BIOS简介

本文内容：

零、什么是BIOS

  计算机用户在使用计算机的过程中，都会接触到BIOS，它在计算机系统中起着非常重要的作用。
  BIOS，Basic Input/output system，即基本输入/输出系统，完整地说应该是 ROM－BIOS，是只读存储器基本输入／输出系统的简写。 实际上它是被固化在计算机ROM（只读存储器）芯片上的一组程序， 为计算机提供最低级的、最直接的硬件控制与支持。更形象地说，BIOS就是硬件与软件程序之间的一个"桥梁"或者说是接口(虽然它本身也只是一个程序) ，负责解决硬件的即时需求，并按软件对硬件的操作要求具体执行。BIOS中断调用即BIOS中断服务程序。它是微机系统软、硬件之间的一个可编程接口，用于程序软件功能与微机硬件实现的衍接。DOS/Windows操作系统对软、硬盘、光驱与键盘、显示器等外围设备的管理即建立在系统BIOS的基础上。程序员也可以通过对INT 5、INT 13等中断的访问直接调用BIOS中断例程。
  BIOS的操作就是在控制，初始化，检测各种底层的设备，比如时钟，GDTR寄存器。以及设置中断向量表。但是作为PC启动后运行的第一段程序，它最重要的功能是把操作系统从磁盘中导入内存，然后再把控制权转交给操作系统。所以BIOS在运行的最后会去检测可以从当前系统的哪个设备中找到操作系统，通常来说是我们的磁盘。也有可能是U盘等等。当BIOS确定了操作系统位于磁盘中，那么它就会把这个磁盘的第一个扇区，通常把它叫做启动区（boot sector）先加载到内存中，这个启动区中包括一个非常重要的程序 – boot loader，它会负责完成整个操作系统从磁盘导入内存的工作，以及一些其他的非常重要的配置工作；最后操作系统才会开始运行。
  可见PC启动后的运行顺序为 BIOS --> Boot Loader --> 操作系统内核

一、BIOS的功能

从功能上看，BIOS分为三个部分：

1. 自检及初始化程序；
2. 硬件中断处理；
3. 程序服务请求。

下面我们就逐个介绍一下各部分功能：

(一) 自检及初始化

这部分负责启动计算机，具体有三个部分:

• 第一个部分是用于计算机刚接通电源时对硬件部分的检测，也叫做加电自检(POST)，功能是检查计算机是否良好，例如内存有无故障等;
• 第二个部分是初始化，包括创建中断向量、设置寄存器、对一些外部设备进行初始化和检测等，其中很重要的一部分是BIOS设置，主要是对硬件设置的一些参数，当计算机启动时会读取这些参数，并和实际硬件设置进行比较，如果不符合，会影响系统的启动;
• 最后一个部分是引导程序，功能是引导DOS或其他操作系统。BIOS先从软盘或硬盘的开始扇区（硬盘的0柱面、0磁头、1扇区称为主引导扇区，也叫主引导记录MBR，该记录占用512个字节，它用于硬盘启动时将系统控制权转给用户指定的、在分区表中登记了某个操作系统分区）读取引导记录，如果没有找到，则会在显示器上显示没有引导设备，如果找到引导记录会把计算机的控制权转给引导记录，由引导记录把操作系统装入计算机，在计算机启动成功后，BIOS的这部分任务就完成了。

主引导扇区 MBR 的成员包括:

1. 主引导程序代码，占446字节
2. 磁盘签名
3. 硬盘分区表DPT，占64字节
4. 主引导扇区结束标志55AAH

硬盘的主引导程序代码是从偏移0000H开始到偏移01BDH结束的446字节；主引导程序代码包括一小段执行代码。启动PC 机时，系统首先对硬件设备进行测试，成功后进入自举程序INT 19H；然后读系统磁盘0柱面、0磁头、1扇区的主引导扇区MBR的内容到内存指定单元0：7C00 首地址开始的区域，并执行MBR程序段。

(二) 程序服务处理 和 硬件中断处理

这两部分是两个独立的内容，但在使用上密切相关。

• 程序服务处理程序主要是为应用程序和操作系统服务，这些服务主要与输入、输出设备有关，例如读磁盘、文件输出到打印机等。为了完成这些操作，BIOS必须直接与计算机的I／O设备打交道，它通过端口发出命令，向各种外部设备传送数据以及从它们那儿接收数据，使程序能够脱离具体的硬件操作，而硬件中断处理则分别处理PC机硬件的需求，因此这两部分分别为软件和硬件服务，组合到一起，使计算机系统正常运行。
• BIOS的服务功能是通过调用中断服务程序来实现的，这些服务分为很多组，每组有一个专门的中断。例如视频服务，中断号为10H；屏幕打印，中断号为05H；磁盘及串行口服务，中断14H等。每一组又根据具体功能细分为不同的服务号。应用程序需要使用哪些外设、进行什么操作只需要在程序中用相应的指令说明即可，无需直接控制。

二、工作流程

  BIOS系统设置程序微机部件配置情况是放在一块可读写的CMOS RAM芯片中的，它保存着系统CPU、软硬盘驱动器、显示器、键盘等部件的信息。关机后，系统通过一块后备电池向CMOS供电以保持其中的信息。如果CMOS中关于微机的配置信息不正确，会导致系统性能降低、零部件不能识别，并由此引发一系统的软硬件故障。
  在BIOS ROM芯片中装有一个程序称为"系统设置程序"，就是用来设置CMOS RAM中的参数的。这个程序一般在开机时按下一个或一组键即可进入，它提供了良好的界面供用户使用。这个设置 CMOS参数的过程，习惯上也称为"BIOS设置"。新购的微机或新增了部件的系统，都需进行BIOS设置。POST上电自检接通微机的电源，系统将执行一个自我检查的例行程序。这是BIOS功能的一部分，通常称为POST–上电自检(Power On Self Test)。（完整的POST自检包括对CPU、系统主板、基本的640KB内存、1MB以上的扩展内存、系统ROM BIOS的测试；CMOS中系统配置的校验；初始化视频控制器，测试视频内存、检验视频信号和同步信号，对CRT接口进行测试；对键盘、软驱、硬盘及CD－ROM子系统作检查；对并行口(打印机)和串行口(RS232)进行检查）。自检中如发现有错误，将按两种情况处理：对于严重故障(致命性故障)则停机，此时由于各种初始化操作还没完成，不能给出任何提示或信号； 对于非严重故障则给出提示或声音报警信号，等待用户处理。
  BIOS系统启动自举程序在完成POST自检后，ROM BIOS将按照系统CMOS设置中的启动顺序搜寻软硬盘驱动器及CDROM、网络服务器等有效的启动驱动器 ，读入操作系统引导记录，然后将系统控制权交给引导记录，由引导记录完成系统的启动。
  常见BIOS芯片的识别主板上的ROM BIOS芯片是主板上唯一贴有标签的芯片，一般为双排直插式封装(DIP)，上面印有"BIOS"字样。虽然有些BIOS 芯片没有明确印出"BIOS"，但凭借外贴的标签也能很容易地将它认出。586以前的BIOS多为可重写EPROM芯片，上面的标签起着保护BIOS内容的作用(紫外线照射会使EPROM内容丢失)，不能随便撕下。 586以后的ROM BIOS多采用Flash ROM(快闪可擦可编程只读存储器)，通过跳线开关和系统配带的驱动程序盘，可以对Flash ROM进行重写，方便地实现BIOS升级。 常见的BIOS芯片有AMI、Award、Phoenix等，在芯片上都能见到厂商的标记。

三、BIOS的种类

目前市场上主要的BIOS有AMI BIOS和Award BIOS：

(一) AMI BIOS

  AMI BIOS是AMI公司出品的BIOS系统软件，最早开发于80年代中期，为多数的286和386计算机系统所采用，因对各种软、硬件的适应性好、硬件工作可靠、系统性能较佳、操作直观方便的优点受到用户的欢迎。
  90年代，AMI又不断推出新版本的BIOS以适应技术的发展，但在绿色节能型系统开始普及时，AMI似乎显得有些滞后，Award BIOS的市场占有率借此机会大大提高，在这一时期，AMI研制并推出了具有窗口化功能的WIN BIOS，这种BIOS设置程序使用非常方便，而且主窗口的各种标记也比较直观，例如，一只小兔子表示优化的默认设置，而一只小乌龟则表示保守的设置，一个骷髅用来表示反病毒方面的设置，画笔和调色板则表示色彩的设置。
  AMI WinBIOS已经有多个版本，目前用得较多的有奔腾机主板的Win BIOS，具有即插即用、绿色节能、PCI总线管理等功能。

（二）Award BIOS

  Award BIOS是Award Software公司开发的BIOS产品，目前十分流行，许多586主板机都采用Award BIOS，功能比较齐全，对各种操作系统提供良好的支持。Award BIOS也有许多版本，现在用得最多的是4.X版

四、CMOS是什么？

  CMOS（原意是指互补金属氧化物半导体–一种大规模应用于集成电路芯片制造的原料）是微机主板上的一块可读写的RAM芯片，用来保存当前系统的硬件配置和用户对某些参数的设定。
  CMOS可由主板的电池供电，即使系统掉电，信息也不会丢失。 CMOS RAM本身只是一块存储器，只有数据保存功能，而对CMOS中各项参数的设定要通过专门的程序。早期的CMOS设置程序驻留在软盘上的(如IBM的PC/AT机型)，使用时很不方便。现在多数厂家将CMOS设置程序做到了BIOS芯片中，在开机时通过特定的按键就可进入CMOS设置程序，方便地对系统进行设置，因此CMOS设置又被叫做BIOS设置。
  早期的CMOS是一块单独的芯片MC146818A(DIP封装)，共有64个字节存放系统信息。386以后的微机一般将 MC146818A芯片集成到其它的IC芯片中(如82C206，PQFP封装)，最新的一些586主板上更是将CMOS与系统实时时钟和后备电池集成到一块叫做DALLDA DS1287的芯片中。随着微机的发展、可设置参数的增多，现在的CMOS RAM一般都有128字节及至256字节的容量。为保持兼容性，各BIOS厂商都将自己的BIOS中关于CMOS RAM的前64字节内容的设置统一与MC146818A的CMOS RAM格式一致，而在扩展出来的部分加入自己的特殊设置，所以不同厂家的BIOS芯片一般不能互换，即使是能互换的，互换后也要对CMOS信息重新设置以确保系统正常运行。