Лабораторна робота № 4. БІОС

Мета роботи: Вивчити призначення та функціональність БІОС.

1. Теоретичні відомості

BIOS (англ. Basic Input/Output System — базова система вводу/виводу [данних]) — є набором спеціальних підпрограм, які використовуються комп'ютерами архітектури x86 для ініціалізації компонентів персональної платформи, необхідних для її первинного завантаження та подальшої роботи. Такими є процесор, системна логіка (чіпсет), оперативна пам'ять, клавіатура, відеокарта та інші. БІОС – елемент, що забезпечує функцонування ОС та апаратної частини ЕОМ.

Фактично, це — перше програмне забезпечення, що виконується процесором. Оськільки на початковому етапі завантаження комп'ютера зовнішні пристрої недоступні, BIOS, в загальному випадку, зберігається незалежним від живлення персональної платформи чином — в NVRAM-пам'яті (від англ. Non Volatile, — не тимчасова). Для цього, як правило, використовується одна або декілька спеціальних мікросхем — пристроїв постійного зберігання данних, які розташовані на системній платі.

Інколи сучасні компьютери використовують два пристрої для того, щоб на одному з них зберігати про усяк випадок резервну копію BIOS. Така технологія отримала назву Dual BIOS.

Розрізняють чотири типи мікросхем, де розташований БІОС:

1. ROM (Read Only Memory) чи ПЗП;

Перші ПЗП були матрицею на якій був випалений код програми. Матриця була кремнієвим кристалом. Перезаписати дані не представлялося можливим. Така технологія існувала не дуже довго.

2. PROM (Programmable ROM) чи ППЗП (Програмуюча ПЗП);

В кінці 70х років фірма Texas Instruments розробила вперше програмований ПЗП. Перше ППЗУ мало ємкість до 2 Мбайт. Принцип програмування цього ППЗУ зрозуміти можна якщо представити кожну комірку зберігання інформації у вигляді плавкого запобіжника. Якщо запобіжник цілий – це 1, якщо немає – 0. Більшість подібних мікросхем працювали під напругою близько 5 В, а запис коду проводився при напрузі 12 В. Але якщо 1 могла перетворитися в 0, то перетворення навпаки неможливе. З цього виходить, що запис на мікросхему PROM можна зробити один раз. Але на відміну від ПЗП, ППЗУ можна було запрограмувати в домашніх умовах. Потрібно було лише купити нову ІС і мати вдома програмуючий пристрій підключений до комп'ютера. Мікросхеми ППЗП мали свої ідентифікаційні номери по яких можна було визначити тип ППЗП і об'єм в Кбайтах. Наприклад, номер 271000 означає типа - TI, об'єм – 1Мбіт.

3. EPROM (Erasable PROM) чи СППЗП (Стираюча ППЗП);

На таких мікросхемах було кварцове віконце. Через віконце під впливом ультрафіолетових променів виникала хімічна реакція яка відновлювала комірку (пригадаєте приклад плавких запобіжників). Для цього були потрібні промені з довгої хвилі в 2,537 ангстремів і інтенсивністю в 12000 мВт/см². Максимальна відстань від джерела до мікросхеми мала бути не більше 3 см., а час експозиції – від 5 до 15 хв. Для стирання записаної інформації застосовувався спеціальний пристрій. По фізичних і функціональних параметрах мікросхеми EPROM особливо не відрізнялися від PROM. До речі, за часів широкого використання ППЗП, користувачам рекомендувалося віконце заклеювати ізоляційною стрічкою в уникнення пошкодження даних під впливом сонячних променів. Нумерація мікросхем була схожою з PROM.

4. EEPROM (Electrically EPROM) чи ЕСППЗП (Електроно – Стираюча ППЗП) - flash ROM

Основна перевага цих мікросхем полягає в тому, що для перепрограмування не вимагається їх зняття з материнської плати і не потрібне ніякого додаткового устаткування. Вже з 1994 року майже всі системні плати оснащуються flash ROM, а на даний момент часу іншого BIOS на сучасній материнській платі і не зустрінеш. Нумерація flash BIOS така:

28Fxxx - 12V Flash память
29Cxxx - 5V Flash память
29LVxxx - 3V Flash memory
28Cxxx – EEPROM або Flash память
PH29EE010: SST ROM Чіп - перепрашиваюча
29EE011: Winbond чіп - 5V Flash память
29C010: Atmel Chip - 5V Flash память

ROM BIOS складається з чотирьох основних компонентів:

1. POST (Power-On Self Test)

Процедура самотестування при включенні живлення. При перевірці тестуються: центральний процесор, сам ПЗП, елементи материнської плати, ОЗУ і основні периферійні пристрої.

2. BIOS (Basic Input/Output System)

Це набір драйверів (драйвер - програма управління пристроєм), що забезпечують роботу системи при запуску комп'ютера або при завантаженні в безпечному режимі. Ще до завантаження операційної системи можна управляти ним з клавіатури, бачити всі дії на моніторі. Якщо Ви завантажуєтеся в безпечному режимі, то відмовляєтеся від драйверів операційної системи і в роботі залишаються тільки драйвера BIOS.

3. Програма початкового завантаження

Ця програма після включення комп'ютера шукає операційну систему, завантажує її і віддає їй все управління комп'ютером.

4. CMOS (Complementary Metal Oxide Semiconductor)

Процедура установки параметрів конфігурації системи в CMOS. Цю частину ROM BIOS Ви можете подивитися, якщо відразу після включення комп'ютера натискатимете клавішу [Delete], F2.

Дії в ЕОМ, що відбувається, коли Ви включаєте комп'ютер:

1. Після включення джерело живлення проводить самотестування і у разі позитивного результату тесту видає на материнську плату сигнал Power Good. Все це відбувається за 0.5 сек.

2. Після отримання сигналу Power Good таймер перестає генерувати сигнал Reset, що подається на процесор.

3. CPU починає виконувати код, який записаний в ROM BIOS за адресою FFFF:0000. За даною адресою записана команда переходу на реально виконуваний код ROM BIOS.

4. ROM BIOS проводить тестування системи на наявність помилок, у разі знаходження яких буде поданий лише звуковий сигнал, оскільки відеоадаптер ще не ініційований.

5. Для того, що б знайти програму роботи з відеоадаптером, BIOS сканує адреси від C000:0000 до C780:0000. У разі знаходження програми, BIOS перевіряє контрольну суму коду. При збігу суми із заданою управління передається BIOS відеоадаптера і на монітор виводиться первинна інформація. У випадку, якщо BIOS відеоадаптера на знайдена, управління передається, вбудованому в BIOS материнської плати, драйверу.

6. Скануються наступні адреси пам'яті починаючи з C800:0000 до DF80:0000 з метою виявлення BIOS яких або ще пристроїв в системі. У разі виявлення оних так само перевіряється контрольні суми кодів і потім управління цих пристроїв віддається їх вбудованим BIOS.

7. За адресою 0000:0472 ROM BIOS перевіряє значення слова, що визначає тип завантаження, - холодна або гаряча. У разі холодного завантаження в роботу буде запущена POST, у разі гарячої - POST буде пропущений.
8. Виконується POST (у разі холодного пуску) для перевірки всіх компонентів системи. За відсутності фатальних помилок видається вбудованим динаміком короткий сигнал.

9. ROM BIOS проводить пошук дискети в дисководі (при відповідній настройці) і читає на ній сторону 0, циліндр 0 сектор 1. Цей сектор завантажується за адресою 0000:7С00 і перевіряє, чи є дискета завантажувальної. У разі пошкодження цих даних або ж дискета не є завантажувальною, то на екран виводиться відповідне повідомлення.

10. Якщо в дисководі немає дискети, то ROM BIOS читає MBR (Memory Boot Record), яка лежить в першому секторі жорсткого диска і завантажує його (сектор) в пам'ять за адресою 0000:7С00.

11. У роботу вступає програма, що знаходиться в MBR.

Частина адресного простору ОЗП відводиться під дані і коди BIOS. BIOS є частиною оперативної пам'яті.

Живлення мікросхеми CMOS (Complementary Metal-Oxide-Semiconductor) відбувається від батарейки.

Звукові сигнали BIOS

BIOS від AMI

• (відсутність сигналу) — несправність блоку живлення
• 2 короткі — помилка парності ОЗП (для SIMM, RDRAM)
• 3 короткі — помилка під година перевірки перших 64 кб ОЗП
• 4 короткі — несправність системного таймера
• 5 коротких — несправність ЦП
• 6 коротких — несправність контролера клавіатури
• 7 коротких — несправність материнської плати
• 8 коротких — несправність пам'яті адаптера відео
• 9 коротких — помилка контрольної суми BIOS
• 10 коротких — унеможливлено запис до CMOS
• 11 коротких — несправність кешу на материнській платі
• 1 довгий + 2 короткі/3 короткі — несправність адаптера відео
• 1 довгий + 8 коротких — не підімкнений монітор

BIOS від AWARD

• 2 короткі — незначні помилки CMOS, або материнської плати
• 3 довгих — помилка контролера клавіатури
• 1 довгий + 1 короткий — помилки ОЗП
• 1 довгий + 2 короткі — несправність адаптера відео
• 1 довгий + 3 короткі — помилка під година ініціалізації клавіатури
• 1 довгий + 9 коротких — помилка під година читання із ППЗ
• безліч коротких — несправність блоку живлення
• безліч довгих — відсутність можливості прочитати RAM
• безперервний — несправність блоку живлення

Повідомлення про помилки БІОС на екрані монітора.

Несправність	Повідомлення
CMOS BATTERY HAS FAILED.	Сіла батарея. Заміните батарею.
CMOS CHECKSUM ERROR.	Неправильна контрольна сума CMOS. Дані в CMOS пошкоджені. Можливо, батарея сіла. Перевірте батарею і замініть її у разі потреби.
DISK BOOT FAILURE, INSERT SYSTEM DISK AND PRESS ENTER.	Не знайдений завантажувальний диск. Завантажтеся з системної дискети і перевірте системні файли на жорсткому диску. Можливо, в дисковод вставлена несистемна дискета, видалите дискету з дисковода.
DISKETTE DRIVES OR TYPES MISMATCH ERROR - RUN SETUP.	Типи дисководів, фактично встановлених в системі і їх описи в CMOS не сходяться. Запустіть і введіть правильний тип дисковода.
ERROR INITIALIZING HARD DRIVE CONTROLLER.	Контроллер жорстких дисків не ініціалізувався. Перевірте установку контроллера, і параметри жорсткого диска, вказані в . Також перевірте джемпери на жорсткому диску.
FLOPPY DISK CNTRLR ERROR OR NO CNTRLR PRESENT.	Неможливо ініціалізувати контроллер гнучких дисків. Перевірте установку контроллера, і параметри дисковода, вказані в .
KEYBOARD ERROR OR NO KEYBOARD PRESENT.	Неможливо ініціалізувати клавіатуру. Перевірте підключення клавіатури і її тип. В крайньому випадку відключите контроль клавіатури при завантаженні.
Memory Address Error at XXXX.	Помилка пам'яті. Заміните пам'ять.
Memory parity Error at XXXX.	Помилка контролю парності. Заміните пам'ять.
MEMORY SIZE HAS CHANGED SINCE LAST BOOT.	Розмір пам'яті змінився з часу останнього завантаження. Увійдіть в .
PRESS A KEY TO REBOOT.	Повідомлення виникає при виявленні помилок і необхідності перезавантаження. Натисніть будь-яку кнопку.
SYSTEM HALTED, (CTRL-ALT-DEL) TO REBOOT....	Позначає зупинку процесу завантаження. Натисніть <Ctrl-Alt-Del>.

2. Порядок виконання роботи

1. Ознайомитися з теоретичними відомостями.

2. Запустити програму EVEREST для визначення типу БІОС ПК.

3. Скласти звіт з власними висновками про проведену роботу та відповідями на наступні питання:

· Дати обґрунтування поняттям БІОС та типів мікросхем де він зберігається?

· Дати обґрунтування компонентам БІОС?

· Дати обґрунтування порядку функціонування БІОС?

Список рекомендованої літератури

1. Википедия - свободная энциклопедия. http://ru.wikipedia.org/wiki.

2. Електронний дидактичний комплекс кафедри КТПН ЛДТУ. Нttp://elearning.lutsk.ua.