什么是 BIOS

大約在二十一年（1981）前，當(dāng)時(shí)被信息界稱為藍(lán)色巨人的 IBM，在研究自 己的第一部個(gè)人計(jì)算機(jī)——IBM PC 時(shí)，他們的工程師將開機(jī)程序的前導(dǎo)程序代 碼，以及一些最基本的外圍 I/O 處理的子程序碼（如屏幕顯示、磁盤驅(qū)動(dòng)器驅(qū)動(dòng)、 搖桿控制等），通通擠入在一塊大約 32KB 大小的 PROM（Programmable ROM， 可編程只讀存儲(chǔ)器）中。這個(gè)程序代碼就叫做 BIOS（Basic Input/Output System）。 而把一些開機(jī)時(shí)的硬件啟動(dòng)/檢測碼（Initial Code），從軟盤或硬盤加載到操作系 統(tǒng)，以提高兼容性。 最早的 BIOS 是一些用來在開機(jī)時(shí)檢驗(yàn)硬件設(shè)備的程序和基本的 FO 啟動(dòng)代 碼。它為計(jì)算機(jī)提供最低級(jí)、最直接的硬件控制（中斷控制指令）。計(jì)算機(jī)的原始 操作都是遵循固化在 BIOS 里的內(nèi)容來完成的。后來又插入了各種各樣的模塊（如 PNP 即插即用模塊、電源管理模塊等），使得 BIOS 功能更加完善。 當(dāng)你的計(jì)算機(jī)從開機(jī)的一瞬間，硬件特性就由 CPU 從主板的 BIOS 芯片內(nèi)取 得程序代碼，用 BIOS 內(nèi)部的程序代碼獲得控制權(quán)并且發(fā)揮作用，從 CPU 內(nèi)外部 的檢測設(shè)置、激活 DRAM 以及針對(duì)芯片組與各種外圍設(shè)備作初始化設(shè)置之后，最 后驅(qū)動(dòng)軟盤或硬盤，直到把操作系統(tǒng)（如 DOS，Win98/NT，Linux）加載成功， BIOS 的開機(jī)引導(dǎo)工作就此告一段落，轉(zhuǎn)向從事幕后的支持、協(xié)調(diào)工作，并幫助 操作系統(tǒng)或應(yīng)用程序，來處理與外圍設(shè)備之間溝通的細(xì)節(jié)操作。 換言之，BIOS 是硬件與軟件程序之間溝通的媒介或“接口”，負(fù)責(zé)解決硬件 的即時(shí)需求，并按軟件對(duì)硬件的操作要求執(zhí)行命令。在使用計(jì)算機(jī)的過程中，用 戶經(jīng)常會(huì)遇到有關(guān) BIOS 的問題。合理地設(shè)置 BIOS 可以使操作系統(tǒng)順暢運(yùn)行，

大約在二十一年（1981）前，當(dāng)時(shí)被信息界稱為藍(lán)色巨人的 IBM，在研究自 己的第一部個(gè)人計(jì)算機(jī)——IBM PC 時(shí)，他們的工程師將開機(jī)程序的前導(dǎo)程序代 碼，以及一些最基本的外圍 I/O 處理的子程序碼（如屏幕顯示、磁盤驅(qū)動(dòng)器驅(qū)動(dòng)、 搖桿控制等），通通擠入在一塊大約 32KB 大小的 PROM（Programmable ROM， 可編程只讀存儲(chǔ)器）中。這個(gè)程序代碼就叫做 BIOS（Basic Input/Output System）。 而把一些開機(jī)時(shí)的硬件啟動(dòng)/檢測碼（Initial Code），從軟盤或硬盤加載到操作系 統(tǒng)，以提高兼容性。 最早的 BIOS 是一些用來在開機(jī)時(shí)檢驗(yàn)硬件設(shè)備的程序和基本的 FO 啟動(dòng)代 碼。它為計(jì)算機(jī)提供最低級(jí)、最直接的硬件控制（中斷控制指令）。計(jì)算機(jī)的原始 操作都是遵循固化在 BIOS 里的內(nèi)容來完成的。后來又插入了各種各樣的模塊（如 PNP 即插即用模塊、電源管理模塊等），使得 BIOS 功能更加完善。 當(dāng)你的計(jì)算機(jī)從開機(jī)的一瞬間，硬件特性就由 CPU 從主板的 BIOS 芯片內(nèi)取 得程序代碼，用 BIOS 內(nèi)部的程序代碼獲得控制權(quán)并且發(fā)揮作用，從 CPU 內(nèi)外部 的檢測設(shè)置、激活 DRAM 以及針對(duì)芯片組與各種外圍設(shè)備作初始化設(shè)置之后，最 后驅(qū)動(dòng)軟盤或硬盤，直到把操作系統(tǒng)（如 DOS，Win98/NT，Linux）加載成功， BIOS 的開機(jī)引導(dǎo)工作就此告一段落，轉(zhuǎn)向從事幕后的支持、協(xié)調(diào)工作，并幫助 操作系統(tǒng)或應(yīng)用程序，來處理與外圍設(shè)備之間溝通的細(xì)節(jié)操作。 換言之，BIOS 是硬件與軟件程序之間溝通的媒介或“接口”，負(fù)責(zé)解決硬件 的即時(shí)需求，并按軟件對(duì)硬件的操作要求執(zhí)行命令。在使用計(jì)算機(jī)的過程中，用 戶經(jīng)常會(huì)遇到有關(guān) BIOS 的問題。合理地設(shè)置 BIOS 可以使操作系統(tǒng)順暢運(yùn)行，使計(jì)算機(jī)硬件正常高效地運(yùn)作，甚至可以延長計(jì)算機(jī)的使用壽命。 在系統(tǒng)與外設(shè)不斷推陳出新的情況下，BIOS 中所提供的設(shè)定項(xiàng)目日趨復(fù)雜， 加上 BIOS 供應(yīng)商很多，設(shè)定的選項(xiàng)也不盡相同，常常使得用戶不知如何動(dòng)手設(shè) 置。而且它們的設(shè)置稍有差錯(cuò)，就會(huì)導(dǎo)致一系列莫名其妙的軟、硬件故障，計(jì)算 機(jī)不能正常工作。所以一提起 BIOS 的設(shè)置，許多用戶常常感到心有余而力不足， 使得大多數(shù)計(jì)算機(jī)低效地運(yùn)轉(zhuǎn)著。那么 BIOS 有那么神秘嗎?本書將一步步地揭開 BIOS 神秘的面紗。

如果要更清晰地定義什么是 BIOS，在一家 BIOS 開發(fā)廠商的技術(shù) PDF 文檔 中，對(duì)于 BIOS 他們是這樣說明的：A Firmware program（一種屬于 ROM 的程序 代碼），存儲(chǔ)在 ROM、EPROM 或 Flash ROM 內(nèi)存中，提供最基本的硬件初始化 （initialize）、外圍控制的必要程序代碼。通常是用匯編語言（Assembly Language） 編寫的。 主板上的 ROM BIOS 芯片是主板上惟一貼有標(biāo)簽的芯片。Pentium 系列以前 的主板上的 BIOS 一般為雙排直插式（DIP）封裝（圖 1.1.1-1），上面印有 BIOS 和生產(chǎn)廠家及版本序列號(hào)字樣。 雖然有些 BIOS 芯片沒有明確地印出 BIOS 字樣，但憑借外貼的標(biāo)簽也能很容 易識(shí)別出來。Pentium 系列以前的 BIOS 多 為 EPROM 芯片，一次性寫入，很難再修 改，芯片上面的標(biāo)簽起著保護(hù) BIOS 內(nèi)容 的作用（紫外線照射會(huì)使 EPROM 內(nèi)容丟 失），不能隨便撕下。BIOS 平時(shí)設(shè)置為只讀的狀態(tài)，除了特殊工具程序或特殊方 式之外，任何應(yīng)用程序都沒辦法對(duì)它進(jìn)行修改或刪除。以前的修改方式比較復(fù)雜， 如果是 Mask-ROM 或 PROM，幾乎得重新?lián)Q一塊空白的 ROM 芯片，然后重寫。 但到了 EPROM 時(shí)代，可以用紫外線照射其窗口一段時(shí)間，在重新擦除其內(nèi)部的 所有數(shù)據(jù)之后，再用EPROM重寫器將BIOS數(shù)據(jù)重寫到EPROM中。當(dāng)Windows95 流行之后，由于 Plug and Play（PnP）與 ACPI 以及 DMI 協(xié)議的需要，主板中需要有一個(gè)可以記錄外圍設(shè)備資源的異動(dòng)情況，卻又不會(huì)被其他程序所破壞的內(nèi)存 區(qū)域，而 Flash ROM 芯片借用了可擦寫編程只讀存儲(chǔ)器（EPROM），結(jié)構(gòu)簡單， 又吸收了電擦寫可編程只讀存儲(chǔ)器（EEPROM）電擦除的特點(diǎn)，不但具備隨機(jī)存 儲(chǔ)器（RAM）的高速性，而且還兼有只讀存儲(chǔ)器（ROM）的不能直接擦除的優(yōu) 勢。利用 Flash ROM 存儲(chǔ)主板的 BIOS 程序，可直接通過跳線開關(guān)和系統(tǒng)配帶的 軟件進(jìn)行改寫，因而給 BIOS 的升級(jí)帶來極大的方便。所以到后來 Pentium 系列 及以后的 ROM BIOS 幾乎都是 Flash ROM 的天下。

一般在設(shè)計(jì)計(jì)算機(jī)或外圍設(shè)備時(shí)，存儲(chǔ) BIOS 程序代碼所使用的只讀存儲(chǔ)器 （ROM）種類，大致可以分為下列幾種： ① PROM（Programmable ROM）可編程存儲(chǔ)器 PROM 出廠時(shí)其內(nèi)部的每一字節(jié)的數(shù)據(jù)都是$PF（也就是每個(gè)位都為 1），而 且從未被重寫過，可供客戶用重寫器以特殊電壓將數(shù)據(jù)寫入（把某個(gè)位寫入 0， 就相當(dāng)于把代表 1 的線路給燒斷）。但是也因?yàn)檫@種特性，PROM 只能寫入一次 數(shù)據(jù)，日后要再次修正數(shù)據(jù)時(shí)，必須重新購買一塊新的空白 PROM 來重寫。 ② Mask ROM 它是由客戶指定的數(shù)量較大的，由內(nèi)存生產(chǎn)廠家依客戶的指定內(nèi)容，在大量 生產(chǎn)的過程中直接將數(shù)據(jù)寫入，出廠之后就已經(jīng)有特定的程序/數(shù)據(jù)碼，內(nèi)容也無 法自行修改或重寫。通常在大量生產(chǎn)下，Mask ROM 的容量比較大，因此成本也 比較低，這也就是早期許多漢字卡（DOS 時(shí)代的東西啦，當(dāng)時(shí)要讓 PC 支持中文 只有用漢字卡）、甚至大型電子游戲機(jī)喜歡采用 Mask ROM 的原因。 ③ EPROM（Erasable PROM） 這是從 PROM 之后的改良型 ROM。EPROM 有個(gè)直透芯片內(nèi)部的透明的圓 形窗口。若要清除數(shù)據(jù)，可以用專用的 EPROM 重寫器，或者紫外線燈管照射幾 十分鐘后，內(nèi)部數(shù)據(jù)就重新恢復(fù)成$FF（也就是每個(gè)位恢復(fù)成 1），用戶可以重新 重寫新的程序/數(shù)據(jù)碼，而不必再去購買一塊芯片來重寫，對(duì)廠商與客戶在監(jiān)控程 序維護(hù)上比較方便而且經(jīng)濟(jì)。 在 Flash 內(nèi)存出現(xiàn)之前，EPROM 一直是主板、顯卡或其他的外圍設(shè)備所常采用存儲(chǔ) BIOS 監(jiān)控程序的內(nèi)存類型，但隨著寫入速度更快、更方便的 Flash 內(nèi)存的 出現(xiàn)，EPROM 逐漸被取代。因?yàn)椴⒉皇敲總€(gè)客戶都有 EPROM 重寫器，也不愿 意大費(fèi)周折花幾十分鐘先清除 EPROM 的內(nèi)容，然后再重寫數(shù)據(jù)。 ④ Flash ROM Flash ROM 快速只讀存儲(chǔ)器（又有人稱 Flash Memory），簡稱 Flash ROM，是 當(dāng)今主板、顯卡存儲(chǔ) BIOS 監(jiān)控程序的主要內(nèi)存類型。許多數(shù)碼相機(jī)、PDA 以至 于手機(jī)等便攜式設(shè)備，都使用這種類型的內(nèi)存，因此 Flash ROM 可說是目前最當(dāng) 紅的內(nèi)存種類之一。這種內(nèi)存在一般狀態(tài)下，特性和一般的 ROM 沒什么兩樣， 也就是先前寫入的數(shù)據(jù)無法被擦除、破壞，即使關(guān)掉電源之后內(nèi)容仍舊存在；不

序代碼、數(shù)據(jù)，能夠快速地被擦除，并且可以重新修改、寫入新版本的監(jiān)控程序 與數(shù)據(jù)。 Flash ROM 讀取的最小單位是一個(gè) byte，但擦除/寫入的單位是以一個(gè)“區(qū)塊 （Block）”來區(qū)分的，大小從 4K、8K 到 16K 不等。以一個(gè)最小為 4K 寫入單位 的 Flash ROM 而言，即使你要修改某一個(gè) byte 的數(shù)據(jù)，必須得將該區(qū)塊的所有內(nèi) 容備份出來，改變其中要修改的部分后，再一起把整個(gè)區(qū)塊寫回去。

序代碼、數(shù)據(jù)，能夠快速地被擦除，并且可以重新修改、寫入新版本的監(jiān)控程序 與數(shù)據(jù)。 Flash ROM 讀取的最小單位是一個(gè) byte，但擦除/寫入的單位是以一個(gè)“區(qū)塊 （Block）”來區(qū)分的，大小從 4K、8K 到 16K 不等。以一個(gè)最小為 4K 寫入單位 的 Flash ROM 而言，即使你要修改某一個(gè) byte 的數(shù)據(jù)，必須得將該區(qū)塊的所有內(nèi) 容備份出來，改變其中要修改的部分后，再一起把整個(gè)區(qū)塊寫回去。