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BIOS內(nèi)部結(jié)構(gòu)
對于我們曰常使用的個(gè)人電腦來說，采用的BIOS并不是完全相同的，分別由Award、Phoenix和AMI這個(gè)三個(gè)廠商提供（注：Award已被Phoenix收購，其實(shí)是一家公司）。以目前主板的狀況而言，大多數(shù)都是采用Award BIOS或者基于Award BIOS 內(nèi)核改進(jìn)的產(chǎn)品（采用AMI BIOS的產(chǎn)品相對要少，Phoenix BIOS主要是筆記本電腦和不少國外品牌機(jī)采用）。本文介紹的一些BIOS知識(shí)和結(jié)構(gòu)，也只圍繞市場占有率最高的Phoenix-Award來展開。
拿常見的Award的2Mbit CMOS地址結(jié)構(gòu)來說，從FFFF到FFFC區(qū)域是用于儲(chǔ)存16Kbit容量的Boot Block（啟動(dòng)模塊）、接著是8Kbit的即插即用延伸系統(tǒng)配置數(shù)據(jù)ESCD區(qū)、4Kbit的處理器微代碼Micro code和4Kbit的DMI數(shù)據(jù)區(qū)。FFF8到FFF6是解壓縮引擎區(qū)，這里的指令可以釋放FFF6之后區(qū)域的大容量代碼和信息，比如廠商Logo、OEM數(shù)據(jù)等等。最后一部分是安放BIOS主程序的地方，通常這些程序也就是我們從網(wǎng)上下載的以bin為后綴名的BIOS升級文件。
BIOS主要功能
主板BIOS掌握著系統(tǒng)的啟動(dòng)、部件之間的兼容和程序管理等多項(xiàng)重任。只要按下電源開關(guān)啟動(dòng)主機(jī)后，BIOS就開始接管主板啟動(dòng)的所有自檢工作，系統(tǒng)首先由POST (Power On Self Test,上電自檢) 程序來對內(nèi)部各個(gè)設(shè)備進(jìn)行檢查（這個(gè)過程在下文中另作表述）。通常完整的POST自檢將包括對CPU、基本內(nèi)存、1MB以上的擴(kuò)展內(nèi)存、ROM、主板、CMOS存儲(chǔ)器、串并口、顯示卡、軟硬盤子系統(tǒng)及鍵盤進(jìn)行測試，一旦在自檢中發(fā)現(xiàn)問題，系統(tǒng)將給出提示信息或鳴笛警告。然后BIOS就按照系統(tǒng)CMOS設(shè)置中保存的啟動(dòng)順序搜尋軟驅(qū)、IDE設(shè)備和它們的啟動(dòng)順序，讀入操作系統(tǒng)引導(dǎo)記錄，最后將系統(tǒng)控制權(quán)交給引導(dǎo)記錄，并最終完全過渡到操作系統(tǒng)的工作狀態(tài)。
除了基本的啟動(dòng)功能外，BIOS還有硬件中斷處理、系統(tǒng)設(shè)計(jì)管理、程序請求等作用。操作系統(tǒng)對硬盤、光驅(qū)、鍵盤、顯示器等外圍設(shè)備的管理，都是直接建立在BIOS系統(tǒng)中斷服務(wù)程序的基礎(chǔ)上的，它是PC系統(tǒng)中的軟件與硬件之間的一個(gè)可編程接口。計(jì)算機(jī)開機(jī)的時(shí)候，BIOS會(huì)分配CPU等硬件設(shè)備一個(gè)中斷號(hào)。當(dāng)執(zhí)行了使用某個(gè)硬件的操作命令后，它就會(huì)根據(jù)中斷號(hào)使用相應(yīng)的硬件來完成命令的工作，最后根據(jù)其中斷號(hào)把它跳回原來的狀態(tài)。同樣，BIOS也可以通過特定的數(shù)據(jù)端口發(fā)送、接受指令，以實(shí)現(xiàn)軟件應(yīng)用程序?qū)τ布牟僮鳌?
BIOS的系統(tǒng)管理功能是大家最為熟悉的，即平時(shí)說的BIOS設(shè)置。BIOS程序會(huì)調(diào)用儲(chǔ)存在CMOS RAM部分的記錄，用戶可以通過顯示器看到系統(tǒng)基本情況，包括CPU頻率、IDE驅(qū)動(dòng)器、ACPI電源管理和密碼設(shè)置等信息。正如筆者在一開始說過的那樣，這部分信息是依靠電池單獨(dú)供電儲(chǔ)存在RAM中的，只要斷電一段時(shí)間或人為給CMOS接通高電平信號(hào)（跳線短接），任何修改過的設(shè)置都會(huì)不復(fù)存在。
BIOS如何工作
有了以上這些基本介紹，掌握PC樞紐的BIOS是如何工作的呢？鑒于這個(gè)過程的復(fù)雜，不妨讓我們將BIOS運(yùn)行中的幾個(gè)關(guān)鍵點(diǎn)羅列出來，稍做分析。這里需要事先聲明，以下介紹的有關(guān)BIOS運(yùn)行代碼統(tǒng)一成十六進(jìn)制，
簡單地說，BIOS啟動(dòng)會(huì)經(jīng)過好幾個(gè)檢測、命令、執(zhí)行的循環(huán)流程，當(dāng)然，在進(jìn)入BIOS控制之前，CPU還需要一個(gè)熱身的過程。拿P4系統(tǒng)為例，如果按照PC啟動(dòng)的流程來講解的話，這個(gè)先后秩序是這樣的：首先是主機(jī)電源開始供電，CPU接收到VR（電壓調(diào)節(jié)系統(tǒng)）發(fā)出的一個(gè)電壓信號(hào)，然后經(jīng)過一系列的邏輯單元確認(rèn)CPU運(yùn)行電壓之后，主板芯片接收到發(fā)出“啟動(dòng)”工作的指令，讓CPU復(fù)位。CPU“蘇醒”后的第一工作就是，讀取BIOS中的初始化指令。在對CPU（2次檢查）和內(nèi)存（640KB基本模塊）狀態(tài)做一系列校驗(yàn)之后，BIOS會(huì)完成電路片的初始準(zhǔn)備，停用視頻、奇偶性和DMA電路片，并且使CMOS計(jì)時(shí)器開始運(yùn)行。隨后，BIOS程序會(huì)逐步檢查CPU是否和默認(rèn)設(shè)定相同，DMA是否有故障，顯示通道測試等等，一旦出現(xiàn)故障，就會(huì)有蜂鳴器發(fā)出報(bào)警。不過，這些步驟都是在后臺(tái)后悄悄進(jìn)行的，我們是看不到屏幕上的任何信息。
在上面的流程圖中，很清楚地表明了引導(dǎo)模塊工作的幾個(gè)步驟。當(dāng)CPU被正式啟動(dòng)以后，POST（Power-On Self Test，加電后自檢）進(jìn)入內(nèi)存?zhèn)蓽y階段，一旦基本內(nèi)存檢測出錯(cuò)，系統(tǒng)死機(jī)并會(huì)長時(shí)間報(bào)錯(cuò)；如果一切順利，BIOS繼續(xù)往下POST，檢查CMOS內(nèi)的其他BIOS主程序、擴(kuò)展程序，直到完成這些工作，系統(tǒng)進(jìn)入常規(guī)流程，顯示器上才會(huì)顯示出時(shí)間曰期、BIOS版本型號(hào)、CPU頻率、內(nèi)存容量等基本信息。在BIOS引導(dǎo)IDE設(shè)備和I/O設(shè)備以后，接下來的過程便交給操作系統(tǒng)來繼續(xù)了。
BIOS在電腦啟動(dòng)過程中大體是這樣工作的，實(shí)際上遠(yuǎn)比我們介紹的要復(fù)雜得多。中間任何一個(gè)小的步驟出錯(cuò)都會(huì)導(dǎo)致系統(tǒng)無法啟動(dòng)，崩潰，而且BIOS設(shè)置不當(dāng)也會(huì)給系統(tǒng)造成隱患。有經(jīng)驗(yàn)的老鳥可以通過BIOS啟動(dòng)時(shí)候的聲音來判斷故障，而一般用戶可以通過查看Debug卡的檢錯(cuò)信號(hào)，了解POST停滯在哪個(gè)階段。還是拿Award BIOS來說，開機(jī)Debug卡顯示FF和C0表示CPU自檢沒有通過，應(yīng)該停電檢查處理器狀況；如果是C1、C3等數(shù)字顯示，很有可能是BIOS在檢測內(nèi)存時(shí)候發(fā)生問題了；系統(tǒng)自檢過了2D，并且伴隨清脆的“嘀”聲，說明系統(tǒng)已經(jīng)通過顯卡檢測，這個(gè)時(shí)候顯示屏上也開始出現(xiàn)畫面。知道了故障可能發(fā)生的部件，我們可以通過替換法來最終確定問題源頭，順利解決問題。
BIOS的保護(hù)
除了硬件設(shè)備的兼容問題之外，BIOS還有可能面臨病毒、錯(cuò)誤擦寫等外因的危害，BIOS如果不能工作，整臺(tái)電腦也就癱瘓了。
不少主板廠商都通過專門的設(shè)計(jì)來增加BIOS的可靠性。有的是做成Dual BIOS雙模塊的方式，一旦其中一塊出現(xiàn)故障，能夠通過跳線設(shè)置讓系統(tǒng)從另外一塊引導(dǎo)啟動(dòng)，再對損壞模組進(jìn)行修復(fù)。由于BIOS中Boot Block區(qū)是重要的數(shù)據(jù)塊，所以廠商將Boot Block塊設(shè)計(jì)成分塊式的BIOS結(jié)構(gòu)，在BIOS芯片中保留了一個(gè)區(qū)域，該區(qū)域中保存有BIOS系統(tǒng)中最重要的啟動(dòng)信息。最新的刷新程序的默認(rèn)值就是刷新時(shí)不更新BIOS的Boot Block塊，這樣的主板即使刷新失敗，也能很容易恢復(fù)。
遇到BIOS刷新失敗，也可以自己用熱插拔的辦法來替換受損芯片，前提是你能找到一片和原來BIOS容量一樣的芯片。有動(dòng)手能力的玩家還可以在BIOS芯片的管腳上動(dòng)腦筋，因?yàn)榻^大多數(shù)的CMOS芯片為32腳的DIP封裝，它們的針腳排列、功能基本上一致。芯片的寫操作一般是通過寫入允許腳的電平變化來控制的，只有12V或者5V的高電平被調(diào)成低電平以后，數(shù)據(jù)才能寫入到芯片中去。根據(jù)此原理，只要把這個(gè)管腳從電路中脫離出來，一直處于高電平，即處于“讀”狀態(tài)，那么不論是病毒還是誤操作，都不會(huì)對芯片內(nèi)的數(shù)據(jù)進(jìn)行改寫。不過，這個(gè)方法存在一定的危險(xiǎn)性，它不適用所有的BIOS芯片，而且容易失去主板的保修，一定要謹(jǐn)慎為之。
BIOS是英文Basic Input/Output System的縮寫，原意是“基本輸入/輸出系統(tǒng)”。而我們通常所說的BIOS，其實(shí)是指一個(gè)固化在ROM中的軟件，負(fù)責(zé)最低級的、最直接的硬件控制，以及計(jì)算機(jī)的原始操作；用來管理機(jī)器的啟動(dòng)和系統(tǒng)中重要硬件的控制和驅(qū)動(dòng)，并為高層軟件提供基層調(diào)用。
CMOS是英文“互補(bǔ)金屬氧化物半導(dǎo)化”的縮寫，不過我們常說的CMOS卻是指主板上一塊可讀寫的存儲(chǔ)芯片，也稱之為“CMOS RAM”。CMOS RAM是隨機(jī)存儲(chǔ)器，具有斷電后消除記憶的特點(diǎn)，人們就想到了使用外接電池保持其存儲(chǔ)內(nèi)容的方法。
一般來說，通過固化在ROM BIOS的軟件進(jìn)行BIOS參數(shù)的調(diào)整過程就稱之為BIOS設(shè)置，而通過BIOS設(shè)置中的“標(biāo)準(zhǔn)CMOS設(shè)置”調(diào)試CMOS參數(shù)的過程就稱為CMOS設(shè)置。我們平常所說的CMOS設(shè)置與BIOS設(shè)置只是其簡化說法，所以在一定程度上造成兩個(gè)概念的混淆。
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