Микросхема ПЗУ и система BIOS

В момент включения компьютера в его оперативной памяти нет ничего – ни данных, ни программ, поскольку оперативная память не может ничего хранить без подзарядки ячеек более сотых долей секунды, но процессору нужны команды, в том числе и в первый момент после включения.

Поэтому сразу после включения на адресной шине процессора выставляется стартовый адрес.

Это происходит аппаратно, без участия программ (всегда одинаково).

Процессор обращается по выставленному адресу за своей первой командой и далее начинает работать по программам.

Этот исходный адрес не может указывать на оперативную память, в которой пока ничего нет.

Он указывает на другой тип памяти – постоянное запоминающее устройство (ПЗУ).

Микросхема ПЗУ способна длительное время хранить информацию, даже когда компьютер выключен.

Программы, находящиеся в ПЗУ, называют «зашитыми» – их записывают туда на этапе изготовления микросхемы.

Комплект программ, находящихся в ПЗУ, образует базовую систему ввода-вывода (BIOS – Basic Input Output System).

Основное назначение программ этого пакета состоит в том, чтобы проверить состав и работоспособность компьютерной системы и обеспечить взаимодействие с клавиатурой, монитором, жестким диском.

Программы, входящие в BIOS, позволяют нам наблюдать на экране диагностические сообщения, сопровождающие запуск компьютера, а также вмешиваться в ход запуска с помощью клавиатуры.

 

Важно отметить, что большинство современных видеоадаптеров, а также контроллеров накопителей имеют собственную систему BIOS, которая дополняет или даже заменяет системную BIOS во время основной работы.

 

При включении компьютера BIOS выполняет несколько операций. Вот их обычный порядок:

 

1. Выполняет программу самотестирования компьютера (POST — Power On Self Test).

Программа самотестирования POST позволяет производить простейшую диагностику основных узлов компьютера, включая определение полного объема установленной оперативной памяти. Информация о ее результатах выводится тремя способами:

· сообщениями на дисплее (наиболее наглядно и понятно пользователю);

· звуковыми сигналами (что очень полезно при неработоспособном дисплее);

· выдачей кодов в определенный порт ввода/вывода, обычно это порт с адресом 080.

Сообщения на дисплее могут прямо называть обнаруженную неисправность или неисправный блок или же выдавать специальный код ошибки, по которому впоследствии в прилагаемой документации можно найти причину неисправности компьютера.

Звуковые сигналы не отличаются особым разнообразием, но, тем не менее, позволяют обнаружить и идентифицировать основные ошибки.

 

2. Выполняет программу PC CMOS SETUP проверки установок КМОП (CMOS) на предмет наличия пользовательских настроек.

Выполняемое BIOS действие состоит в проверке информации, хранящейся в небольшом (64 байта) ОЗУ, размещенной в специальной микросхеме КМОП (CMOS). Настройка КМОП содержит подробную информацию, касающуюся данной конкретной системы, которая может изменяться, если меняется система. Эта информация используется BIOS при необходимости для видоизменения или дополнения своей программы, установленной по умолчанию.

 

3. Выполняет программу начальной загрузки (Bootstrap Loader): в ОП загружается ядро операционной системы с соответствующего дискового накопителя компьютера; а также системный BIOS (основной BIOS) и все BIOS (расширенный BIOS), имеющиеся в некоторых внешних устройствах (видеокарте, звуковой карте, сетевой карте и т. п.)

 

4. Загружает обработчики прерываний и драйверы устройств

Обработчики прерываний (BIOS Hardware Interrupt) – это маленькие программы, выполняющие роль трансляторов в диалоге аппаратных компонентов и операционной системы. Например, если вы нажмете клавишу на клавиатуре, образовавшийся сигнал поступит на обработчик прерываний клавиатуры, который сообщит центральному процессору, что это за сигнал и пропустит этот сигнал в операционную систему (т.е. при нажатии клавиши выдается специальный сигнал прерывания, который с помощью программы BIOS опознается ОС).

Драйверы устройств (BIOS Services) – другие небольшие программы, которые идентифицируют базовые аппаратные компоненты: клавиатуру, мышь, накопитель на жестких дисках и др. Поскольку BIOS постоянно перехватывает сигналы, поступающие к аппаратным средствам и от них, его, для повышения быстродействия, часто копируют в ОЗУ.

5. Автоматически распределяет системные ресурсы (PnP BIOS).

Это программа (Plyg and Play- подключай и работай) для работы с периферийными устройствами.

Данная программа:

- обнаруживает подключенные ПУ, подбирает им драйверы, если они есть;

- распределяет адреса портов ввода/ вывода (это адресуемые регистры внешних устройств, с которыми процессор работает также как с ячейками ОП и которые входят в состав ПУ);

- распределяет запросы на прерывания от ПУ между ними (IRQ)

- распределяет запросы на прямой доступ к памяти от ПУ (DRQ)

6. Отображает на экране системные настройки.

7. Определение загружаемых устройств

 

Отметим, что в последнее время ROM BIOS выполняется не на микросхемах собственно постоянной памяти, а на микросхемах, допускающих многократную перезапись информации пользователем EPROM (Erasable Programmable ROM) с электрической перезаписью — типа флэш (flash), что позволяет более гибко настраивать компьютер. Пользователь может легко модернизировать BIOS своего компьютера с помощью программы перезаписи флэш-памяти. При использовании же микросхем ПЗУ с ультрафиолетовым стиранием для этого требовались специальный программатор и стирающее устройство (ультрафиолетовая лампа).