计算机基础之BIOS

术语BIOS（基本输入/输出系统）最初是由Gary Kildall [3]  发明，第一次出现是在1975年的CP/M操作系统中。 描述CP / M的机器特定部分启动时，接口直接加载的硬件。 （一个CP/M机器的ROM中通常只有一个简单的引导加载程序）。

多种版本的MS-DOS，PC-DOS或DR-DOS含有一个被称为"IO.SYS”，“IBMBIO.COM”，“IBMBIO.SYS”或“ DRBIOS.SYS”等名字的文件；这个文件就是所谓的“DOSBIOS”（也称为“DOS I / O系统”），它包含操作系统中的较低级别的硬件指定的部分。它与底层硬件特有的，但独立于操作系统的固化在ROM的“系统BIOS”，共同它代表了“CP/M BIOS”。

通过引入PS / 2的机器，IBM将系统BIOS分为真实模式和保护模式部分。真实模式部分是为了提供与现

有的操作系统，如DOS的向后兼容性，因此被命名为“CBIOS”（用于兼容性BIOS），

而“ABIOS”（高级BIOS）则提供适合多任务处理的新的操作系统如OS/2的接口。

英特尔公司从2000年开始，发明了可扩展固件接口（Extensible Firmware Interface），用以规范BIOS的开发。而支持EFI规范的BIOS也被称为EFI BIOS。之后为了推广EFI，业界多家著名公司共同成立了统一可扩展固件接口论坛（UEFI Forum），英特尔公司将EFI 1.1规范贡献给业界，用以制订新的国际标准UEFI规范。目前UEFI规范的最新版本是2.3.1，英特尔公司曾经预测，2010年，全世界或有有60%以上的个人电脑使用支持UEFI规范的BIOS产品。

BIOS设置程序是储存在BIOS芯片中的，BIOS芯片是主板上一块长方形或正方形芯片，只有在开机时才可以进行设置。（一般在计算机启动时按F2或者Delete进入BIOS进行设置，一些特殊机型按F1、Esc、F12等进行设置）。BIOS设置程序主要对计算机的基本输入输出系统进行管理和设置，使系统运行在最好状态下，使用BIOS设置程序还可以排除系统故障或者诊断系统问题。有人认为既然BIOS是"程序"，那它就应该是属于软件，感觉就像自己常用的Word或Excel。但也有很多人不这么认为，因为它与一般的软件还是有一些区别，而且它与硬件的联系也是相当地紧密。形象地说，BIOS应该是连接软件程序与硬件设备的一座"桥梁"，负责解决硬件的即时要求。主板上的BIOS芯片或许是主板上唯一贴有标签的芯片，一般它是一块32针的双列直插式的集成电路，上面印有"BIOS"字样。

在微机（微型计算机Microcomputer System）的发展初期，BIOS都存放在ROM（Read Only Memory，只读存储器）中。ROM内部的资料是在ROM的制造工序中，在工厂里用特殊的方法被烧录进去的，其中的内容只能读不能改，一旦烧录进去，用户只能验证写入的资料是否正确，不能再作任何修改。如果发现资料有任何错误，则只有舍弃不用。

EPROM（Erasable Programmable ROM，可擦除可编程ROM）芯片可重复擦除和写入，解决了ROM芯片只能写入一次的弊端。EPROM芯片有一个很明显的特征，在其正面的陶瓷封装上，开有一个玻璃窗口，透过该窗口，可以看到其内部的集成电路，紫外线透过该孔照射内部芯片就可以擦除其内的数据，完成芯片擦除的操作要用到EPROM擦除器。EPROM内资料的写入要用专用的编程器，并且往芯片中写内容时必须要加一定的编程电压（VPP=12—24V，随不同的芯片型号而定）。EPROM的型号是以27开头的，如27C020(8*256K）是一片2M Bits容量的EPROM芯片。EPROM芯片在写入资料后，还要以不透光的贴纸或胶布把窗口封住，以免受到周围的紫外线照射而使资料受损。

由于EPROM操作的不便，586以后的主板上BIOS ROM芯片大部分都采用EEPROM（Electrically Erasable Programmable ROM，电可擦除可编程ROM）。 通过跳线开关和系统配带的驱动程序盘，可以对EEPROM进行重写，方便地实现BIOS升级。

BIOS芯片中主要存放：

●自诊断程序：通过读取CMOSRAM中的内容识别硬件配置，并对其进行自检和初始化；

● CMOS设置程序：引导过程中，用特殊热键启动，进行设置后，存入CMOS RAM中；

● 系统自举装载程序：在自检成功后将磁盘相对0道0扇区上的引导程序装入内存，让其运行以装入DOS系统；

● 主要I/O设备的驱动程序和中断服务：由于BIOS直接和系统硬件资源打交道，因此总是针对某一类型的硬件系统，而各种硬件系统又各有不同，所以存在各种不同种类的BIOS，随着硬件技术的发展，同一种BIOS也先后出现了不同的版本，新版本的BIOS比起老版本来说，功能更强。

从奔腾时代开始，现代的电脑主板都使用NORFlash来作为BIOS的存储芯片。除了容量比EEPROM更大外，主要是NORFlash具有写入功能  ，运行电脑通过软件的方式进行BIOS的更新，而无需额外的硬件支持（通常EEPROM的擦写需要不同的电压和条件），且写入速度快。

从功能上看，BIOS分为三个部分：

自检及初始化、程序服务处理、硬件中断处理

 

自检及初始化这部分负责启动电脑，具体有三个部分：

第一个部分是用于电脑刚接通电源时对硬件部分的检测，也叫做加电自检（Power On Self Test，简称POST），功能是检查电脑是否良好，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存储器，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。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。

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，当电脑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。

第三个部分是引导程序，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电脑的控制权转给引导记录，由引导记录把操作系统装入电脑，在电脑启动成功后，BIOS的这部分任务就完成了。

 

程序服务处理

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。

 

硬件中断处理

硬件中断处理则分别处理PC机硬件的需求，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。

 

程序服务处理和硬件中断处理两部分功能虽然是两个独立的内容，但在使用上密切相关。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。

另外需注意：BIOS设置不当会直接损坏计算机的硬件，甚至烧毁主板，建议不熟悉者慎重修改设置。用户可以通过设置BIOS来改变各种不同的设置，比如onboard显卡的内存大小。用户手上所有的操作系统都是由BIOS转交给引导扇区，再由引导扇区转到各分区激活相应的操作系统。

 

参考资料：https://baike.baidu.com/item/bios/91424?fr=aladdin