浅谈BIOS.docx

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浅谈BIOS

浅谈BIOS

　　　　一、BIOS基本概念

BIOS（BasicInput／OutputSystem）——基本输入输出系统，通常是固化在只读存储器（ROM）中，所以又称为ROM－BIOS。

它直接对计算机系统中的输入输出设备进行设备级、硬件级的控制，是连接软件程序和硬件设备之间的枢纽。

ROM－BIOS是计算机系统中用来提供最低级、最直接的硬件控制的程序。

计算机技术发展到今天，出现了各种各样新技术，许多技术的软件部分是借助于BIOS来管理实现的。

如PnP技术（PlugandPlay—即插即用技术），就是在BIOS中加上PnP模块实现的。

又如热插拔技术，也是由系统BIOS将热插拔信息传送给BIOS中的配置管理程序，并由该程序进行重新配置（如：

中断、DMA通道等分配）。

事实上热插拔技术也属于PnP技术。

　　二、BIOS的工作原理

　　讲到BIOS的工作原理，我们先来介绍一下BIOS系统的两类载体：

EPROM和EEPROM的相关知识。

EPROM——可擦除可编程只读存储器，从外观上可以看见，在芯片的中央有一个透明的小窗口，紫外线光即是通过这个小窗口将芯片上保存的信息擦除掉的，因为在日光和荧光中都含有紫外线，因此，我们通常用一块不透明的标签将已保存了信息的EPROM芯片的紫外线窗口封住。

当然，写入EPROM芯片时，我们首先必须先用紫外线擦除器将EPROM中的信息清除掉，使它变为空的芯片后才能进行写操作，应该说明的是这里“空芯片”的“空”并非我们通常意义上的“空白”，而是此时芯片内部变为全“1”信息，因此，芯片的写入原理实际上是将指定位置上的“1”改为“0”。

到这里，有的朋友一定想问：

既然日光和荧光均含有紫外线，为什么我们不让EPROM芯片在这些光线下暴露一段时间来擦除呢？

要知道，完全擦除一块EPROM中的内容，在日光下至少要一周，在室内荧光下至少要三年了！

而且随着芯片容量的增大，时间也得相应拉长。

EEPROM是电可擦除可编程只读存储器。

在平常情况下，EEPROM与EPROM一样是只读的，需要写入时，在指定的引脚加上一个高电压即可写入或擦除，而且其擦除的速度极快！

通常EEPROM芯片又分为串行EEPROM和并行EEPROM两种，串行EEPROM在读写时数据的输入／输出是通过2线、3线、4线或SPI总线等接口方式进行的，而并行EEPROM的数据输入／输出则是通过并行总线进行的。

另外还有一种EEPROM即是我们现在主板上常见到的FLASHROM——闪速存储器，其读写速度更快，更可靠，而且可以用单电压进行读写和编程，为便携式设备的在线操作提供了极大的便利，也因此广泛应用在计算机主板上。

　　通常，486以及486档次以下电脑的BIOS芯片基本上均是EPROM芯片，而586以及PⅡ、PⅢ档次的BIOS芯片基本上均是EEPROM。

另外我们也可以从BIOS芯片上的型号来识别：

像27C010、27C512等以“27”打头的芯片均是EPROM，而28C010、29C010、29C020、29C040等，均为EEPROM，其中28C010是128K×8，即1M比特并行EEPROM，29C010是128K×8（1M比特）、29C020是256K×8（2M比特）、29C040是512K×8（4M比特）的FLASHROM。

串行EEPROM在计算机主板上较少见，而提供这些芯片的厂家多为MX、WINBOND、ATMEL等厂家。

应注意的是：

不同厂家生产的芯片命名方式不同。

以上介绍的芯片是以ATMEL公司的产品为例。

　　下面我们以当前最常见的AT29C020为例，介绍一下BIOS的工作原理和程序的烧录过程。

　　AT29C020是ATMEL公司生产的256K×8的FLASHROM芯片，采用单5V供电，由于AT29C020的容量为256K×8，所以需要18根地址线来寻址，也即图中A0～A17，而其输出是8位并行输出，需要8位双向数据线，即图中D0～D7，另外图中还有几个用于控制芯片工作状态的引脚。

“”引脚是控制芯片写入的使能端，“”引脚是控制芯片输出数据的使能端，这两个引脚控制芯片在选中后的工作状态，“”引脚为芯片的片选端。

当处理器需要对该芯片进行读写操作时，首先必须选中该芯片，即在“”端送出低电平，然后，再根据是读指令还是写指令，而将相应的“”引脚或”引脚拉至低电平，同时处理器要通过A0～A17地址线送出待读取或写入芯片指定的存储单元的地址，AT29C020芯片就将该存储单元中的数据读出到数据线D0～D7上或者将数据线D0～D7上的数据写入到指定的存储单元中，从而就完成了一次读或写操作。

　　当上电后，计算机即从BIOS芯片中读取出指令代码进行系统硬件的自检（含BIOS程序完整性检验、RAM可读写性检验、进行CPU、DMA控制器等部件测试）。

对PnP设备进行检测和确认，然后依次从各个PnP部件上读出相应部件正常工作所需的系统资源数据等配置信息。

BIOS中的PnP模块试图建立不冲突的资源分配表，使得所有的部件都能正常地工作。

配置完成之后，系统要将所有的配置数据即ESCD——ExtendedSystemConfigData写入BIOS中，这就是为什么我们在开机时看到主机启动进入Windows前出现一系列检测：

配置内存、硬盘、光驱、声卡等，而后出现的“UPDATEESCD..SUCCESSED”等提示信息。

所有这些检测完成后，BIOS将系统控制权移交给系统的引导模块，由它完成操作系统的装入。

　　三、计算机主板中的BIOS技术

　　第一代BIOS技术通常见于586以及现在的大部分440LX、440BX、i810等芯片组的主板上，这些主板通常只有一块BIOS芯片，而且基本上均采用EEPROM芯片，因此在给予电脑爱好者提供便利的BIOS升级、提升主板性能、充分发挥主板潜力的大好机遇的同时，也给CIH之类的病毒造成了可乘之机。

病毒通过程序指令给BIOS芯片加上编程电压，然后向BIOS芯片写入一大堆乱码，从而达到破坏主机引导、瘫痪系统之目的。

1999年的4月26日，想必许多人至今还刻骨铭心。

于是厂家集思广益迅速推出了第二代双BIOS技术，以技嘉科技推出的DUALBIOS技术最早也最为出名，其原理是在计算机主板上安排了两个BIOS芯片，一块为MasterBIOS，另一块为SlaveBIOS。

两块BIOS中的内容完全一样，SlaveBIOS只是提供简单的备份功能，每次系统启动，SlaveBIOS就会主动检查MasterBIOS的完整性，若发现主BIOS内容有损坏，立即用备份BIOS重写主BIOS，一旦重写失败，则直接从备份BIOS启动。

微星公司的SAFEBIOS技术原理也一样，但其配备了一片容量为普通BIOS芯片容量两倍的4MBFlashROM作为BIOS芯片，平均划分为两个独立的区域，并且这两个区域的BIOS均可启动系统。

近来一些厂家又提出了更为先进实用的双BIOS技术，像承启科技提出TWINBIOS技术，其与DUALBIOS技术所不同的是，TWINBIOS技术中两块BIOS可以按完全不同配置进行配置，两块BIOS芯片地位完全对等，无主从之分，可以在开机时通过键盘按键选择从哪一块BIOS芯片上启动，这样大大地提高了另一片BIOS芯片的利用率，又能在一台电脑上实现按不同系统环境进行不同系统配置的要求。

如可实现中文Windows与英文／日文Windows共存等，而不需用SystemConmand等软件来实现复杂的多重启动来引导，从而使双BIOS技术从单一的系统安全保护作用跃升为兼备独立配置系统硬件设备的强大功能。

随着科技的发展，可以预见不久的将来BIOS芯片的容量将会越来越大，提供给我们设置和监视系统的功能也将越来越大，当然也会越来越方便。

BIOS工作原理

　　讲到BIOS的工作原理，我们先来介绍一下BIOS系统的两类载体：

EPROM和EEPROM的相关知识。

EPROM--可擦除可编程只读存储器，从外观上可以看见，在芯片的中央有一个透明的小窗口，紫外线光即是通过这个小窗口将芯片上保存的信息擦除掉的，因为在日光和荧光中都含有紫外线，因此，我们通常用一块不透明的标签将已保存了信息的EPROM芯片的紫外线窗口封住。

当然，写入EPROM芯片时，我们首先必须先用紫外线擦除器将EPROM中的信息清除掉，使它变为空的芯片后才能进行写操作，应该说明的是这里“空芯片”的“空”并非我们通常意义上的“空白”，而是此时芯片内部变为全“1”信息，因此，芯片的写入原理实际上是将指定位置上的“1”改为“0”。

到这里，有的朋友一定想问：

既然日光和荧光均含有紫外线，为什么我们不让EPROM芯片在这些光线下暴露一段时间来擦除呢？

要知道，完全擦除一块EPROM中的内容，在日光下至少要一周，在室内荧光下至少要三年了！

而且随着芯片容量的增大，时间也得相应拉长。

EEPROM是电可擦除可编程只读存储器。

在平常情况下，EEPROM与EPROM一样是只读的，需要写入时，在指定的引脚加上一个高电压即可写入或擦除，而且其擦除的速度极快！

通常EEPROM芯片又分为串行EEPROM和并行EEPROM两种，串行EEPROM在读写时数据的输入／输出是通过2线、3线、4线或SPI总线等接口方式进行的，而并行EEPROM的数据输入／输出则是通过并行总线进行的。

另外还有一种EEPROM即是我们现在主板上常见到的FLASHROM--闪速存储器，其读写速度更快，更可靠，而且可以用单电压进行读写和编程，为便携式设备的在线操作提供了极大的便利，也因此广泛应用在计算机主板上。

通常，486以及486档次以下电脑的BIOS芯片基本上均是EPROM芯片，而586以及PⅡ、PⅢ档次的BIOS芯片基本上均是EEPROM。

另外我们也可以从BIOS芯片上的型号来识别：

像27C010、27C512等以“27”打头的芯片均是EPROM，而28C010、29C010、29C020、29C040等，均为EEPROM，其中28C010是128K×8，即1M比特并行EEPROM，29C010是128K×8（1M比特）、29C020是256K×8（2M比特）、29C040是512K×8（4M比特）的FLASHROM。

串行EEPROM在计算机主板上较少见，而提供这些芯片的厂家多为MX、WINBOND、ATMEL等厂家。

应注意的是：

不同厂家生产的芯片命名方式不同。

以上介绍的芯片是以ATMEL公司的产品为例。

下面我们以当前最常见的AT29C020为例，介绍一下BIOS的工作原理和程序的烧录过程。

AT29C020是ATMEL公司生产的256K×8的FLASHROM芯片，采用单5V供电，由于AT29C020的容量为256K×8，所以需要18根地址线来寻址，也即图中A0～A17，而其输出是8位并行输出，需要8位双向数据线，即图中D0～D7，另外图中还有几个用于控制芯片工作状态的引脚。

“”引脚是控制芯片写入的使能端，“”引脚是控制芯片输出数据的使能端，这两个引脚控制芯片在选中后的工作状态，“”引脚为芯片的片选端。

当处理器需要对该芯片进行读写操作时，首先必须选中该芯片，即在“”端送出低电平，然后，再根据是读指令还是写指令，而将相应的“”引脚或”引脚拉至低电平，同时处理器要通过A0～A17地址线送出待读取或写入芯片指定的存储单元的地址，AT29C020芯片就将该存储单元中的数据读出到数据线D0～D7上或者将数据线D0～D7上的数据写入到指定的存储单元中，从而就完成了一次读或写操作。

当上电后，计算机即从BIOS芯片中读取出指令代码进行系统硬件的自检（含BIOS程序完整性检验、RAM可读写性检验、进行CPU、DMA控制器等部件测试）。

对PnP设备进行检测和确认，然后依次从各个PnP部件上读出相应部件正常工作所需的系统资源数据等配置信息。

BIOS中的PnP模块试图建立不冲突的资源分配表，使得所有的部件都能正常地工作。

配置完成之后，系统要将所有的配置数据即ESCD--ExtendedSystemConfigData写入BIOS中，这就是为什么我们在开机时看到主机启动进入Windows前出现一系列检测：

配置内存、硬盘、光驱、声卡等，而后出现的“UPDATEESCD..SUCCESSED”等提示信息。

所有这些检测完成后，BIOS将系统控制权移交给系统的引导模块，由它完成操作系统的装入。

CMOS工作原理

什么是CMOS-IC？

金属-氧化物-半导体（Metal-Oxide-Semiconductor）结构的晶体管简称MOS晶体管，有P型MOS管和N型MOS管之分。

由MOS管构成的集成电路称为MOS集成电路，而由PMOS管和NMOS管共同构成的互补型MOS集成电路即为CMOS-IC（ComplementaryMOSIntegratedCircuit）。

CMOS集成电路的性能特点

微功耗—CMOS电路的单门静态功耗在毫微瓦（nw）数量级。

高噪声容限—CMOS电路的噪声容限一般在40%电源电压以上。

宽工作电压范围—CMOS电路的电源电压一般为1.5~18伏。

高逻辑摆幅—CMOS电路输出高、低电平的幅度达到全电?

吹缪梗绰呒?

/font>1”为VDD，逻辑“0”为VSS。

高输入阻抗--CMOS电路的输入阻抗大于108Ω,一般可达1010Ω。

高扇出能力--CMOS电路的扇出能力大于50。

低输入电容--CMOS电路的输入电容一般不大于5PF。

宽工作温度范围—陶瓷封装的CMOS电路工作温度范围为

-550C~1250C；塑封的CMOS电路为–400C~850C。

输入/输出信号规则

所有的CMOS电路的输入端不能浮置，最好使用一个上拉或下拉电阻，以保护器件不受损害。

在某些应用场合，输入端要串入电阻，以限制流过保护二极管的电流不大于10mA。

输入脉冲信号的上升和下降时间必须小于15us,否则必须经施密特电路整形后方可输入CMOS开关电路。

避免CMOS电路直接驱动双极型晶体管，否则可能导致CMOS电路的功耗超过规范值。

CMOS缓冲器或大电流驱动器由于其本身的低输出阻抗，必须注意这些电路采用大负载电容（≥500PF）时等效于输出短路的情况。

CMOS电路的输出不能并接成线逻辑状态。

因为导通的PMOS管和导通的NMOS管的低输出阻抗会将电源短路。

主要封装形式

双列直插

扁平封装

BIOS与CMOS区别

　　　在日常操作和维护计算机的过程中，常常可以听到有关BIOS设置和CMOS设置的一些说法，许多同学对BIOS和CMOS经常混为一谈。

为此想通过本文来阐述对BIOS设置和CMOS设置在基本概念上的区分与联系。

　　BIOS是什么?

　　所谓BIOS，实际上就是微机的基本输入输出系统（BasicInput－OutputSystem），其内容集成在微机主板上的一个ROM芯片上，主要保存着有关微机系统最重要的基本输入输出程序，系统信息设置、开机上电自检程序和系统启动自举程序等。

BIOS的功用

　　BIOSROM芯片不但可以在主板上看到，而且BIOS管理功能如何在很大程度上决定了主板性能是否优越。

BIOS管理功能主要包括：

　　1．BIOS中断服务程序

　　BIOS中断服务程序实质上是微机系统中软件与硬件之间的一个可编程接口，主要用来在程序软件与微机硬件之间实现衔接。

例如，DOS和Windows操作系统中对软盘、硬盘、光驱、键盘、显示器等外围设备的管理，都是直接建立在BIOS系统中断服务程序的基础上，而且操作人员也可以通过访问INT5、INT13等中断点而直接调用BIOS中断服务程序。

　　2．BIOS系统设置程序

　　微机部件配置记录是放在一块可读写的CMOSRAM芯片中的，主要保存着系统基本情况、CPU特性、软硬盘驱动器、显示器、键盘等部件的信息。

在BIOSROM芯片中装有"系统设置程序"，主要用来设置CMOSRAM中的各项参数。

这个程序在开机时按下某个特定键即可进入设置状态，并提供了良好的界面供操作人员使用。

事实上，这个设置CMOS参数的过程，习惯上也称为"BIOS设置"。

一旦CMOSRAM芯片中关于微机的配置信息不正确时，轻者会使得系统整体运行性能降低、软硬盘驱动器等部件不能识别，严重时就会由此引发一系统的软硬件故障。

　　3．POST上电自检

　　微机按通电源后，系统首先由POST（PowerOnSelfTest,上电自检）程序来对内部各个设备进行检查。

通常完整的POST自检将包括对CPU、640K基本内存、1M以上的扩展内存、ROM、主板、CMOS存贮器、串并口、显示卡、软硬盘子系统及键盘进行测试，一旦在自检中发现问题，系统将给出提示信息或鸣笛警告。

　　4．BIOS系统启动自举程序

　　系统在完成POST自检后，ROMBIOS就首先按照系统CMOS设置中保存的启动顺序搜寻软硬盘驱动器及CD-ROM、网络服务器等有效地启动驱动器，读入操作系统引导记录，然后将系统控制权交给引导记录，并由引导记录来完成系统的顺利启动。

　　CMOS是什么?

　　CMOS（本意是指互补金属氧化物半导体存储嚣，是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，主要用来保存当前系统的硬件配置和操作人员对某些参数的设定。

CMOSRAM芯片由系统通过一块后备电池供电，因此无论是在关机状态中，还是遇到系统掉电情况，CMOS信息都不会丢失。

　　由于CMOSRAM芯片本身只是一块存储器，只具有保存数据的功能，所以对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，在开机时通过按下某个特定键就可进入CMOS设置程序而非常方便地对系统进行设置，因此这种CMOS设置又通常被叫做BIOS设置。

BIOS设置和CMOS设置的区别与联系

　　BIOS是主板上的一块EPROM或EEPROM芯片，里面装有系统的重要信息和设置系统参数的设置程序（BIOSSetup程序）；CMOS是主板上的一块可读写的RAM芯片，里面装的是关于系统配置的具体参数，其内容可通过设置程序进行读写。

CMOSRAM芯片靠后备电池供电，即使系统掉电后信息也不会丢失。

BIOS与CMOS既相关又不同：

BIOS中的系统设置程序是完成CMOS参数设置的手段；CMOSRAM既是BIOS设定系统参数的存放场所，又是BIOS设定系统参数的结果。

因此，完整的说法应该?

quot;通过BIOS设置程序对CMOS参数进行设置"。

由于BIOS和CMOS都跟系统设置密初相关，所以在实际使用过程中造成了BIOS设置和CMOS设置的说法，其实指的都是同一回事，但BIOS与CMOS却是两个完全不同的概念，千万不可搞混淆。

　　何时要对BIOS或CMOS进行设置？

　　众所周知，进行BIOS或CMOS设置是由操作人员根据微机实际情况而人工完成的一项十分重要的系统初始化工作。

在以下情况下，必须进行BIOS或CMOS进行设置：

　　1、新购微机

　　即使带PnP功能的系统也只能识别一部分微机外围设备，而对软硬盘参数、当前日期、时钟等基本资料等必须由操作人员进行设置，因此新购买的微机必须通过进行CMOS参数设置来告诉低痴鑫⒒幕九渲们榭觥?

　　2．新增设备

　　由于系统不一定能认识新增的设备，所以必须通过CMOS设置来告诉它。

另外，一旦新增设备与原有设备之间发生了IRQ、DMA冲突，也往往需要通过BIOS设置来进行排除。

　　3．CMOS数据意外丢失

　　在系统后备电池失效、病毒破坏了CMOS数据程序、意外清除了CMOS参数等情况下，常常会造成CMOS数据意外丢失。

此时只能重新进入BIOS设置程序完成新的CMOS参数设置。

　　4．系统优化

　　对于内存读写等待时间、硬盘数据传输模式、内／外Cache的使用、节能保护、电源管理、开机启动顺序等参数，BIOS中预定的设置对系统而言并不一定就是最优的，此时往往需要经过多次试验才能找到系统优化的最佳组合。

什么是BIOS设置

　　我们所使用的计算机都是由一些硬件设备组成的，而这些硬件设备会由于用户的不同需要而在品牌、类型、性能上有很大差异。

例如，对于硬盘，就可能存在容量大小和接口类型等方面的不同，而不同的硬件配置所对应的参数也不同，因此，我们在使用计算机之前，一定要确定它的硬件配置和参数，并将它们记录下来，存入计算机，以便计算机启动时能够读取这些设置，保证系统正常运行。

　　通常情况下，我们通过设置程序对硬件系统设置参数。

由于ROM（只读存储器）具有只能读取、不能修改且掉电后仍能保证数据不会丢失的特点，因此这些设置程序一般都放在ROM中，我们常常称其为BIOS设置。

此外，运行设置程序后的设置参数都放在主板的CMOSRAM芯片中，这是由于随着系统部件的更新，所设置的参数可能需要修改，而RAM的特点是可读取、可写入，加上CMOS有电池供电，因此能长久地保持参数不会丢失，但电池如果使用时间较长，电力不足，也可能会产生掉电现象，系统设置参数会丢失，这时只需要更换一只新电池并重新进行设置就可以了，从上面我们也可以看出，BIOS设置和CMOS设置是不完全相同的，二者不能混淆。

　　一、BIOS设置程序的基本功能

　　BIOS的设置程序目前有各种流行的版本，由于每种设置都是针对某一类或几类硬件系统，因此会有一些不同，但对于主要的设置选项来说，大都相同，一般分为下面几项：

　　＊基本参数设置

　　包括系统时钟、显示器类型、启动时对自检错误处理的方式。

　　＊磁盘驱动器设置

　　包括自动检测IDE接口、启动顺序、软盘硬盘的型号等。

　　＊键盘设置

　　包括上电是否检测硬盘、键盘类型、键盘参数等。

　　＊存储器设置

　　包括存储器容量、读写时序、奇偶校验、ECC校验、1M以上内存测试及音响等。

　　＊Cache设置

　　包括内/外Cache、Cache地址／尺寸、BIOS显示卡Cache设置等。

　　＊ROMSHADOW设置

　　包括ROMBIOSSHADOW、VIDEOSHADOW、各种适配卡SHADOW

　　＊安全设置

　　包括硬盘分区表保护、开机口令、Setup口令等。

　　＊总线周期参数设置

　　包括AT总线时钟（ATBUSClock）、AT周期等待状态（ATCycleWaitState）、内存读写定时、Cache读写等待、Cache读写定时、DRAM刷新周期、刷新方式等。

　　＊电源管理设置

　　是关于系统的绿色环保节能设置，包括进入节能状态的等待延时时间、唤醒功能、IDE设备断电方式、显示器断电方式等。

　　＊PCI局部总线参数设置

　　关于即插即用的功能设置，PCI插槽IRQ中断请求号、PCIIDE接口IRQ中断请求号、CPU向PCI写入缓冲、总线字节合并、PCIIDE触发方式、PCI突发写入、CPU与PCI时钟比等。

　　＊板上集成接口设置

　　包括板上FDC软驱接口、串并口、IDE接口的允许／禁止状态、串并口、I／O地址、IRQ及DMA设置、USB接口、IrDA接口等。

　　＊其它参数设置

　　包括快速上电自检、A20地址线选择、上电自检故障提示、系统引导速度等。

　　二、BIOS设置程序的进入方法

　　进入BIOS设置程序通常有三种方法

　　1.开机启动时按热键

　　在开机时按下特定的热键可以进入BIOS设置程序，不同类型的机器进入BIOS设置程序的按键不同，有的在屏幕上给出提示，有的不给出提示，几种常见的BIOS设置程序的进入方式如下：