5.1 BIOS简介

 

熟悉计算机应用的人，或多或少会听说过BIOS这个名字，但真正了解的人却不多。因为在使用计算机的过程中，不知道BIOS仍然可以正常用计算机完成日程事务，直到计算机出现故障了，才会想到可能要用到BIOS的知识。在本章中，就为大家揭开BIOS的神秘面纱，学习BIOS在计算机中的重要作用，为以后对BIOS的各种操作打下坚实的基础。

本章主要内容

&        什么是BIOS

&        BIOS和CMOS的联系和区别

&        Standard CMOS Features（标准CMOS设置）

&        其他BIOS的设置

5.1  BIOS简介

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。接下来，就让我们了解一下BIOS到底是什么，以及它是由什么组成的，它的工作原理等内容。

5.1.1  什么是BIOS

BIOS（Basic Input Output System，基本输入/输出系统）是计算机中最基础而又最重要的程序。我们把这一段程序存放在一个不需要电源的记忆体（芯片）中，这就是平时所说的BIOS。它为计算机提供最低级的、最直接的硬件控制，计算机的原始操作都是依照固化在BIOS里的内容来完成的。准确地说，BIOS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。如PnP技术（Plug and Play——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。

主板BIOS在计算机系统中的位置如图5-1所示。

图5-1  BIOS工作示意图

BIOS通常是固化在只读存储器（ROM）中，所以又称为ROM.BIOS。计算机主板中ROM.BIOS芯片的位置如图5-2所示。

图5-2  主板上的ROM.BIOS芯片

在486以及以前的时代，BIOS总是默默地躲在操作系统的背后，不为人重视。直到计算机进入586时代之后，大量主板开始采用Flash ROM这一全新的芯片做系统BIOS，少数计算机DIY者在刷新BIOS的过程中第一次对它有了一个比较直观的认识。当出现CIH病毒后，其破坏硬件的能力，让所有计算机的使用者都对BIOS的功能和其重要性有了一个无法磨灭的认识。

5.1.2  BIOS的组成

BIOS是由Firmware（固件）和ROM（Read Only Memory，只读存储器）芯片组成的。Firmware是一个软件，但与普通的软件完全不同，它是固化在集成电路内部的程序代码，集成电路的功能就是由这些程序决定的。ROM是一种可在一次性写入Firmware（也就是“固化”过程）后，能够多次读取的集成电路块。由此可见，ROM是Firmware的载体，而我们通常所说的BIOS，是固化了系统主板Firmware的ROM芯片。

当按下POWER键接通电源后，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。系统自检的画面如图5-3所示，相信大家对这个界面都很熟悉，这就是BIOS功能的其中一部分，下面学习BIOS的基本功能。

图5-3  系统自检

5.1.3  BIOS的功能

计算机启动时依照BIOS的内容主要完成以下几个功能。

·    自检及初始化。开机后BIOS最先被启动，然后它会对计算机的硬件设备进行完全彻底地检验和测试。如果发现问题，分两种情况处理：严重故障停机，不给出任何提示或信号；非严重故障则给出屏幕提示或声音报警信号，等待用户处理。如果未发现问题，则将硬件设置为备用状态，然后启动操作系统，把对计算机的控制权交给用户。

·    程序服务。BIOS直接与计算机的I/O（Input/Output，输入/输出）设备打交道，通过特定的数据端口发出命令，传送或接收各种外部设备的数据，实现软件程序对硬件的直接操作。

·    设定中断。开机时，BIOS会告诉CPU各硬件设备的中断号，当用户发出使用某个设备的指令后，CPU就根据中断号使用相应的硬件完成工作，再根据中断号跳回原来的工作。

下面就逐个介绍各部分功能。

1．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。

2．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里接收数据，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。

图5-4  输入/输出设备

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。

 

5.1.4  BIOS与CMOS的联系和区别

CMOS的本意是互补金属氧化物半导体存储器，是一种大规模应用于集成电路芯片制造的原料。在计算机中它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（如IBM的PC/AT机型），使用很不方便。现在厂家将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。CMOS的设置界面如图5-5所示。

图5-5  CMOS设置界面

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，现在的主板上则是将CMOS与系统实时时钟和后备电池集成到一块芯片中。随着微机的发展、可设置参数的增多，现在的CMOS RAM一般都有128KB～256KB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。

有时我们需要主动清除CMOS中的信息，比如忘记了开机密码而无法启动系统。一般情况下，主板上有专门的跳线来解决这个问题，或者把主板电池取下，过一会再装上去。主板电池的位置如图5-6所示。有些主板的电池不容易取下，要参考主板说明书，找到正确的跳线，按指示的方法进行。一般的方法是先关闭电源，把CMOS跳线短接一会儿，然后还原，重新开机即可。

图5-6  主板上的电池

我们知道，BIOS是主板上的一块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（BIOS Setup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。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；CMOS RAM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，完整的说法应该是“通过BIOS设置程序对CMOS参数进行设置”。

5.1.5  现在的主流BIOS

目前市面上较流行的主板BIOS主要有Award BIOS、Phoenix BIOS两种类型。Award BIOS在目前台式机主板中使用最为广泛，其功能较为齐全，支持许多新硬件，目前市面上主流主板均采用了这种BIOS；AMI BIOS是AMI公司出品的BIOS系统软件，开发于20世纪80年代中期，早期的286、386大多采用AMI BIOS，它对各种软、硬件的适应性好，能保证系统性能的稳定，到90年代后，绿色节能计算机开始普及，AMI却没能及时推出新版本来适应市场，使得AMI BIOS逐渐消亡；Phoenix BIOS是Phoenix公司产品，Phoenix意为凤凰，有完美之物的含义，Phoenix BIOS 多用于高档的笔记本计算机上，其画面简洁，便于操作。

当打开计算机时，屏幕的左上方会显示这台计算机所用的Firmware的牌子。如图5-7所示的是使用Award的Firmware的开机画面。

图5-7  使用Award的Firmware的开机画面

5.1.6  形形色色的双BIOS技术

通常情况下，BIOS升级过程中掉电、BIOS升级文件错误、计算机病毒破坏或其他一些突发事件都会造成主板BIOS信息破坏甚至BIOS芯片损坏。而CIH病毒就是利用了BIOS芯片可以擦写这一特征，来破坏BIOS芯片里的BIOS程序，导致整个主板不能使用。

认识到BIOS是主板上脆弱的一环，众多主板厂商研发了许多BIOS防护技术，像华硕的BIOS写入保护技术、联想的“宇斯盾、无敌锁”技术、双BIOS技术等，其中，以BIOS备份的形式防止CIH以及类似病毒的侵袭，从根本上解决了因BIOS损坏而造成的计算机故障，如图5-8所示。

图5-8  技嘉公司的双BIOS主板

紧随其后，其他厂家也推出了种种形式各异的双BIOS技术，使双BIOS技术成为现在非常“时尚”的主板特性。具有代表性的双BIOS主要有：微星的SafeBIOS技术、博登的KeyBIOS技术和承启的Twin BIOS技术，以及在任何主板上都可以使用的德邦RD2000双BIOS组件。