блок питания, начиная подавать напряжение на материнскую плату. Если оно в норме, то чипсет дает команду на сброс внутренней памяти центрального процессора и его запуск. После этого процессор начинает последовательно считывать и выполнять команды, записанные в системной памяти, роль которой выполняет как раз микросхема BIOS.
В самом начале процессор получает команду на проведение самотестирования компонентов компьютера (POST - Power-On Self-Test). Процедура POST включает в себя несколько этапов, прохождение большинства которых вы можете наблюдать на экране ПК сразу после его включения. Последовательность происходящего перед началом загрузки операционной системы такова:
1. Сначала происходит определение основных системных устройств.
3. Третий шаг - настройка набора системной логики, или проще говоря, чипсета.
4. Затем происходит поиск и определение видеокарты. Если в компьютере установлен внешний (самостоятельный) видеоадаптер, то он будет иметь собственную BIOS, которую основная системная BIOS будет искать в определенном диапазоне адресов памяти. Если внешний графический адаптер будет найден, то первое, что вы увидите на экране, будет изображение с названием видеокарты, сформированное ее BIOS.
5. После нахождения графического адаптера, начинается проверка целостности параметров BIOS и состояния батарейки. В этот момент на экране монитора одна за другой начинают появляться те самые таинственные белые надписи, вызывающие трепет у неопытных пользователей из-за непонимания происходящего. Но на самом деле ничего сверхъестественного в этот момент не происходит, в чем вы сами сейчас убедитесь. Первая, самая верхняя надпись, как правило, содержит логотип разработчиков BIOS и информацию об ее установленной версии.
6. Затем запускается тестирование центрального процессора, по окончании которого на дисплей выводятся данные об установленном чипе: название производителя, модели и его тактовая частота.
7. Следом начинается тестирование оперативной памяти. Если все проходит удачно, то на экран выводится общий установленный объем ОЗУ с надписью ОК.
8. По окончанию проверки основных компонентов ПК, начинается поиск клавиатуры и тестирование других портов ввода/вывода. В некоторых случаях, на этом этапе загрузка компьютера может остановиться, если системе не удастся обнаружить подключенную клавиатуру. При этом на экран сразу же будет выведено об этом предупреждение.
9. Далее начинается определение подключенных к компьютеру накопителей, включая оптические приводы, жесткие диски и флэш-диски. Сведения о найденных устройствах выводятся на экран. В том случае, если на системной плате установлено несколько контроллеров от разных производителей, то процедура их инициализации может быть отображена на разных экранах.
Экран определения контроллера Serial ATA, имеющего собственный BIOS, с выводом всех подключенных к нему устройств.
10. На завершающем этапе осуществляется распределение ресурсов между найденными внутренними устройствами ПК. В старых компьютерах, после этого осуществляется вывод на дисплей итоговой таблицы со всем обнаруженным оборудованием. В современных машинах таблица на дисплей уже не выводится.
11. Наконец, если процедура POST прошла успешно, BIOS начинает поиск в подключенных накопителях Главной Загрузочной Области (MBR), где содержатся данные о запуске операционной системы и загрузочном устройстве, которому необходимо передать дальнейшее управление.
В зависимости от установленной на компьютер версии BIOS, прохождение процедуры POST может проходить с небольшими изменениями от вышеописанного порядка, но в целом, все основные этапы, которые мы указали, будут выполняться при загрузке каждого ПК.
Программа настройки BIOS
BIOS является конфигурируемой системой и имеет собственную программу настройки некоторых параметров оборудования ПК, называемую BIOS Setup Utility или CMOS Setup Utility . Вызывается она нажатием специальной клавиши во время проведения процедуры самотестирования POST. В настольных компьютерах чаще всего для этой цели используется клавиша Del, а в ноутбуках F2.
Графический интерфейс утилиты конфигурирования оборудования очень аскетичен и практически не изменился с 80-ых годов. Все настройки здесь осуществляются только с помощью клавиатуры - работа мыши не предусмотрена.
CMOS/BIOS Setup имеет массу настроек, но к наиболее востребованным, которые могут понадобиться рядовому пользователю, можно отнести: установку системного времени и даты, выбор порядка загрузочных устройств, включение/отключение встроенного в материнскую плату дополнительного оборудования (звуковых, видео или сетевых адаптеров), управление системой охлаждения и мониторинг температуры процессора, а так же изменение частоты системной шины (разгон).
У различных моделей системных плат, количество настраиваемых параметров BIOS может сильно разниться. Наиболее широкий спектр настроек обычно имеют дорогие системные платы для настольных ПК, ориентированные на энтузиастов, любителей компьютерных игр и разгона. Самый же скудный арсенал, как правило, у бюджетных плат, рассчитанных на установку в офисные компьютеры. Так же не блещут разнообразием настроек BIOS подавляющее большинство мобильных устройств. Более подробно о различных настройках BIOSи их влиянии на работу компьютера мы поговорим в отдельном материале.
Разработка BIOS и обновление
Как правило, практически для каждой модели системной платы разрабатывается собственная версия BIOS, в которой учитываются ее индивидуальные технические особенности: тип используемого чипсета и виды распаянного периферийного оборудования.
Разработку BIOS можно разделить на два этапа. Сначала создается базовая версия микропрограммы, в которой реализовываются все функции, вне зависимости от модели чипсета. На сегодняшний день, разработкой подобных версий занимаются в основном компании American Megatrends (AMIBIOS) и Phoenix Technologies, поглотившую в 1998 году тогдашнего крупного игрока на этом рынке - Award Software (AwardBIOS, Award Modular BIOS, Award WorkstationBIOS).
На втором этапе, к разработке BIOS подключаются производители материнских плат. В этот момент базовая версия модифицируется и совершенствуется для каждой конкретной модели платы, с учетом ее особенностей. При этом после выхода системной платы на рынок, работа над ее версией BIOS не останавливается. Разработчики регулярно выпускают обновления, в которых могут быть исправлены найденные ошибки, добавлена поддержка нового оборудования и расширены функциональные возможности программы. В некоторых случаях обновление BIOS позволяет вдохнуть вторую жизнь в, казалось бы, уже устаревшую материнскую плату, например, добавляя поддержку нового поколения процессоров.
Что такое UEFI BIOS
Базовые принципы работы системной BIOS для настольных компьютеров были сформированы в далеких 80-ых годах прошлого века. За прошедшие десятилетия компьютерная индустрия бурно развивалась и за это время постоянно случались ситуации, когда новые модели устройств оказывались несовместимыми с определенными версиями BIOS. Что бы разрешать эти проблемы, разработчикам постоянно приходилось модифицировать код базовой системы ввода/вывода, но в итоге целый ряд программных ограничений так и остался неизменным со времен первых домашних ПК. Такая ситуация привела к тому, что BIOS в своем классическом варианте окончательно перестал удовлетворять требованиям современного компьютерного железа, мешая его распространению в массовом секторе персоналок. Стало понятно, что необходимо что-то менять.
В 2011 году, с запуском в производство материнских плат для процессоров Intel поколения Sandy Bridge, устанавливающихся в разъем LGA1155, началось массовое внедрение нового программного интерфейса для начальной загрузки компьютера - UEFI.
На самом деле первая версия данной альтернативы обычной BIOS была разработана и успешно использована компанией Intel в серверных системах еще в конце 90-ых годов. Тогда, новый интерфейс для начальной загрузки ПК назывался EFI (Extensible Firmware Interface), но уже в 2005 году его новая спецификация получила название UEFI (Unified Extensible Firmware Interface). На сегодняшний день эти две аббревиатуры считаются синонимами.
Как видите, производители системных плат не особо спешили переходить к новому стандарту, до последнего пытаясь совершенствовать традиционные вариации BIOS. Но очевидная отсталость этой системы, включая ее 16-битный интерфейс, не возможность использовать более 1 Мб адресного пространства памяти, отсутствие поддержки накопителей объемом более 2 Тб и другие постоянные неразрешимые проблемы совместимости с новым оборудованием все же стали серьезным аргументом для перехода на новое программное решение.
Какие же изменения принес с собой новый загрузочный интерфейс, предложенный Intel и в чем его отличия от BIOS? Как и в случае с BIOS, основной задачей UEFI является корректное определение оборудования сразу после включения ПК и передача управления компьютером операционной системе. Но при этом, перемены в UEFI настолько глубоки, что сравнивать ее с BIOS было бы просто некорректно.
BIOS - это практически неизменяемый программный код, вшитый в специальную микросхему и взаимодействующий напрямую с компьютерным оборудованием с помощью собственных программных средств. Процедура загрузки компьютера с помощью BIOS проста: сразу после включения компьютера производится проверка оборудования и загрузка простых универсальных драйверов для основных аппаратных компонентов. После этого BIOS находит загрузчик операционной системы и его активирует. Далее происходит загрузка ОС.
Систему UEFI можно назвать прослойкой между аппаратными компонентами компьютера, с их собственными микропрограммами-прошивками, и операционной системой, что позволяет ей так же выполнять функции BIOS. Но в отличие от BIOS, UEFI представляет собой модульный программируемый интерфейс, включающий тестовые, рабочие и загрузочные сервисы, драйверы устройств, протоколы коммуникаций, функциональные расширения и собственную графическую оболочку, что делает его похожим на сильно облегченную операционную систему. При этом пользовательский интерфейс в UEFI современен, поддерживает управление мышью и может быть локализован на несколько языков, включая русский.
Важным преимуществом EFI является ее кроссплатформенность и независимость от процессорной архитекторы. Спецификации этой системы позволяют работать ей практически с любой комбинацией чипов, будь то архитектура х86 (Intel, AMD) или ARM. Более того UEFI имеет прямой доступ ко всему аппаратному обеспечению компьютера и платформенно независимые драйверы, что дает возможность без запуска ОС организовать, например, выход в интернет или резервное копирование дисков.
В отличие от BIOS, код UEFI и вся ее служебная информация может храниться не только в специальной микросхеме, но и на разделах как внутренних, так и внешних жестких дисков, а так же сетевых хранилищах. В свою очередь, тот факт, что загрузочные данные могут размещаться на вместительных накопителях, позволяет за счет модульной архитектуры наделять EFI богатыми функциональными возможностями. Например, это могут быть развитые средства диагностики, или полезные утилиты, которые можно будет использовать как на этапе начальной загрузки ПК, так и после запуска ОС.
Еще одной ключевой особенностью UEFI является возможность работы с жесткими дисками огромных объемов, размеченных по стандарту GPT (Guid Partition Table). Последний не поддерживается ни одной модификацией BIOS, так как имеет 64-битные адреса секторов.
Загрузка ПК на базе UEFI, как и в случае с BIOS, начинается с инициализации устройств. Но при этом, данная процедура происходит гораздо быстрее, так как UEFIможет определять сразу несколько компонентов одновременно в параллельном режиме (BIOSинициализирует все устройства по очереди). Затем, происходит загрузка самой системы UEFI, под управлением которой выполняется какой-либо набор необходимых действий (загрузка драйверов, инициализация загрузочного накопителя, запуск загрузочных служб и т.д.), и только после этого осуществляется запуск операционной системы.
Может показаться, что такая многоступенчатая процедура должна увеличить общее время загрузки ПК, но на самом деле все происходит наоборот. С UEFI система запускается гораздо быстрее, благодаря встроенным драйверам и собственному загрузчику. В итоге, перед стартом, ОС получает исчерпывающую информацию об аппаратной начинке компьютера, что позволяет запускаться ей в течение нескольких секунд.
Несмотря на всю прогрессивность UEFI, все же существует ряд ограничений, сдерживающих активное развитие и распространение этого загрузчика. Дело в том, что для реализации всех возможностей нового загрузочного интерфейса требуется полноценная его поддержка со стороны операционных систем. На сегодняшний день в полной мере использовать возможности UEFI позволяет только Windows 8. Ограниченную поддержку нового интерфейса имеют 64-разрядные версии Windows 7, Vista и Linux на ядре 3.2 и выше. Так же возможности UEFI используются в загрузочном менеджере BootCamp компанией Apple в собственных системах Mac OS X.
Ну а как же происходит загрузка компьютера с UEFI, если на нем используются неподдерживаемая операционная система (WindowsXP, 32-битная Windows 7) или файловая разметка (MBR)? Для таких случаев в новый загрузочный интерфейс встроен модуль поддержки совместимости (Compatibility Support Module), по сути, представляющий из себя традиционную BIOS. Именно поэтому, можно видеть, как многие современные компьютеры, оснащенные системными платами с UEFI, загружается традиционным способом в режиме эмуляции BIOS. Чаше всего это происходит потому, что их владельцы продолжают использовать разделы HDD с традиционной MBR и не хотят переходить к разметке GPT.
Заключение
Совершенно очевидно, что, в отличие от традиционной BIOS, интерфейс UEFI способен на много большее, чем просто процесс загрузки. Возможность запуска рабочих сервисов и приложений, как на начальном этапе загрузки ПК, так и после запуска операционной системы открывает широкий спектр новых возможностей, как для разработчиков, так и конечных пользователей.
Но при этом говорить о полном отказе в ближайшее время от базовой системы ввода/вывода пока преждевременно. В первую очередь нужно вспомнить, что до сих пор большинство компьютеров находятся под управлением WindowsXP и 32-битной Windows 7, которые не поддерживаются UEFI. Да и жесткие диски, размеченные по стандарту GPT в большинстве своем можно встретить разве что в новых моделях ноутбуков на базе Windows 8.
Так что до тех пор, пока большинство пользователей в силу своих привычек или еще каких-либо причин, будут привязаны к старым версиям ОС и традиционным способам разметки винчестеров, BIOS так и будет оставаться основной системой для начальной загрузки компьютера.
Операционная система хранится во внешней памяти обычно на жестком диске, реже – на гибком. Для нормальной работы компьютера необходимо, чтобы основные модули операционной системы находились в оперативной памяти. Поэтому после включения компьютера организована автоматическая перезапись (загрузка) операционной системы с диска в оперативную память. Наиболее важные аспекты этой загрузки отражены в виде алгоритма на рис. 9.13.
Рис. 9.13. Алгоритм загрузки операционной системы с диска в оперативную память
После включения компьютера вы наблюдаете за сменой цифр на экране. Эти цифры отображают процесс тестирования оперативной памяти программой BIOS. При обнаружении неисправности в ячейках оперативной памяти будет выдано сообщение.
После успешного окончания тестирования аппаратуры производится обращение к дисководу с гибким диском А, и рядом с ним загорается лампочка индикации. Если вы загружаете операционную систему с гибкого диска, то надо до или во время тестирования вставить системный диск в дисковод А. В противном случае при отсутствии на диске А операционной системы осуществляется обращение к жесткому диску, о чем свидетельствует засветившаяся рядом с ним лампочка индикации.
Начинается считывание в оперативную память 0-го сектора 0-й стороны диска, в котором находится загрузчик (BOOT RECORD). Управление передается загрузчику, который проверяет наличие на системном диске модуля расширения IO.SYS и базового модуля MSDOS.SYS. Если они находятся в отведенном для них месте (см. рис. 9.10), то он загружает их в оперативную память, в противном случае будет выдано сообщение об их отсутствии. В этом случае рекомендуется произвести повторную загрузку. Сигнал повторной загрузки передает управление постоянному модулю BIOS, который снова переписывает с диска в оперативную память блок начальной загрузки и т.д.
Запомните!
Для повторной загрузки операционной системы
в память нажать одновременно клавиши .
После успешно выполненной загрузки в оперативную память модуля расширения IO.SYS и базового модуля MSDOS.SYS загружается командный процессор СОМMAND.COM и обрабатывается файл конфигурации CONFIG.SYS, который содержит команды подключения необходимых драйверов. Этот файл может отсутствовать, если вас устраивает базовый вариант операционной системы.
Затем выполняется обработка командного файла AUTOEXEC.BAT. С помощью этого файла вы можете произвести настройку параметров операционной среды. Например, создать виртуальный диск, обеспечить смену режимов печати, загрузить вспомогательные программы и т.д.
Внимание! Файлы с расширением.ВАТ играют при работе в системной среде особую роль. Они содержат совокупность команд операционной системы или имен исполняемых файлов. После запуска файла с расширением.ВАТ все записанные в нем команды выполняются автоматически одна за другой.
Файл со стандартным именем AUTOEXEC.BAT отличается от других файлов типа.ВАТ тем, что выполнение помещенных в него команд начинается автоматически сразу после загрузки операционной системы.
В случае отсутствия файла AUTOEXEC.BAT вам будет предложено ввести дату и время:
если вы нажмете клавишу ввода, то в качестве текущих даты и времени будут приняты так называемые системные параметры, которые определяет компьютерный таймер;
если вы хотите сделать переустановки системных даты и времени, то в ответ на приглашение введите значения в одной из предусмотренных форм, например:
10-25-1997 (месяц день год)
7:30:10.00р (часы:минуты:секунды)
После окончания работы файла AUTOEXEC.BAT, а также если этот файл не обнаружен, на экран дисплея будет выдано приглашение системного диска, например C:\>. Это является свидетельством нормального завершения процесса загрузки, и вы можете приступить к работе, введя имя прикладной программы или команду операционной системы.
