Базовая система ввода/вывода BIOS

Размещено на http://www.allbest.ru/

МИНИСТЕРСТВО ОБРАЗОВАНИЯ И НАУКИ РФ

ФГБОУ ВПО «КАЛУЖСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ УНИВЕРСИТЕТ

ИМ. К.Э. ЦИОЛКОВСКОГО»

Институт педагогики

кафедра информатики и информационных технологий

КУРСОВАЯ РАБОТА

Базовая система ввода/вывода BIOS

Калуга 2016г.



Содержание

Введение

Глава 1. Устройство и функционирование базовой системы ввода/вывода BIOS

1.1 Назначение BIOS

1.2 Микросхемы BIOS и их расположение на системной плате

1.3 Последовательность загрузки компьютера и диагностические средства BIOS

1.4 Основные разделы BIOS

1.5 Разработчики BIOS

1.6 Стандарт для защиты BIOS

1.7 Функции BIOS

1.8 Современное развитие BIOS

Глава 2. Характеристика производителей BIOS разных компаний

2.1 Сравнительная характеристика BIOS разных компаний

2.2 Настройка BIOS разных компаний

Заключение

Список литературы



Введение

Пользователи зачастую не видят разницы между программной и аппаратной частями компьютера. Это можно объяснить высокой степенью интеграции компонентов системы. Точное представление различия между компонентами компьютера дает ключ к пониманию роли BIOS. За аббревиатурой «BIOS» скрывается понятие базовой системы ввода/вывода. По существу, BIOS представляет собой «промежуточный слой» между программной и аппаратной частями системы. Большинство пользователей знакомы с BIOS по другому термину -- драйверы устройств или просто драйверы. По своей сути BIOS представляет собой совокупность всех драйверов устройств, связывающих программные и аппаратные средства компьютера. Когда был представлен первый ПК, программное обеспечение BIOS содержало драйверы для всех устройств системы, которые записывались в микросхемы ПЗУ, расположенные на системной плате. При этом драйверы предварительно загружались в память и были доступны на протяжении всего времени работы компьютера.

В начале компьютерной эры в BIOS хранились абсолютно все драйверы устройств, в том числе драйвер клавиатуры, видеоадаптера MDA/CGA, последовательного и параллельного портов, контроллера гибких дисков, контроллера жестких дисков, джойстика и т.д.

Итак, базовая система ввода-вывода -- это комбинация всех типов ПЗУ материнской платы и плат расширения, а также драйверов устройств, загруженных с диска. Часть BIOS, содержащаяся в микросхеме на системной плате или платах адаптеров, называется прошивкой(firmware) (именно из-за наличия этих микросхем пользователи чаще всего относят BIOS к аппаратной части компьютера). После выключения питания компьютера все данные, находящиеся в оперативной памяти компьютера, стираются; нетронутым остается только содержимое ПЗУ. После включения компьютера снова выполняется процесс загрузки, и в память с диска загружаются все отсутствующие драйверы.

BIOS совместимых с IBM компьютеров является очень специфическим микропрограммным обеспечением, включающем в себя подпрограммы, тестирующие компьютер; дающие возможность, используя только языки программирования без всякого дополнительного программного обеспечения работать с компьютером.

Для обеспечения совместимости компьютера с IBM необходимо обеспечить его совместимость с BIOS IBM. Это не совсем простая задача. BIOS защищена от копирования другими производителями. В результате, вместо использования кодов BIOS IBM, производителю приходится разрабатывать свою собственную систему ввода-вывода. Многие фирмы разрабатывают программы BIOS самостоятельно.

Некоторые подпрограммы BIOS работают отдельно, хотя вся система может быть зашита внутри одного чипа. Они работают как множество отдельных резидентных программ, которые не выгружаются после выполнения. Они всегда в памяти и всегда ждут обращения.

Проблема BIOS в том, что ограниченным числом программ невозможно оптимальным образом накрыть все потребности программного обеспечения. Таким образом, использование подпрограмм BIOS является иногда благом, а иногда обузой. В частности, эти подпрограммы реализуют некоторые функции компьютера очень медленно. Проблема производительности особенно остро стоит при работе с видеодисплеем. Например, все подпрограммы IBM BIOS реализуют пересылку информации на дисплей по одному символу. Прямое управление техническим обеспечением позволяет реализовать эту функцию намного быстрее.

Другое ограничение при работе с BIOS - это то, что компьютер не может ничего делать вне этой системы.

Тем не менее, BIOS обладает большим рядом достоинств. В большинстве случаев эта система облегчает программисту работу. Операционные системы всегда в его распоряжении. Подпрограммы системы хорошо документированы и понятны, что позволяет избавить пользователей от многих забот.

Данная проблема обусловила направление и тему моего исследования: «Базовая система ввода/вывода BIOS»

Цель:

На теоретическом уровне ознакомиться с «Базовой системой ввода/вывода BIOS».

Задачи:

1. Изучить литературу по данной теме;

2. Выделить назначение и основные функции BIOS;

3. Определить дальнейшие перспективы развития BIOS.

4. Выполнить сравнительную характеристику BIOS разных компаний.



Глава 1. Устройство и функционирование базовой системы ввода/вывода BIOS

1.1 Назначение BIOS

Важным элементом системной платы является BIOS (Basic Input/Output System -- базовая система ввода-вывода). Так называют аппаратно встроенное в компьютер программное обеспечение, которое доступно без обращения к диску.

BIOS (basic input/output system) - это набор микропрограмм в микросхеме с энергонезависимой памятью, которые отвечают за управление и первоначальное тестирование (POST) оборудования, размещенного на материнской плате, и дальнейший запуск операционной системы. Энергонезависимая память (ПЗУ) используется для хранения массива изменяемых данных [6].

BIOS (Basic Input Output System) - базовая система ввода-вывода. Это часть программного обеспечения PC, поддерживающая управление адаптерами внешних устройств, экранные операции, тестирование, начальную загрузку и установку OS.

Изначально назначением BIOS было обслуживание устройств ввода/вывода (клавиатуры, монитора и дисковых накопителей), поэтому ее и назвали «базовая система ввода/вывода».

В микросхеме BIOS содержится программный код, необходимый для управления клавиатурой, видеокартой, дисками, портами и другими компонентами. Обычно BIOS размещается в микросхеме ПЗУ (ROM, Read Only Memory), расположенной на материнской плате компьютера (этот узел часто называют ROM BIOS). Такая технология позволяет обеспечить постоянную доступность BIOS независимо от работоспособности внешних по отношению к материнской плате компонентов (например, загрузочных дисков). Поскольку доступ к RAM (оперативной памяти) осуществляется значительно быстрее, чем к ROM, многие изготовители предусматривают при включении питания автоматическое копирование BIOS из ROM в оперативную память. Задействованная при этом область памяти называется теневой (Shadow RAM). В микросхемах BIOS используют различные типы памяти для хранения программного кода. PROM (Programmable Read-Only Memory) -- это тип памяти, данные в которую могут быть записаны только однократно. Отличие PROM от ROM в том, что PROM изначально производятся «чистыми», в то время как в ROM данные заносятся в процессе производства. А для записи данных в микросхемы PROM применяют устройства, называемые программаторами. EPROM (Erasable Programmable Read- Only Memory -- стираемое программируемое ПЗУ) -- специальный тип PROM, который может очищаться (и записываться) с использованием ультрафиолетовых лучей. Память типа EEPROM похожа на EPROM, но операции стирания-записи производятся электрическими сигналами [1].

Из вышесказанного мы можем сделать вывод, что в персональных IBM PC-совместимых компьютерах, использующих микроархитектуру x86, BIOS представляет собой набор записанных в микросхему EEPROM (ПЗУ) персонального компьютера микропрограмм (образующих системное программное обеспечение), обеспечивающих начальную загрузку компьютера и последующий запуск операционной системы[4].

Модуль BIOS индивидуален для каждой вычислительной системы и поставляется её изготовителем. В этом модуле содержатся аппаратно-зависимые драйверы следующих устройств:

· Консольный дисплей с клавиатурой (СОМ).

· Устройство построчной печати (РRN).

· Последовательный канал связи (АUХ).

· Часы/календарь (СLOCK).

· Дисковое устройство начальной загрузки (блочно-ориентированное устройство).

BIOS находится в постоянной памяти (постоянном запоминающем устройстве, ПЗУ) и в архитектуре компьютера занимает особое место. Эту систему можно рассматривать, с одной стороны, как составную часть аппаратных средств; с другой стороны, BIOS является, по существу, одним из программных модулей DOS. Входящие в этот модуль программы обеспечивают выполнение важных функций по поддержке жизнеспособности компьютера [2].

Большинство современных видеоадаптеров, а также контроллеры накопителей имеют собственную систему BIOS, которая обычно дополняет системную.

Во многих случаях программы, входящие в конкретную BIOS, заменяют соответствующие программные модули основной BIOS. Вызов программ BIOS, как правило, осуществляется через программные или аппаратные прерывания.

1.2 Микросхемы BIOS и их расположение на системной плате

В первых персональных компьютерах код BIOS записывался в микросхему постоянной памяти ПЗУ, или ROM (Read-Only Memory), которая создавалась на заводе. Позже для хранения кода BIOS стали пименяться микросхемы с возможностью перезаписи.

· EPROM (Erasable Programmable Read-Only Memory) -- стираемая программируемая память. Информация удалялась ультрафиолетовым излучением, которое проходило через специально предусмотренное стеклянное окошко.

· EEPROM (Electrically Erasable Programmable Read-Only Memory) -- электрически стираемая программируемая память.

Эти типы микросхем BIOS представляют чисто исторический интерес, поскольку во всех современных компьютерах для хранения BIOS используются микросхемы на основе flash-памяти (Flash Memory). Такая микросхема может быть перезаписана с помощью специальных программ прямо на компьютере. Запись новой версии BIOS обычно называется перепрошивкой. Эта операция может понадобиться, чтобы добавить в код BIOS новые функции, исправить ошибки или заменить поврежденный код BIOS.

В большинстве случаев flash-память устанавливается на панель системной платы (рис. 2.1), что позволяет при необходимости заменить микросхему, но в ряде плат она может быть распаяна прямо на системной плате.

Микросхемы flash-памяти для хранения BIOS имеют различную емкость, в более старых компьютерах использовались чипы объемом 1-4 Мбит (128-512 Кбайт), а в современных системах -- 8-32 Мбит и более (1-4 Мбайт и более). В старых компьютерах микросхемы BIOS чаще всего помещались в кормуспус DIP32 (см. рис. 2.1, слева); в 2000-х годах самыми популярными были микросхемы BIOS в квадратном корпусе (см. рис. 2.1, в центре), а в новых платах обычно используются маленькие чипы с последовательным интерфейсом (SPI).(см. рис. 2.1, справа). На чипах может присутствовать наклейка с обозначением версии BIOS, а если ее нет -- маркировка чипа flash-памяти.

Первые микросхемы BIOS применяли параллельный интерфейс с раздельными линиями для линий адреса и данных, для чего требовалось использовать чипы с большим количеством выводов. Начиная с 2000-х годов для подключения микросхем BIOS также применяется интерфейс LPC (Low Pin Count) или FWH (Firm ware Hub). Согласно стандарту LPC для передачи данных используется всего семь проводников, что позволило уменьшить габариты чипов и упростить конструкцию системных плат. А во многих новых системах для подключения чипов BIOS применяется последовательный интерфейс SPI (Serial Peripheral Interface), в котором используется всего четыре проводника.

В некоторых системных платах могут быть установлены сразу две микросхемы BIOS: основная и резервная. Если основная микросхема будет повреждена, компьютер автоматически загрузится с резервной. Эта технология характерна для системных плат компании Gigabyte (рис. 2.2), но встречается и у других производителей

Рис.?2.2. На плате производства Gigabyte присутствуют две микросхемы BIOS

BIOS использует параметры конфигурации, которые хранятся в специальной CMOS-памяти. Свое название она получила по технологии изготовления чипов, где применялся комплементарный металлооксидный полупроводник (Complementary Metal Oxide Semiconductor). Иногда для обозначения области памяти для хранения параметров конфигурации применяется другой термин: NVRAM (Non-Volatile RAM -- память с автономным питанием). CMOS-память питается от специальной батарейки на системной плате, которая также используется для питания часов реального времени. В более старых компьютерах на системной плате имелась специальная микросхема, выполняющая функции CMOS-памяти и часов реального времени. В большинстве современных систем CMOS-память входит в состав южного моста чипсета [7].



1.3 Последовательность загрузки компьютера и диагностические средства BIOS

Процессы после включения питания

Первое устройство, которое запускается после нажатия кнопки включения компьютера, -- блок питания. Если все питающие напряжения окажутся в норме, на системную плату будет подан специальный сигнал Power Good, свидетельствующий об успешном тестировании блока питания и разрешающий запуск компонентов системной платы.

После этого чипсет формирует сигнал сброса центрального процессора, по которому очищаются регистры процессора, и он запускается. Упрощенно процессор работает следующим образом:

· считывает из системной памяти команду, которая записана в ячейке памяти по первоначальному адресу; ‰

· выполняет эту команду, после чего читает и выполняет следующую команду и т. д.

Таким образом, работа процессора -- последовательно читать и выполнять команды из памяти. Системные платы устроены так, что после сброса процессор будет выполнять команды, которые записаны в микросхеме BIOS. Последовательно выполняя команды BIOS, процессор начнет процедуру самотестирования, или POST[7].

Процедура самотестирования POST состоит из нескольких этапов:

1. Первоначальная инициализация основных системных компонентов.

2. Детектирование оперативной памяти, копирование кода BIOS в оперативную память и проверка контрольных сумм BIOS.

3. Первоначальная настройка чипсета.

4. Поиск и инициализация видеоадаптера. Современные видеоадаптеры имеют собственную BIOS, которую системная BIOS пытается обнаружить в специально оведенном сегменте адресов. В ходе инициализации видеоадаптера на экране появляется первое изображение, сформированное с помощью BIOS видеоадаптера.

5. Проверка контрольной суммы CMOS и состояния батарейки. Если контрольная сумма CMOS ошибочна, будут загружены значения по умолчанию.

6. Тестирование процессора и оперативной памяти. Результаты обычно выводятся на экран (рис. 2.3).

7. Подключение клавиатуры, тестирование портов ввода/вывода и других устройств.

8. Инициализация дисковых накопителей. Сведения об обнаруженных устройствах обычно выводятся на экран.

9. Распределение ресурсов между устройствами и вывод таблицы с обнаруженными устройствами и назначенными для них ресурсами (рис. 2.4).



10. Поиск и инициализация устройств, имеющих собственную BIOS.

11. Вызов программного прерывания BIOS INT 19h, который ищет загрузочный сектор на устройствах, указанных в списке загрузки.

В зависимости от конкретной версии BIOS порядок процедуры POST может немного отличаться, но приведенные выше основные этапы выполняются при загрузке любого компьютера.[7]

Чтобы выдать сообщение пользователю, BIOS имеет возможность подать звуковой сигнал либо сообщить в текстовом виде на экране монитора. Первоначальное тестирование компьютера сопровождается подачей одного короткого звукового сигнала, что свидетельствует об успешном завершении процедуры POST и готовности к загрузке операционной системы. Если при прохождении POST обнаружена серьезная ошибка, работа системы будет остановлена с выдачей звуковых сигналов и/или текстового сообщения на экран монитора. Рассмотрим список основных значений звуковых сигналов для AMI и Award BIOS -- следует заметить, что производители могут добавлять или изменять эти значения. Уточнить их можно либо в инструкции к материнской плате, либо на сайте ее изготовителя [4].

Таблица 1. Звуковые сигналы AMI BIOS

Сигнал	Значение
1 короткий	Ошибок не обнаружено, загрузка системы продолжается
2 коротких	Ошибка четности оперативной памяти
3 коротких	Неисправны первые 64 Кб оперативной памяти
4 коротких	Неисправен системный таймер
5 коротких	Неисправен процессор
6 коротких	Неисправен контроллер клавиатуры
7 коротких	Неисправна системная плата
8 коротких	Ошибка видеопамяти
9 коротких	Неправильная контрольная сумма BIOS
10 коротких	Ошибка записи в CMOS-память
11 коротких	Ошибка кэш-памяти
1 длинный 2 коротких	Неисправен видеоадаптер
2 длинных 2 коротких	Ошибка контроллера гибких дисков
Сигналы отсутствуют	Неисправен блок питания или системная плата

Таблица 2. Звуковые сигналы Award BIOS

Сигнал	Значение
1 короткий	Ошибок не обнаружено, загрузка системы продолжается
Непрерывный или короткий повторяющийся	Неисправен блок питания или замыкание в цепях питания
1 длинный или длинный повторяющийся	Ошибка оперативной памяти
1 длинный 2 коротких	Видеоадаптер не обнаружен или ошибка видеопамяти
1 длинный 3 коротких	Ошибка видеоадаптера или ошибка клавиатуры
3 длинных	Ошибка контроллера клавиатуры
1 длинный 9 коротких	Ошибка чтения BIOS или неисправна микросхема BIOS
2 коротких	Обнаружена некритическая ошибка. Этот сигнал обычно сопровождается сообщением на экране с более
Сигналы отсутствуют	Неисправен блок питания или системная плата

Конкретным описанием ошибки. Пользователь может продолжить загрузку после нажатия F1 или войти в BIOS Setup с помощью клавиши входа.

Из анализа 2 таблиц «Звуковых сигналов BIOS» мы видим, что у каждой системы существует определённый набор сигналов.

Если компьютер не загружается с выдачей определенного звукового сигнала или без него и при этом изображение на экране не появляется, можно воспользоваться следующими советами:

* Перезагрузить компьютер с помощью кнопки RESET на системном блоке. Возможно, придется полностью обесточить компьютер на некоторое время.

* Проверьте правильность и надежность подключения всех разъемов и устройств.

* Если до этого были изменены параметры BIOS, необходимо сбросить все настройки BIOS по умолчанию.

* Попытайтесь заменить подозрительное устройство, ориентируясь по звуковым сигналам.

* Попытайтесь запустить систему с минимально необходимыми устройствами, отключив все накопители, платы расширения и периферийные устройства.

* В случае старта подключите какой-нибудь накопитель (дисковод, жесткий диск) и загрузите операционную систему. Далее, подключая по очереди платы расширения и остальные периферийные устройства, определите проблемное устройство [5].

Если же все проверки прошли успешно, самотестирование завершается вызовом встроенной подпрограммы для загрузки операционной системы.

Загрузка операционной системы. После того как успешно завершилась процедура POST, вызывается программное прерывание INT 19h BIOS и запускается процедура поиска загрузочного сектора, который может находиться на жестком диске или сменном носителе. Порядок опроса устройств устанавливается с помощью параметров BIOS First Boot Device, Second Boot Device и Third Boot Device.

Система BIOS в PS реализована в виде одной микросхемы, установленной на материнской плате компьютера. Мало того, наиболее перспективным для хранения системы BIOS является сейчас флэш-память. Это позволяет легко модифицировать старые или добавлять дополнительные функции для поддержки новых устройств, подключаемых к компьютеру.

Таким образом, BIOS представляет собой комплект программ, хранящихся в одной или нескольких микросхемах. Эти программы выполняются при запуске компьютера до загрузки операционной системы.

1.4 Основные разделы BIOS

В большинстве случаев производители BIOS используют классический вид первой страницы BIOS Setup размещения основных разделов и команд в два столбца. Как было оговорено ранее, каждая материнская плата имеет свои особенности, названия основных разделов BIOS, как правило, не меняются. Рассмотрим кратко названия основных разделов.

· Standard CMOS Features (Standard CMOS Setup) -- здесь собраны стандартные настройки компьютера, к которым относятся параметры дисковых накопителей, настройки даты, времени. Здесь также можно узнать о количестве установленной оперативной памяти и другие сведения о системе.

· Advanced BIOS Features (BIOS Features Setup) -- «расширенные настройки BIOS», к которым относятся параметры загрузки, параметры работы компьютера, чипсета, периферии и кэш-памяти.

· Advanced Chipset Features (Chipset features Setup) -- настройки работы чипсета материнской платы -- в частности, настройка северного моста (определяющих работу оперативной памяти, процессора, видеосистемы, шин AGP, PCI-Express и других устройств).

· Integrated Peripherals -- настройка параметров интегрированных периферийных устройств, которые поддерживаются южным мостом -- таких, как гибкие и жесткие диски, адаптеры, порты и др.

· Power Management Setup -- установка параметров электропитания и режимов энергосбережения, а также параметров изменения рабочего состояния при наступлении определенного события.

· PnP/PCI Configurations -- управление способом распределения ресурсов между периферийными устройствами. Обычно данной функцией не пользуются, оставляя по умолчанию автоматическое распределение ресурсов.

· PC Health Status или H/W Monitor -- отображение текущего значения, получаемого со встроенных датчиков, температур, напряжений и скорости вращения вентиляторов, а также установка значений для срабатывания защиты от перегрева.

· Frequency/Voltage Control -- установка рабочих частот и напряжений для процессора, чипсета, оперативной памяти, видеоадаптера и других значений.

· Load Fail-Safe Defaults (Load BIOS Setup Defaults) -- команда, сбрасывающая все настройки BIOS до значения по умолчанию, при этом устанавливаются безопасные значения всех параметров, частот и напряжений.

· Load Optimized Defaults (Load High Performance) -- команда устанавливает настройки BIOS, которые обеспечивают оптимальную производительность системы, сохраняя ее стабильность. Ускоряется процедура POST, режимы работы оперативной памяти, шин и другие параметры.

· Set Supervisor Password, Set User Password -- команды для установки административного и пользовательского пароля на вход в BIOS Setup или загрузку компьютера[8].

1.5 Разработчики BIOS

Большинство персональных компьютеров, которыми мы привыкли пользоваться, относится к семейству IBM РС. Эта архитектура была разработана фирмой IBM еще в начале 80-x гг. В то время основными производителями микропрограмм системы BIOS для архитектуры PC были три фирмы:

· AMI

· Phoenix Systems

· Award [9]

В большинстве современных компьютеров используется одна из базовых версий BIOS.

· AwardBIOS компании Award Software (www.phoenix.com), наиболее известного производителя BIOS. Очень популярной в свое время была

· AwardBIOS 4.51, позже появилась AwardBIOS 6.0, также получившая широкое распространение. В 1998 году фирма Award была куплена компанией Phoenix, однако все последующие разработки выходят под маркой AwardBIOS или Phoenix-AwardBIOS.

· AMIBIOS компании American Megatrends (www.ami.com). Различные модификации AMIBIOS используются рядом ведущих производителей плат, например ASUS, ASRock, MSI и др.

· PhoenixBIOS компании Phoenix Technologie. Ее чаще всего можно встретить на ноутбуках и в системных платах некоторых производителей. Компания Phoenix, как уже упоминалось, владеет компанией Award и выпускает BIOS под этой маркой. Иногда можно встретить версии BIOS, целиком разработанные производителями системных плат или ноутбуков: Intel, IBM, Toshiba, Dell и некоторыми другими известными компаниями. По функциям и интерфейсу такие версии BIOS не очень отличаются от BIOS компаний Award, AMI и Phoenix.

Как правило, для каждой модели системной платы нужна своя версия BIOS, поскольку в ней учтены особенности используемого чипсета и периферийного оборудования. Однако производителям плат невыгодно тратить время и средства на полный цикл разработки собственных BIOS, поэтому создание BIOS обычно разделяют на два этапа.

1. Производитель BIOS (наиболее известные - компании AMI, Award и Phoenix) разрабатывает ее базовую версию, в которой реализованы все функции, не зависящие от особенностей того или иного чипсета.

2. Производитель системной платы совершенствует базовую версию, учитывая особенности конкретной платы. При этом для одной и той же модели код BIOS может неоднократно изменяться уже после выпуска платы, например, чтобы исправить найденные ошибки или добавить поддержку новых устройств. bios микросхема компьютер плата

Таким образом, понятие «версия BIOS» может применяться, чтобы обозначить:

? версию базового кода BIOS, выпущенного специализированной компанией: например, AwardBIOS 6.0- шестая версия BIOS фирмы Award, которая используется во многих моделях системных плат, однако для каждой из них исходный код может дорабатываться с учетом особенностей чипсета и периферийных устройств;

? версию BIOS для конкретной модели системной платы и различные модификации или обновления BIOS, предназначенные для одной и той же модели. Название такой версии BIOS обычно состоит из сокращенного обозначения модели платы, к которому добавлен номер модификации или обновления. При описании программы BIOS Setup термин «версия BIOS» будет подразумевать версию BIOS для конкретной модели системной платы [5].

1.6 Стандарт для защиты BIOS

Национальный институт США по стандартам и технологиям (NIST) обратил внимание на безопасность системы BIOS, с целью защитить её от заражения вирусами. Так или иначе, но NIST предложил новые правила безопасности для BIOS на серверах.

Новый документ представляет собой руководство для производителей серверного оборудования и серверных администраторов с описанием методик, которые помогут избежать попадания вредоносного кода в BIOS.

NIST называет четыре ключевые функции безопасности BIOS:

1) Аутентификация при апдейте BIOS с использованием цифровых подписей для проверки аутентичности новой прошивки. 2) Опциональный безопасный механизм локального апдейта, которые требует обязательного физического присутствия администратора возле машины для обновления BIOS без цифровой подписи. 3) Защита цельности прошивки для предотвращения её изменения способом, который не соответствует двум вышеперечисленным. 4) Функции защиты, которые гарантируют, что не существует механизма для процессора или другого системного компонента, чтобы обойти защиту BIOS.

По мнению экспертов NIST, неавторизованная модификация BIOS вредоносными программами представляет собой серьёзную угрозу, поскольку BIOS занимает привилегированное положение в системе и позволяет зловреду сохранить работоспособность даже после переустановки операционной системы[1].

1.7 Функции BIOS

BIOS в большинстве PC-совместимых компьютеров выполняет следующие основные функции:

1. Одна из первых функций БСВВ -- автоматическое тестирование основных аппаратных компонентов при включении машины. Процесс тестирования или самотестирования, как его иногда называют, занимает после первого включения машины заметное время -- от нескольких секунд до нескольких минут.

Наибольшая часть втого времени тратится на тестирование оперативной памяти; чем больше микросхем памяти установлено в машине, тем дольше идет процесс тестирования. Если в процессе тестирования памяти и других -аппаратных компонентов обнаруживаются ошибки, БСВВ выдает на экран соответствующие сообщения (обычно в виде условного кода ошибки) и извещает об этом пользователя звуковым сигналом. Дальнейшая работа машины при этом прекращается, и пользователю нужно принимать меры к устранению выявленной ошибки.

Иногда причиной ошибки может послужить простое нарушение контакта (например, при сильном изгибе кабеля, присоединяющего клавиатуру, или при частичном выходе из гнезда одной из вставляемых внутрь системного блока печатных плат.) Такие ошибки устраняются легко, но некоторые неисправности требуют замены соответствующих узлов.

2. Вторая важная функция БСВВ, вступающая в действие по окончании тестирования, -- вызов блока начальной вагрузки ДОС. Поскольку ДОС -- большая программа, состоящая из нескольких модулей, загрузка ее в память проходит в две ступени; сначала БСВВ загружает с системного диска в память специальный блок начальной вагрузки, а затем уже передает на него управление, и тот, в свою очередь, осуществляет загрузку других модулей ДОС.

При такой двухступенчатой организации загрузки с БСВВ снимается забота о поиске и настройке различных модулей ДОС. БСВВ может ничего не знать об их структуре и местоположении. Единственное условие нормальной работы БСВВ -- это обнаружение на фиксированном месте системного диска блока начальной загрузки. Правда, роль системного диска в ПЭВМ может играть гибкий или жесткий магнитный диск. Поэтому БСВВ сначала делает попытку осуществить ч ение с гибкого диска. Если гибкий диск установлен, то именно он итсчитается системным. Если же никакой диск не установлен в НГМД, то БСВВ обращается к жесткому диску, присваивая ему статус системного. Если же ни на гибком, ни на жестком диске БСВВ не находит блока начальной загрузки, то управление передается на встроенный интерпретатор языка бейсик, записанный в ПЗУ.

Увидев сообщение о загрузке бейсика вместо ДОС, пользователь (если он хочет все-таки загрузить ДОС) должен перезапустить машину,, но перед этим нужно вставить в НГМД системный диск, на котором имеется ДОС.

3. Третья важная функция БСВВ -- обслуживание системных вызовов, или прерываний. Системные вызовы вырабатываются программными или аппаратными средствами с целью выполнения различных операций, состав которых еще будет рассматриваться подробнее в следующих разделах. Для реализации системных вызовов используется механизм прерываний. Суть этого механизма заключается в том, что текущая работа машины, в чем бы она ни состояла, может быть приостановлена на короткое время одним из сигналов, который указывает на возникновение ситуации, требующей немедленной обработки.

Прерывания можно разделить на три группы: аппаратные, логические и программные.

· Источники аппаратных прерываний -- падение напряжения питания, нажатие клавиши на клавиатуре, приход очередного импульса от счетчика времени, возникновение специальных сигналов от накопителей на гибких или жестких дисках и др.

· Логические, или процессорные, прерывания возникают при различных нестандартных ситуациях в работе основного микропроцессора -- делении на нуль, переполнении регистров, появлении «точки останова» и др.

· Программные прерывания -- самая обширная категория. Вырабатываются они, когда одна программа хочет получить определенный сервис со стороны другой программы, причем этот сервис обычно связан с работой аппаратных средств.

Механизм прерываний в деталях будет рассмотрен в дальнейшем, сейчас же важно уяснить, что каждое прерывание имеет уникальный номер и с ним может быть связана определенная подпрограмма, при званная обслуживать возникшую ситуацию. Сама обслуживающая подпрограмма, вообще говоря, тоже может быть приостановлена другим прерыванием; но чаще всего на период работы подпрограммы, обслуживающей некоторое прерывание, другие прерывания «маскируются», т. е. не обслуживаются немедленно, а становятся в очередь [2].

1.8 Современное развитие BIOS

Любой компьютер или ноутбук при включении загружает так называемую BIOS. Без этой базовой системы, которая записана в микросхему на материнской плате, компьютер не станет запускаться. Положение вещей не менялось со времен первого персонального компьютера, выпущенного компанией IBM. Но вот Intel, Microsoft и другие крупные производители решили заменить BIOS интерфейсом UEFI (Unified Extensible Firmware Interface). Данный интерфейс призван стать новым стандартом базовой системы для ПК.

Для обозначения базовой системы (микропрограммы) используют также термин Firmware: аппаратно реализованное (встроенное) ПО. Он указывает на то, что программа «зашита» в микросхему на материнской плате (то есть ее не нужно устанавливать) и запускается автоматически. Сразу после включения ПК BIOS и UEFI выполняют несколько задач.

Интерфейс Unified Extensible Firmware Interface с 2001 года разрабатывался компанией Intel как стандарт EFI (Extensible Firmware Interface, расширяемый интерфейс встроенного ПО) для серверного процессора Itanium. Ввиду того, что данная модель представляла собой воплощение новейших технологий, найти подходящую версию BIOS, которая работала бы с Itanium после небольшой доработки, оказалось невозможным. Apple - первый производитель, начавший использовать во всех своих настольных компьютерах и ноутбуках индивидуальную версию EFI. Компания остается верна EFI с 2006 года, когда она принялась оснащать ПК и ноутбуки процессорами Intel. Тогда как большинство других производителей не решались перейти с BIOS на EFI. В 2005 году аббревиатура EFI была дополнена словом Unified. Оно говорит о том, что координацию разработки интерфейса осуществляют несколько компаний. Сюда относятся производители ПК, например Dell, HP и IBM, а также разработчики BIOS, например Phoenix и Insyde. Не обошлось и без Microsoft как основного разработчика ОС.

Почему BIOS должна уйти? Разрабатывая BIOS, программисты не задумывались о том, в течение какого времени будет использоваться эта система. Поэтому в этой базовой системе есть несколько компонентов, изменение которых невозможно либо связано с весьма большими трудностями. Например, BIOS (без специальных ухищрений) способна распознать диск емкостью лишь до 2 Тб, а современные 3,5-дюймовые жесткие диски могут хранить уже до 3 Тб данных. В UEFI подобных ограничений нет. Притом новая система предоставляет единый интерфейс программирования - это облегчает разработку программ, запускаемых до загрузки операционной системы. Кроме того, UEFI позволяет интегрировать дополнительные функции, например программу резервного копирования данных. Наконец, в UEFI отсутствуют некоторые технически устаревшие функции, имеющиеся в BIOS, - например, переключение процессора при загрузке системы в медленный режим работы Real Mode.

Преимущества UEFI. Поддержка жестких дисков большой емкости. Для управления жесткими дисками BIOS использует MBR (Master Boot Record, главная загрузочная запись) - она содержит информацию о разделах жесткого диска. Основной недостаток MBR: размер каждой записи в ней составляет 32 бита. В результате BIOS может контролировать приблизительно 4 млрд (232) секторов. К тому же базовая система «рассчитывает» на то, что размер каждого сектора составляет 512 байт; в итоге оказывается, что BIOS не может работать с дисками свыше 2 Тб. И если двадцать лет назад подобный объем считался несбыточной мечтой, то сейчас это суровая реальность. Секторы больших размеров позволили бы использовать диски емкостью 3 Тб, но не все программы из тех, которые напрямую обращаются к жесткому диску, работают с ними корректно. Что касается интерфейса UEFI, он использует для управления жесткими дисками технологию GPT (GUID Partition Table), обеспечивающую возможность записи на жесткий диск большего объема данных. В итоге стандарт GPT поддерживает жесткие диски емкостью до 8192 Эб (почти 8 млрд Тб).

· Встроенная BIOS. При использовании материнских плат на базе UEFI отпадает необходимость в BIOS, поскольку все функции BIOS содержатся в UEFI в виде так называемого модуля поддержки совместимости (Compatibility Support Module). Поэтому программа, использующая функции BIOS, работает и на компьютерах с UEFI.

· Простота управления. Для навигации по меню настроек и выбора программ можно пользоваться мышью. В BIOS, напомним, можно было работать только с помощью клавиатуры. К тому же интерфейс UEFI поддерживает более высокое разрешение.

· Преимущества в скорости загрузки. От включения компьютера до момента, пока BIOS загрузит операционную систему, проходит 30-60 с. UEFI работает быстрее. Например, на форуме разработчиков IDF (Intel Developer Forum), проходившем в 2009 году, разработчики микропрограмм Insyde и Phoenix представили прототипы, загружавшие ОС за 1-2 с.

· Встроенная операционная система. UEFI имеет также собственную оболочку. По сути - это миниатюрная операционная система, которая, как и DOS (далекий предок Windows), «понимает» только текстовые команды. Она может оказаться полезной для опытных пользователей или системных администраторов, пытающихся установить причины отказа загрузки основной ОС. Некоторые производители, в том числе компания MSI, предлагают для UEFI собственные операционные системы на базе Linux, загружаемые с CD/DVD.

· Дополнительные программы. Встроенная мини-ОС подходит и для установки дополнительных программ. Последние можно интегрировать в виде отдельных пунктов меню интерфейса UEFI либо загружать с CD/DVD. Однако это дело будущего - в настоящее время доступно небольшое количество приложений. К тому же речь идет, как правило, о вспомогательных утилитах и очень простых играх, например Pair Match.

Из выше сказанного мы можем сделать вывод о том, что судьба BIOS точно не известна. Будет ли она в дальнейшем использоваться или мы перейдём на более быстрые и удобные в использовании базовые системы. Ясно одно прогресс не стоит на месте[10].

Вывод

Из вышесказанного мы можем сделать вывод, что в персональных IBM PC-совместимых компьютерах, использующих микроархитектуру x86, BIOS представляет собой набор записанных в микросхему EEPROM (ПЗУ) персонального компьютера микропрограмм (образующих системное программное обеспечение), обеспечивающих начальную загрузку компьютера и последующий запуск операционной системы.

BIOS находится в постоянной памяти (постоянном запоминающем устройстве, ПЗУ) и в архитектуре компьютера занимает особое место. Эту систему можно рассматривать, с одной стороны, как составную часть аппаратных средств; с другой стороны, BIOS является, по существу, одним из программных модулей DOS. Входящие в этот модуль программы обеспечивают выполнение важных функций по поддержке жизнеспособности компьютера.

Во всех современных компьютерах для хранения BIOS используются микросхемы на основе flash-памяти (Flash Memory). Которые находятся на материнской плате.

Работа процессора -- последовательно читать и выполнять команды из памяти. Системные платы устроены так, что после сброса процессор будет выполнять команды, которые записаны в микросхеме BIOS. Последовательно выполняя команды BIOS, процессор начнет процедуру самотестирования, или POST.

Каждый BIOS обладает набором сигналов, которые оповещают о исправности системы или её неисправности. Если же все проверки прошли успешно, самотестирование завершается вызовом встроенной подпрограммы для загрузки операционной системы.

BIOS представляет собой комплект программ, хранящихся в одной или нескольких микросхемах. Эти программы выполняются при запуске компьютера до загрузки операционной системы.

Как правило, для каждой модели системной платы нужна своя версия BIOS, поскольку в ней учтены особенности используемого чипсета и периферийного оборудования. Однако производителям плат невыгодно тратить время и средства на полный цикл разработки собственных BIOS.

BIOS в большинстве PC-совместимых компьютеров выполняет следующие основные функции:1) автоматическое тестирование основных аппаратных компонентов при включении машины. 2) вызов блока начальной загрузки ДОС.3) обслуживание системных вызовов, или прерываний.



Глава 2. Характеристика производителей BIOS разных компаний

2.1 Сравнительная характеристика BIOS разных компаний

BIOS компании AMI

Эта система BIOS сегодня на рынке занимает лидирующее положение. Некоторые ее версии называют Hi-Flex благодаря повышенной гибкости конфигурирования BIOS. Hi-Flex BIOS от AMI используют многие крупные компании, такие как Hewlett-Packard. Одной из отличительных черт компании AMI является то, что она единственная из производителей BIOS выпускает собственные материнские платы и прочие аппаратные компоненты компьютера.

Любая версия AMI BIOS после включения компьютера во время самотестирования выводит первую идентификационную строку сообщений в нижнем левом углу экрана, сразу под информацией об авторских правах. В этой строке сообщаются версия BIOS, а также некоторые параметры системы, определенные встроенной программой настройки BIOS.

Если во время выполнения процедуры POST нажать клавишу <Insert>, то новые версии AMI Hi-Flex BIOS выведут две дополнительные идентификационные строки с информацией о параметрах, установленных в BIOS. (рис.1.3)

Возможности AMI BIOS очень велики. Она содержит программу настройки, которая вызывается с помощью клавиши <Delete> или <Esc> в течение нескольких первых секунд после начала загрузки компьютера. BIOS напомнит вам, когда и какую клавишу надо нажать. Вы можете самостоятельно указать тип жесткого диска, что важно для оптимального использования многих накопителей IDE и ESDI. С 1995 года версии BIOS могут работать с усовершенствованными накопителями EIDE (Enhanced IDE) и автоматически устанавливать параметры драйвера.

Уникальной особенностью AMI BIOS является встроенная и управляемая с помощью меню программа диагностики -- сокращенная версия программы AMIDIAG. Конечно, она не заменит серьезных диагностических программ, но в критических случаях может пригодиться. Эта программа, например, не выполняет полного тестирования памяти; форматирование жесткого диска осуществляется на уровне BIOS, а не на уровне регистров контроллера. Это ограничивает возможности BIOS при форматировании серьезно поврежденных дисков. Большинство новых версий AMI BIOS не предлагает функции полной диагностики.

Компания AMI выпускает обновления только для BIOS собственных материнских плат. Если материнская плата изготовлена другим производителем, в ее BIOS, скорее всего, были внесены изменения, так что все обновления можно получить у производителя либо у сторонних поставщиков BIOS.

BIOS компании Award

Компания Award поставляет изготовителям коды своих BIOS и разрешает изменять их для адаптации к конкретным системам. Конечно, компании AMI и Phoenix также адаптируют BIOS под различные системные платы, но не продают коды исходных программ.

При включении компьютера с Award BIOS отображается строка идентификации, которая имеет приблизительно такой вид: 07/05/2004-8363-686B-6A6LMA19C-3R.

Большей информативностью обладает поле -- в нашем примере 6A6LMA19C. Первые пять символов этого поля предназначены для определения типа чипсета, а следующие два символа указывают на производителя системной платы. Последняя пара символов позволяет определить тип системной платы.

Получить сведения о системе BIOS, а также общие данные о системной плате позволяет утилита eSupport BIOS Agent (ba.exe).

Программа Award BIOS обладает широкими возможностями. Она содержит программу Setup, которая загружается нажатием клавиши <Del> или комбинацией клавиш <Ctrl+Alt+Esc>. Можно также отметить очень информативную программу POST.

В целом Award BIOS характеризуется прекрасным качеством, хорошей совместимостью и высоким уровнем технической поддержки.

К достоинствам компании Award относится создание следующих программ, которые используются на современных системных платах.

Award BIOS Elite, или V. 4.50 PG (1995 год). Этот продукт содержал ряд новых на тот период решений, применяемых при разработке низкоуровневого программного обеспечения. В следующих версиях V. 4.51 и V. 4.60 режим обслуживания контрольных точек программы POST не изменился.

Суффиксы P и G обозначают соответственно поддержку механизма Plug and Play и обслуживание функций энергосбережения (Green Function). В 1999 году на смену Award BIOS Elite пришел новый программный продукт -- Award BIOS Medallion, или V. 6.0. Изменения при разработке Award BIOS Medallion коснулись всей внутренней структуры BIOS. База данных существенно расширилась, что позволило добавить в список новые чипсеты, системные платы, процессоры и т.д

BIOS компании Phoenix

Phoenix BIOS в настоящее время лицензируется с торговыми марками SecureCore и TrustedCore. На протяжении многих лет она являлась эталоном совместимости, с которым сравнивалась продукция других компаний. Phoenix одной из первых легально переработала IBM BIOS по методу «чистой комнаты».

Phoenix BIOS имеет собственную программу настройки, обычно активизируемую с помощью клавиши <F2> или <F1> во время выполнения теста POST. В некоторых случаях BIOS отображает на экране информацию о клавише активизации программы настройки.

Следует отметить следующие положительные качества Phoenix BIOS.

1. Высокий уровень выполнения тестирования с помощью программы POST. BIOS содержит продуманную систему звуковых кодов, которые позволяют на слух диагностировать серьезные неисправности системной платы.

2. Подробная документация, придаваемой к системной плате.

Наиболее известны следующие продукты этой компании.

К выходу операционной системы Windows 95 была выпущена Phoenix BIOS 4.0.

Интересно отметить, что внедрение новых процессоров Intel Pentium сопровождается изменением названия промежуточных ревизий продукта. Для процессоров поколений P6 и P7 были разработаны версии -- Release 6.0 и Release 7.0 соответственно.

Выпуск Release 6.0 лег в основу всех разрабатываемых в настоящее время Phoenix BIOS.

С появлением Phoenix BIOS Release 6.1 существенных изменений в выполнении POST-теста не произошло, а следовательно, это не отразилось на индикации контрольных точек [5].

Таблица: Особенности BIOS разных компаний

	BIOS компании AMI	BIOS компании Award	Phoenix BIOS
1.Возможности адаптации 2. Наличие программы настройки 3. Выполнение тестирования	адаптируют BIOS под различные системные платы, но не продают коды исходных программ. Содержит программу настройки, встроенная и управляемая с помощью меню программа диагностики -- сокращенная версия программы AMIDIAG. Большинство новых версий AMI BIOS не предлагает функции полной диагностики(не выполняет полного тестирования памяти; форматирование жесткого диска осуществляется на уровне BIOS) Компания AMI выпускает обновления только для BIOS собственных материнских плат.	поставляет изготовителям коды своих BIOS и разрешает изменять их для адаптации к конкретным системам. Также существуют различные программы позволяющие просматривать и настраивать настройки BIOS прямо из под ОС Windows, но приняты настройки будут только после перезагрузки ПК. Программа Award BIOS обладает широкими возможностями. Она содержит программу Setup. Можно также отметить очень информативную программу POST.	адаптируют BIOS под различные системные платы не продают коды исходных программ. имеет собственную программу настройки. Высокий уровень выполнения тестирования с помощью программы POST. Подробная документация, придаваемой к системной плате.

AMI BIOS схож с AWARD. Например, много одинаковых названий разделов, а также путей их нахождения. Этот момент проявляется далеко не во всех ситуациях. Сказать о конкретных особенностях AMI невозможно, поскольку предусматривается достаточно большое количество производителей материнских плат. Каждый из них использует свой подход, что и обеспечивает существующее разнообразие.

Между ними существуют незначительные различия, и отдать предпочтение кому-либо одному достаточно тяжело, поскольку разница заметна исключительно в интерфейсе управления. Независимо от производителя, для Windows BIOS выполнят абсолютно одни и те же функции.



2.2 Настройки BIOS разных компаний

Для входа в программу настройки параметров BIOS, как правило, необходимо после включения или перезагрузки компьютера нажать какую-либо клавишу или сочетание клавиш. Чаще всего используется клавиша Delete. Однако это не единственный способ. Довольно часто для входа в программу настройки параметров BIOS применяются также следующие клавиши и их сочетания:

? Esc;

? Ctrl+Alt+Esc;

? F2;

? F10;

? Ctrl+Esc;

? Ctrl+Alt+S;

? F1;

? F12.

Могут использоваться и другие клавиатурные сочетания. В большинстве случаев на экране при этом возникает надпись-подсказка, вроде Press <Del> to Enter Setup, которая исчезает через некоторое время.

Описание настроек AMI BIOS 2.5x/2.6x на материнских платах ASUS

Главное меню: в отличие от рассмотренных ранее версий AMI BIOS, реализация AMI BIOS 2.5x/2.6x на материнских платах ASUS не имеет отдельного экрана с главным меню. Главное меню представляет собой строку в верхней части экрана, позволяющую с минимумом затрат перейти к любому пункту.

После вызова BIOS Setup активизированным оказывается пункт Main (рис. 2.1). С помощью опций этого раздела вы можете:



Рис. 2.1. Пункт Main меню AMI BIOS версий 2.5x/2.6x на материнских платах ASUS

-- установить текущие дату и время;

-- выбрать тип и объем используемого дисковода;

-- задать язык интерфейса;

-- указать характеристики накопителей, подключенных к стандартному IDE/SATA-контроллеру чипсета;

-- сконфигурировать стандартный IDE/SATA-контроллер чипсета.

Advanced -- это, наверное, самый богатый на настройки раздел BIOS (рис. 2.2). Он состоит из нескольких подразделов, включающих в себя сходные по назначению опции:

Рис. 2.2. Пункт Advanced

-- автоматический разгон;

-- контроль частоты и множителя процессора, частот шин;

-- управление частотой работы оперативной памяти;

-- увеличение напряжения питания компонентов;

-- использование многопоточности процессора (Hyper-Threading);

-- настройка многоядерных процессоров;

-- контроль энергосберегающих механизмов процессора;

-- дополнительные аспекты функционирования процессора;

-- параметры работы оперативной памяти (частоты, тайминги);

-- выбор первичной видеокарты, отображающей информацию в процессе загрузки;

-- общие параметры видеокарты;

-- параметры работы шины ISA (некоторые наследованные опции);

-- порядок функционирования шины PCI;

-- управление шиной AGP;

-- настройки шины PCI Express;

-- конфигурирование портов PCI Express 16x;

-- особенности функционирования внутренних шин чипсета;

-- работа расширенного контроллера прерываний (APIC);

-- контроль уровня электромагнитного излучения;

-- настройка интегрированной звуковой карты;

-- конфигурирование интегрированного сетевого контроллера;

-- управление последовательными портами;

-- параметры инфракрасного порта;

-- конфигурирование параллельного порта;

-- настройка GAME/MIDI-порта;

-- управление другими интегрированными компонентами.

-- порядок распределения ресурсов;

-- режимы обмена данными IDE/SATA-контроллера чипсета;

-- порядок работы USB-контроллера чипсета;

-- поддержка USB-контроллером USB-периферии на уровне BIOS;

-- дополнительные возможности материнской платы, такие как проигрывание музыки без загрузки ОС, сопровождение загрузки и т.п.

В разделе Power (рис. 2.3) сосредоточены все опции, отвечающие за расширенное управление питанием и системный мониторинг:

...