Базова система введення-виведення BIOS

Базова систему введення – виведення – BIOS (Basic Input/Output System)- це програма, яка служить інтерфейсом між апаратним забезпеченням ЕОМ і операційною системою.

Пристрої сучасних комп’ютерів також містять свої BIOS, що, у свою чергу, служать інтерфейсом між BIOS комп’ютера і відповідним пристроєм.

Програма BIOS комп’ютера містить такі компоненти:

· програму початкового завантаження;

· тестову програму перевірки системи POST (Power On Self Test – самотестування під час умикання);

· програму конфігурації комп’ютера CMOS Setap;

· драйвери пристроїв;

Програма BIOS розміщується в модулі пам`яті ROM (Read Only Memory – пам'ять тільки для зчитування) на материнській платі. Ця пам'ять енергозбережна, тобто її вміст зберігається після вимикання комп’ютера. Дані про конфігурацію комп’ютера можна змінити, тому вони зберігаються в модулі пам`яті RAM (Random Access Memory – пам'ять з довільним доступом). У цій пам`яті зберігаються також поточні дата і час. Ця пам'ять реалізується на напівпровідниках, виконаних з використанням технології KMOH (CMOS). Оскільки ця пам'ять енергозалежна, тобто її вміст губиться при вимиканні електроживлення, до складу материнської плати входить акумуляторна батарея, що забезпечує автономним електроживленням пам'ять CMOS.

Для вмикання комп’ютера виконуються такі основні кроки:

1. Процесор шукає у BIOS програму запуску (її адреса задається в комірці з шістнадцятковою адресою FFFFO ROM BIOS) і запускає її.

2. Програма запуску викликає програму POST, що перевіряє наявність пристроїв, потрібних для нормального функціонування комп’ютера (оперативної пам`яті, відеосистеми, клавіатури, жорстких дисків), і виконує їх тестування. Якщо якого-небудь пристрою немає або він несправний, то за допомогою динаміки комп’ютера видається повідомлення про помилку – звуковий сигнал або сигнали. Кількість і тривалість звукових сигналів визначають причину помилки (ці параметри наводяться в документації материнської плати). У разі фатальної помилки виконання програми запуску припиняється.

3. Програма POST звертається до драйвера відеокарти у BIOS комп’ютера, що, у свою чергу, звертається до BIOS відеокарти. Якщо відеосистему знайдено, повідомлення програми POST видаються на дисплей.

4. Аналогічно програма POST звертається до BIOS інших пристроїв, а потім виконує тестування пам`яті і визначення підключених пристроїв, виводить відомості про пристрої на дисплей, після чого передає керування програмі запуску.

5. Програма запуску шукає в пам`яті CMOS пристрій, з якого буде завантажуватися операційна система (дискета, жорсткий диск чи CD-ROM), і передає керування програмі запуску конкретної операційної системи.

Під час виконання програми POST можна запустити програму CMOS Setup, натиснувши клавішу чи комбінацію клавіш. Зазвичай це клавіша «Delete (Del)», але можуть використовуватися й інші клавіші (їх описують в документації з материнської плати).

Програма CMOS Setup функціонує в повноекранному режимі під керуванням меню і дозволяє переглядати і (чи) змінювати поточну конфігурацію комп’ютера. Кожна модель BIOS використовує свою програму CMOS Setup, однак всі вони мають багато загального. Оскільки сучасні BIOS використовують технологію Plug&Play, у більшості випадків немає потреби переконфігуровувати систему для вмикання або вимикання пристроїв, оскільки за допомогою BIOS комп’ютера і BIOS пристроїв виконується автоматичне настроювання на оптимальні значення параметрів функціонування комп’ютера. Тому програма CMOS Setup зазвичай використовують для установлення материнської плати або інсталяції операційної системи (у цьому разі як завантажувальний пристрій указується CD-ROM). Майже всі параметри конфігурації (їх кілька десятків) мають значення за замовчуванням, тому змінювати їх можна лише у разі крайньої потреби.

Основні функції BIOS:

1. виконує початкове завантаження;

2. проводить тестування програми конфігурації комп’ютера;

3. підключення драйверів пристроїв ЕОМ;

Для забезпечення керування процесом обміну інформаційними даними і службовими сигналами існує контролер шини.

По інформаційній шині даних відбувається обмін даними між процесором, зовнішніми пристроями й оперативною пам’яттю.

Процес обміну даними можливий лише в тому разі, коли відомі відправник і одержувач цих даних. Кожний компонент комп’ютера, кожний регістр введення-виведення та комірка оперативної пам`яті мають свою адресу і входять у загальний адресний простір комп’ютера. Для адресації до якого-небудь пристрою комп’ютера використовується шина адреси, по якій передається унікальний ідентифікаційний код (адреса).

Для того щоб були записані (прочитані) у підключенні до шини регістри пристроїв, адреси яких зазначені на шині адреси, потрібні службові сигнали: записування-зчитування, готові до приймання-передавання даних, підтвердження приймання даних і т. інш. Усі ці сигнали передаються по шині керування.

На системній платі існують наступні шини:

· системна шина, чи шина процесора – для пересилання даних процесору й одержання даних від процесора;

· шина кеш-пам`яті – для обміну інформацією між процесором і кеш-пам`яттю;

· шина пам`яті – для обміну інформацією між оперативною пам`яттю і процесором;

· шини введення-виведення (локальні та стандартні шини).

1. Локальна шина уведення-виведення – це швидкісна шина, призначена для обміну інформацією між периферійними швидкодіючими пристроями (відео адаптерами, мережевими адапторами і т. інш.) і системною шиною.

2. Стандартна шина введення-виведення використовується для підключення до шин повільніших пристроїв («мишки», клавіатури, модемів і т. інш.).

Шини утворюють ієрархію, верхнім рівнем якої є системна шина.

Основні характеристики шин інформаційних даних:

- розрядність (окремо для шини даних і шини адреси);

- тактова частота;

- пропускна здатність;

- стандарт шинного інтерфейсу.

Чим вища розрядність шини даних, тим більше даних можна передавати за визначений проміжок часу і тим вища продуктивність комп`ютера. Якщо перші ІВМ – сумісні комп’ютери мали 8 – розрядну шину даних, то комп’ютери з процесорами сім`ї Pentium мають уже 64 – розрядну шину даних.

У перших ІВМ – сумісних комп`ютерах розрядність адресної шини дорівнювала 20, що дозволяло адресувати пам`ять ємністю до 1 Мбайт (220 байт). Для сучасних комп`ютерів використовується 32-розрядна адресна шина, за допомогою якої можна адресувати ємність пам`яті близько 4 Гбайт (для процесорів сім`ї Pentium), і 64-розрядна адресна шина, що дозволяє адресувати 1024 Тбайт пам`яті (для процесорів сім`ї Itanium).

Тактова частота шини і кількість переданих за один такт бітів визначають пропускну здатність, що дорівнює кількості бітів інформації, переданих по шині за секунду.

Щоб визначити пропускну здатність шини, потрібно помножити тактову частоту шини на її розрядність та кількість переданих за один такт бітів. Максимальна швидкість передавання даних перших ІМВ-сумісних комп`ютерів дорівнювала 7,9 Мбайт/с (8- розрядна шина ISA), а сучасних комп’ютерів – 2 Гбайт /с (шина AGP8X).

Стандарти шинного інтерфейсу. Функціонуванн яшин визначається алгоритмами – це певна послідовність команд або дій за якими передаються сигнали, правилами інтерпретації сигналів, а також технічними засобами, які використовуються в шинному інтерфейсі (мікросхеми, контролери, адаптери).Зазначені характеристики визначають стандарт шинного інтерфейсу. В міру збільшення розрядності шини і тактової частоти комп’ютера змінювалися і стандарти шинного інтерфейсу. В даний час використовують такі основні стандарти шинного інтерфейсу: шину ISA, шину PCI.

Шина ISA. Перший поширений стандарт шинного інтерфейсу – шину ISA (Indutry Standart Architecture – промисловий стандарт архітектури) розробила фірма ІВМ під час створення комп’ютера ІВМ РС АТ (1984 р.). Ця 16-бітова шина з тактовою частотою 8,33 МГц допускає установлення як 8-бітових, так і 16-бітових плат розширення (із пропускною здатністю відповідно 8,33 і 16,6 Мбайт/с).

Обмін даннями між високошвидкісними зовнішніми пристроями й оперативною пам’яттю виконується з участю процесора, що інколи може призводити до зниження продуктивності комп’ютера. У режимі прямого доступу, введеному для шини ISA, периферійний пристрій зв’язаний з оперативною пам’яттю використовують контролер прямого доступу до памяті- DMA (Direct Memory Access – прямий доступ до пам’яті). Найбільш ефективним такий режим обміну даними виявляється в ситуаціях, коли необхідна висока швидкість передавання великого обсягу інформації (наприклад, у разі завантаження даних у пам ’ять із жорсткого диска).

Контролер DMA, вбдований в одну з мікросхем в материнській платі. Пристрій, що потребує прямого доступу до пам’яті, по одному з вільних каналів DMA звертається до контролера, повідомляючи йому шлях (адресу), звідки або куди пересилати дані, початкову адресу блоку даних і їх обсяг. Ініціалізація обміну відбувається з участю процесора, але дані передаються власне вже під керуванням контролера DMA, а не процесора.

Сучасні материнські плати не мають шини ISA, вона збереглася лише в старих комп’ютерах.

Шина РСІ. Шину РСІ (Peripheral Component Interface – інтерфейс периферійних компонентів) розробила фірма Intel з участю ряду інших фірм у 1993 р. для нового високопродуктивного процесора Pentium. Останній стандарт РСІ – РСІ 2.2 визначає як 32-розрядну шину тактовою частотою 33 МГц і піковою здатністю 133 Мбайт/с, так і 64-розрядні шини з тактовими частотами 33 і 66 МГц і піковими пропускними здатностями відповідно 266 і 533 Мбайт/с.

Однак шини стандарту РСІ 2.2 не можуть забезпечити передавання великих обсягів даних сучасними комп’ютерами, тому фірми ІВМ, Hewlett-Packard і Compag розробили новий стандарт – РСІ-Х (символ Х означає eXtended – розширений) з тактовою частотою 133 МГц і піковою пропускною здатністю 1066 Мбайт/с. Цей стандарт забезпечує зворотну сумісність зі стандартом РСІ 2.2, тобто в комп’рі можна використовувати як карти РСІ 2.2, так і карти РСІ-Х.

Щоб прискорити передавання даних шиною РСІ, використовують пакетний режим (burst mode). У цьому режимі дані, розміщені за якою-небудь адресою, передаються не по одному, а відразу цілим набором.