BIOS
![]() American Megatrends BIOS | |
儲存位置 | PROM EPROM 快閃記憶體 |
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常见制造商 | 安迈科技 系微 鳳凰科技(英语:Phoenix Technologies) Byosoft |
BIOS(英文:Basic Input/Output System),即基本輸入輸出系統,亦稱為ROM BIOS、System BIOS、PC BIOS,是在通電啟動階段執行硬體初始化,以及為作業系統提供運行時服務的韌體。BIOS最早隨著CP/M作業系統的推出在1975年出現。BIOS預安裝在個人電腦的主機板上,是个人电脑启动时加载的第一个軟體。
現在,BIOS的作用是初始化和測試硬體元件,以及從大容量儲存裝置(如硬碟)載入啟動程式,並由啟動程式載入作業系統;當載入作業系統後,BIOS通過系統管理模式為作業系統提供硬體抽象。在DOS時代,BIOS為DOS作業系統提供鍵盤、顯示及其他I/O裝置的硬體抽象層。
許多BIOS程式都只能在特定電腦型號或特定主機板型號上執行。早年,BIOS儲存於ROM晶片上;現在的BIOS多儲存於快閃記憶體晶片上,這方便了BIOS的更新。
1980年代,IBM發明了IBM PC,但最初BIOS是IBM PC上唯一不開放的元件,給IBM PC的複製(Clone)帶來了麻煩。隨後COMPAQ複製了IBM PC,Phoenix Technologies等公司亦複製了IBM PC的BIOS部件,可為當時的IBM PC相容機廠商提供BIOS。
統一可延伸韌體介面(UEFI)正在逐步取代舊式BIOS,但仍有很多产品支持兼容模式,通过Legacy选项,不过这种支持已经逐渐减少。目前,UEFI与兼容支持模式(UEFI+CSM)成为主流,但最新的产品已经不再支持兼容模式,仅支持UEFI。
操作
系統啟動
當電腦的電源開啟,BIOS就會從主機板上的ROM晶片執行,執行加電自檢(POST),測試和初始化CPU、RAM、直接記憶體存取控制器、晶片組、鍵盤、軟碟、硬碟等裝置。當所有的Option ROM被載入後,BIOS就試圖從啟動裝置(如硬碟、軟碟、光碟)載入啟動程式,由啟動程式載入作業系統。BIOS也可從網卡等裝置啟動。
設定畫面
大約從80386 PC開始,個人電腦的BIOS ROM整合了設定程式(Setup)。主板的CMOS晶片用於儲存BIOS設定值及硬體偵測值。主板上的鈕扣電池用於讓CMOS儲存BIOS設定值,以及電腦在斷電時依然可以讓系統時鐘運作。
現代的BIOS可以讓使用者選擇由哪個啟動裝置啟動電腦,如光碟機、硬碟、軟碟、隨身碟等等。现代大多数BIOS支持图形化交互界面,有一些是厂商制作的,使用者可以用鼠标键盘完成操作。
BIOS韌體
由於BIOS與硬體系統整合在一起(將BIOS程式指令燒錄在IC中),所以有時候也被稱為韌體。在大約1990年BIOS是保存在ROM(唯讀記憶體)中而無法被修改。因為BIOS的大小和複雜程度隨時間不斷增加,而且硬體的更新速度加快,令BIOS也必須不斷更新以支援新硬體,於是BIOS就改為儲存在EEPROM或者快閃記憶體中,讓使用者可以輕易更新BIOS。然而,不適當的執行或是終止BIOS更新可能導致電腦無法使用。為了避免BIOS損壞,有些主機板有備份的BIOS(「雙BIOS」主機板)。現在的BIOS有「啟動區塊」(Boot Block),屬於BIOS ROM的一部份,一開機就會被執行。這個程式會在執行BIOS前,驗證BIOS其他部分是否正確無誤(經由核對和等等)。如果啟動區塊偵測到主要的BIOS已損壞,則可自動讀取USB隨身碟/光碟中的特定BIOS檔案並更新BIOS。主機板廠商/OEM經常發出BIOS升級來更新他們的產品和修正已知的問題。
作業系統服務
BIOS可通過BIOS中斷呼叫為MS-DOS作業系統及MS-DOS程式提供磁碟、鍵盤、顯示等標準服務。通過BIOS中斷呼叫存取視訊硬體非常緩慢,因此,有些DOS程式(尤其是遊戲)通過直接存取視訊硬體提高效率。
現代作業系統僅在啟動時使用BIOS中斷呼叫[1]。
微代碼更新
自P6微架構開始,Intel處理器支援可重新編程的微碼。自K7微架構開始,AMD處理器支援可重新編程的微碼。BIOS包含處理器微代碼更新。微代碼被載入到處理器的SRAM中,所以微代碼更新並不是持久的,需要在每次系統啟動時更新處理器微代碼。作業系統也可以更新主處理器的微代碼[2][3]。
其他韌體
現代BIOS包括英特爾管理引擎[4],AMD平台安全處理器和板載Video BIOS韌體。
一些BIOS支援超頻。
現代用途
BIOS以16位元真實模式執行。現代作業系統以保護模式或長模式執行,因為使用BIOS的16位元真實模式服務(如BIOS中斷呼叫)是低效的。在1990年代,BIOS為作業系統提供APM、舊式隨插即用(英语:Legacy PnP)、桌面管理介面(英语:Desktop Management Interface)功能;在2000年代至今,BIOS則為作業系統提供ACPI、SMBIOS(英语:SMBIOS)功能[5][6][7]。
与CMOS的联系和区别
BIOS与CMOS的关系
CMOS是计算机上另一个重要的存储器。之所以提到它,是因为BIOS程序的設定值、硬件參數偵測值就保存在CMOS中。而且,在BIOS程式啟動计算机時,需要载入CMOS中的設定值。CMOS通常被整合在南橋晶片組中。UEFI系統則多用NVRAM儲存設定。
BIOS与CMOS的区别
二者的区别是,BIOS是儲存在只读存储器(EEPROM或快閃記憶體),而CMOS为随机存储器(RAM);BIOS中存储的是程序,而CMOS中存储的是普通信息。
CMOS的內容在斷電會消失。所以,把主機板的電池拆出,便可重置其內容。另外,拆出電池也會重設時間。
擴充程式(Option ROM)
擴充卡如硬碟控制器、顯示卡、網卡可能包含BIOS擴充程式(即Option ROM),為BIOS提供附加的功能。在BIOS啟動作業系統前,Option ROM被BIOS執行。部分內建於主板的裝置(如板載RAID),其Option ROM可能包含在主機板BIOS中。Option ROM通過BIOS啟動規範(英语:BIOS Boot Specification)擴充BIOS的啟動功能。
系統初始化
系統在加電自檢(POST)階段,尋找並執行Option ROM。Option ROM通過BIOS中斷呼叫對硬體進行測試、初始化,並顯示診斷資訊或顯示設定畫面。
供應商
目前全球只有四家獨立BIOS供應商(IBV),曾經的Award Software(英语:Award Software)與General Software(英语:General Software)、Microid均被凤凰科技(英语:Phoenix Technologies)收購,SystemSoft(英语:Systemsoft)被Insyde Software收購。
- Phoenix Technologies(英语:Phoenix Technologies),美國鳳凰科技(英语:Phoenix Technologies)。
- American Megatrends,美國安邁科技,目前為全球最大的BIOS供應商。之前被鳳凰科技超過。
- Insyde Software,台灣系微公司。
- Byosoft,新興廠商,中國大陸的百敖軟體公司。
取代
英特尔於2000年開發出可扩展固件接口(Extensible Firmware Interface),隨後,由业界多家著名公司共同成立统一可扩展固件接口论坛(UEFI Forum),EFI被更名為UEFI,且由UEFI論壇制定新的UEFI規範。
現UEFI正在取代傳統BIOS,且Intel已經於2020年棄用傳統BIOS介面,屆時Intel產品不再支援基於16位真實模式的UEFI CSM(UEFI相容性支援模組)[8]。
參見
- 可延伸韌體介面(UEFI)
- 韌體
- 系微公司
- American Megatrends
- SMBIOS(英语:SMBIOS)
- Option ROM(英语:Option ROM)
- ACPI
- Aptio
- VESA BIOS Extensions
- El Torito
外部連結
- Basic Input Output System(页面存档备份,存于互联网档案馆)
- OpenBIOS(页面存档备份,存于互联网档案馆)
- SPI Flash Solutions for BIOS updates
- ^ From bootloader to kernel · Linux Inside. 0xax.gitbooks.io. [2020-09-18]. (原始内容存档于2020-08-06).
- ^ KB4100347: Intel microcode updates. support.microsoft.com. [2020-09-20]. (原始内容存档于2020-09-08).
- ^ Microcode - Debian Wiki. wiki.debian.org. [2020-09-19]. (原始内容存档于2020-06-20).
- ^ ME - flashrom. www.flashrom.org. [2020-09-19]. (原始内容存档于2019-08-05).
- ^ What is ACPI (Advanced Configuration and Power Interface)? - Definition from WhatIs.com. SearchWindowsServer. [2020-09-18]. (原始内容存档于2019-05-15) (英语).
- ^ Changing hardware abstraction layer in Windows 2000 / XP – Smallvoid.com. [2020-09-18]. (原始内容存档于2020-02-11) (美国英语).
- ^ What is ACPI?. www.spo-comm.de. [2020-09-18].
- ^ 存档副本 (PDF). [2019-03-17]. (原始内容存档 (PDF)于2019-02-01).