Что такое BIOS и зачем он нужен?

Question 1

ПК управляются сложными программами, называемыми операционными системами (ОС). Они размещаются в оперативной памяти, котораяизменчивый,то есть, он теряет свое содержимое при выключении питания.

Возникает вопрос: как будет запускаться компьютер при включении питания, если оперативная память будет пуста?

BIOS — это то, что делает это возможным. Это очень маленькая программа, размещенная в постоянном запоминающем устройстве (=ПЗУ), которое является энергонезависимым,то есть, он не исчезает при выключении питания. Он автоматически загружается в ПК из ПЗУ специальной схемой, так что ПК может начать процесс загрузки.

Поскольку объем ПЗУ невелик, это небольшая программа, которая может выполнять ограниченное количество действий, в основном три:

Выполняет самотестирование;
проверяет правильность работы периферийных устройств (диска, видео, клавиатуры и т. д.) и инициализирует их;
определяет список мест, где может находиться более продвинутая стадия инициализации (ваш жесткий диск, диск CD-ROM, USB-накопитель, сеть), и пытается передать управление этой новой стадии. Если это удается, процесс запуска продолжается, в противном случае он останавливается с какими-то труднопостижимыми сообщениями об ошибках.

Я был неопределен по поводу второго этапа: в основном, новый этап находится в специальном месте жесткого диска или CD-ROM, или USB-флешки, называемом Master Boot Record (MBR). Этокрошечный(446 байт) раздел диска, например, который сообщает ПК, как диск разделен (разделенный — технический термин) на слайсы, и на каком из этих слайсов можно найти следующий этап процесса включения питания. Этот последний этап является финальным этапом, который будет отвечать за загрузку настоящей операционной системы (Windows, Mac Os, Linux, Unix,...) в оперативную память ПК. И с этого момента все идет как обычно.

Answer

ПК управляются сложными программами, называемыми операционными системами (ОС). Они размещаются в оперативной памяти, котораяизменчивый,то есть, он теряет свое содержимое при выключении питания.

Возникает вопрос: как будет запускаться компьютер при включении питания, если оперативная память будет пуста?

BIOS — это то, что делает это возможным. Это очень маленькая программа, размещенная в постоянном запоминающем устройстве (=ПЗУ), которое является энергонезависимым,то есть, он не исчезает при выключении питания. Он автоматически загружается в ПК из ПЗУ специальной схемой, так что ПК может начать процесс загрузки.

Поскольку объем ПЗУ невелик, это небольшая программа, которая может выполнять ограниченное количество действий, в основном три:

Выполняет самотестирование;
проверяет правильность работы периферийных устройств (диска, видео, клавиатуры и т. д.) и инициализирует их;
определяет список мест, где может находиться более продвинутая стадия инициализации (ваш жесткий диск, диск CD-ROM, USB-накопитель, сеть), и пытается передать управление этой новой стадии. Если это удается, процесс запуска продолжается, в противном случае он останавливается с какими-то труднопостижимыми сообщениями об ошибках.

Я был неопределен по поводу второго этапа: в основном, новый этап находится в специальном месте жесткого диска или CD-ROM, или USB-флешки, называемом Master Boot Record (MBR). Этокрошечный(446 байт) раздел диска, например, который сообщает ПК, как диск разделен (разделенный — технический термин) на слайсы, и на каком из этих слайсов можно найти следующий этап процесса включения питания. Этот последний этап является финальным этапом, который будет отвечать за загрузку настоящей операционной системы (Windows, Mac Os, Linux, Unix,...) в оперативную память ПК. И с этого момента все идет как обычно.

Question 2

Хороший вопрос.

Когда я устроился на свою первую работу программистом в 1978 году, у нас был мини-компьютер размером с комнату.HP2100. Когда он выходил из строя, нам нужно было аккуратно установить 16 переключателей на передней панели, затем переключить переключатель, чтобы загрузить это слово памяти, и повторить это около 20 раз. Если вы допустили даже самую маленькую ошибку, вам пришлось бы начинать заново.

То, что нужно было запрограммировать вручную, было чрезвычайно простой программой, называемойзагрузчикПосле загрузки мы нажимали кнопку запуска, чтобы выполнить этот код, и программа запускала устройство считывания перфоленты и считывала данные с длинной перфоленты, проделывая отверстия в ней, в память.

На этой бумажной ленте была еще одна более сложная программа, которая была простойBIOS или базовая система ввода-вывода. Эта программа знала, как получить доступ к жестким дискам, например, она знала, как перемещать головку чтения и записи вперед и назад, и как захватить сектор данных, содержащий другую программу, большую, операционную систему. И если что-то шло не так, у нее был очень простой инструмент командной строки, чтобы опрашивать то, что было в памяти, и вручную редактировать это.

Итак, это трехэтапный процесс, и он не менялся за все эти годы.

Во времена первых ПК BIOS на микрокомпьютерах немного отличался от современного.

Когда вы вводите команду в командной строке, например dir, чтобы вывести список файлов на диске, операционная система вычисляет, где искать, основываясь на файловой системе, но затем просит BIOS фактически выполнить работу по перемещению оборудования и вращению диска для получения определенного блока данных. Аналогично BIOS предоставляет низкоуровневый интерфейс для последовательных портов, используемых для отображения информации на экране и получения нажатий клавиш, а также для отправки данных на принтер и т. д. Таким образом, DOS (Disk Operating System) будет иметь дело с командной строкой, но как только будет выяснено, что символ необходимо отправить на экран, эта работа будет передана BIOS, который знает, как управлять последовательной схемой ввода-вывода.

Итак, BIOS был уровнем абстракции, который позволял запускатьСРМиMSDosна различном оборудовании, например, на жестких дисках и гибких дисках разного размера и типа.

Сегодня BIOS похож, но после загрузки операционной системы большинство операционных систем заменяют драйверы оборудования BIOS на драйверы, более тесно интегрированные в операционную систему. Это делается для повышения производительности, т. е. для более быстрого выполнения тех же действий.

ИБМопубликовал исходный код BIOS для IBM PC, чтобы инженеры могли изучать и модифицировать его. Однажды зимой я также разобрал MSDos, всю эту чертову операционную систему, на что сегодня не дают лицензии, чтобы посмотреть, как она работает. Потребовалось несколько месяцев и несколько умных базовых программ, чтобы разобрать ее, и много чесания в голове, чтобы попытаться понять, что делает код, но в конце концов это дало мне твердое понимание того, что именно делает операционная система и как она это делает. Это не магия. Это просто набор тщательно написанных функций для получения команд высокого уровня и преобразования их в действия оборудования. И BIOS ничем не отличается. У него есть куча вещей, которые вы можете попросить его сделать, и способы его настройки для различного оборудования.

Я подумал, что немного истории о том, откуда все это взялось, может помочь вам лучше понять эту современную магию. Сегодня этот код является собственностью, поэтому большинство инженеров никогда не узнают, как он работает.

Answer