Забезпечує її адаптивність до різноманітних застосувань у
Скачать 4.41 Mb.
|
Дивитися попередній білет.. Білет №11 1. Базова система введення-виведення (BIOS). ^ Пользователи зачастую не видят разницы между программной и аппаратной частями компьютера. Это можно объяснить высокой степенью интеграции компонентов системы. Точное представление о различиях между компонентами компьютера служит ключом к пониманию роли BIOS. BIOS — это термин, который используется для описания базовой системы ввода-вывода. По существу, BIOS представляет собой "промежуточный слой" между программной и аппаратной частями системы. Большинство пользователей под BIOS подразумевают драйверы устройств. Кроме системной, существует еще BIOS адаптеров, которые загружаются при запуске системы. Итак, базовая система ввода-вывода — это комбинация всех типов BIOS, а также загружаемые драйверы устройств. Часть BIOS, содержащаяся в микросхеме на системной плате или платах адаптеров, называется firmware (именно из-за наличия этих микросхем пользователи чаще всего относят BIOS к аппаратной части компьютера). Стандартная PC-совместимая система состоит из нескольких слоев, которые связаны между собой (рис. 5.1). На этом рисунке показаны два различных компьютера, в которых используется уникальная BIOS в качестве интерфейса между аппаратным обеспечением и операционной системой и ее приложениями. Таким образом, на этих компьютерах может быть установлено разное оборудование (процессоры, жесткие диски, мониторы и др.), на котором можно запускать одинаковое программное обеспечение. Связь между приложениями и операционной системой осуществляется с помощью соответствующего API (Application Programming Interface). Этот интерфейс определяет, например, как выполняется запись и считывание данных на диск, печать и другие функции. Поскольку приложение не зависит от установленного аппаратного обеспечения, то все его вызовы обрабатывает операционная система, которая уже содержит информацию об установленном оборудовании. Операционная система, в свою очередь, через BIOS обращается непосредственно к аппаратному обеспечению. Эта связь реализована в виде драйверов устройств. Причем в каждой операционной системе — DOS, Windows 9x, Windows NT, Windows 2000, OS/2, Linux или другой — для одного и того же устройства необходимы свои драйверы. Как видно из рис. 5.1, приложения и операционная система идентичны в большинстве компьютеров, а BIOS "подстраивается" под определенное аппаратное обеспечение и, независимо от установленного оборудования, обеспечивает стандартный интерфейс для операционной системы. В этой главе речь пойдет об описываемом "слое" — базовой системе ввода-вывода, или BIOS. Аппаратная и программная части BIOS Как уже упоминалось, BIOS представляет собой интерфейс между аппаратным обеспечением и операционной системой. BIOS не похожа на стандартное программное обеспечение, поскольку находится в микросхемах, установленных на системной плате или платах адаптеров. BIOS в PC-совместимой системе либо находится в микросхеме системной платы или в микросхеме плат адаптеров, например в видеоадаптере, либо загружается с диска (драйверы). Системная BIOS содержит драйверы основных компонентов (клавиатуры, дисковода, жесткого диска, последовательного и параллельных портов и т.д.), необходимые для начального запуска компьютера. По мере появления новых устройств (видеоадаптеров, накопителей CD-ROM, жестких дисков с интерфейсом SCSI и т.д.) их процедуры инициализации не добавлялись в системную BIOS. Острая необходимость в таких устройствах при запуске компьютера отсутствует, поэтому нужные драйверы загружаются с диска во время запуска операционной системы. Это относится к звуковым адаптерам, сканерам, принтерам, устройствам PC Card (PCMCIA) и т.д. В то же время существует целый ряд драйверов, которые должны быть активизированы во время начальной загрузки. Например, можно ли загрузиться с жесткого диска, если драйверы, требующиеся для выполнения этой операции, должны быть загружены непосредственно с этого диска? Очевидно, что необходимые драйверы должны быть предварительно загружены в ПЗУ (read-only memory — ROM) системной платы или платы адаптера. Однако некоторые устройства необходимы при запуске компьютера. Например, для отображения информации на экране монитора требуется активизировать видеоадаптер, но его поддержка не встроена в системную BIOS. Кроме того, существует огромное количество видеоадаптеров, и поместить все их драйверы в системную BIOS невозможно. В таких случаях необходимые драйверы помещаются в микросхему BIOS на плате этого устройства. А системная BIOS при загрузке ищет BIOS видеоадаптера и загружает ее до запуска операционной системы. Такое расположение BIOS предотвращает необходимость постоянной модернизации системной BIOS при появлении новых моделей устройств, особенно используемых при начальной загрузке компьютера. Собственная BIOS, как правило, устанавливается на следующих платах: ■ видеоадаптеры — всегда имеют собственную микросхему BIOS; ■ SCSI-адаптеры — обратите внимание, что эта BIOS не поддерживает все SCSI-устройства, т.е. с диска необходимо загружать дополнительные драйверы для накопителей CD-ROM, сканеров, устройств Zip и прочих с интерфейсом SCSI; ■ сетевые адаптеры — для начальной инициализации устройства либо нормального функционирования в бездисковых рабочих станциях или терминалах; ■ платы обновления IDE или дисковода — для поддержки функции загрузочного устройства при запуске системы; ■ платы для решения проблемы Y2K — в них содержится корректная процедура перехода в новое тысячелетие. Системная BIOS Во всех системных платах есть микросхема, в которой записано программное обеспечение, называемое BIOS или ROM BIOS. Эта микросхема содержит стартовые программы и драйверы, необходимые для запуска системы и функционирования основного аппаратного обеспечения. В ней также содержится процедура POST (самотестирование при включении питания) и данные системной конфигурации. Все эти параметры записаны в CMOS-память, которая питается от батарейки, установленной на системной плате. Эту CMOS-память часто называют NVRAM (Non-Volatile RAM). Таким образом, BIOS представляет собой комплект программ, хранящихся в одной или нескольких микросхемах. Эти программы выполняются при запуске компьютера до загрузки операционной системы. BIOS в большинстве PC-совместимых компьютеров выполняет четыре основные функции. ■ POST— самотестирование при включении питания процессора, памяти, набора микросхем системной логики, видеоадаптера, контроллеров диска, дисковода, клавиатуры и других жизненно важных компонентов системы. ■ ^ BIOS (Setup BIOS) — конфигурирование параметров системы. Эта программа запускается при нажатии определенной клавиши (или комбинации клавиш) во время выполнения процедуры POST. В старых компьютерах на базе процессоров 286 и 386 для запуска этой программы необходима специальная дискета. ■ ^ — подпрограмма, выполняющая поиск действующего основного загрузочного сектора на дисковых устройствах. При обнаружении сектора, соответствующего определенному минимальному критерию (его сигнатура должна заканчиваться байтами 55AAh), выполняется код начальной загрузки. Эта программа загружает загрузочный сектор операционной системы, который, в свою очередь, загружает файлы ядра операционной системы. ■ BIOS — набор драйверов, предназначенных для взаимодействия операционной системы и аппаратного обеспечения при загрузке системы. При запуске DOS или Windows в режиме защиты от сбоев используются драйверы устройств только из BIOS. ^ Микросхемы ROM очень "медленны": время доступа равно 150 нс при времени доступа запоминающего устройства DRAM 60 нс или меньше. Поэтому во многих системах ROM затеняется, т.е. ее содержимое копируется в микросхемы динамической оперативной памяти при запуске, чтобы сократить время доступа в процессе функционирования. Процедура затенения копирует содержимое ROM в оперативную память, присваивая ей адреса, первоначально использовавшиеся для ROM, которая затем фактически отключается. Это повышает быстродействие системы памяти. Впрочем, в большинстве случаев достаточно затенить только базовую систему ввода-вывода на системной плате и, возможно, на видеоплате. Затенение эффективно главным образом в 16-разрядных операционных системах типа DOS или Windows ^ Если компьютер работает под управлением 32-разрядной операционной системы типа Windows 9х или Windows NT/2000, то затенение фактически бесполезно, потому что эти операционные системы не используют 16-разрядный код из ROM. Вместо него они загружают 32-разрядные драйверы в оперативную память, заменяя ими 16-разрядный код базовой системы ввода-вывода, который, таким образом, используется только в течение запуска системы. Средство управления затенением находится в программе Setup BIOS. Существует четыре различных типа микросхем памяти ROM. ■ ^ m PROM (Programmable ROM) — программируемая ROM. ■ EPROM (Erasable PROM) — стираемая программируемая ROM. ■ EEPROM (Electrically Erasable PROM) — электронно-стираемая программируемая ROM, также называемая ^ Независимо от типа ROM, данные в ней сохраняются до тех пор, пока не будут стерты преднамеренно. Память PROM В память PROM после изготовления можно записать любые данные. Она была разработана в конце 70-х годов компанией Texas Instruments и имела емкость от 1 Кбайт (8 Кбит) до 2 Мбайт (16 Мбит) или больше. Эти микросхемы могут быть идентифицированы по номерам вида 27nnnn в маркировке, где 27 указывает PROM типа TI, а nnnn — емкость кристалла (микросхемы) в килобитах. Например, в большинстве персональных компьютеров с PROM использовались микросхемы 27512 или 271000, которые имели емкость 512 Кбит (64 Кбайт) или 1 Mбит (128 Кбайт). Подразумевается, что эти микросхемы после изготовления не содержат никакой информации, на самом деле при изготовлении они прописываются двоичными единицами. Другими словами, микросхема PROM емкостью 1 Мбит содержит 1 млн единиц (фактически 1 048 576). При программировании такой "пустой" PROM в нее записываются нули. Этот процесс обычно выполняется с помощью специального программирующего устройства (рис. 5.3). Процесс программирования часто называется прожигом. Каждую "1" можно представить как неповрежденный плавкий предохранитель. Большинство таких микросхем работают при напряжении 5 В, но при программировании PROM подается более высокое напряжение (обычно 12 В) по различным адресам в пределах адресного пространства, отведенного для микросхемы. Это более высокое напряжение фактически записывает "0", сжигая плавкие предохранители в тех местах, где необходимо преобразовать 1 в 0. Хотя можно превратить 1 в 0, этот процесс необратим, т.е. нельзя преобразовать 0 в 1. Память EPROM Это разновидность памяти PROM, которая одно время была весьма популярна. Данные в памяти EPROM можно стирать. Микросхема EPROM четко видна через кварцевое окошко, расположенное прямо над кристаллом (рис. 5.4). Фактически сквозь окно вы можете видеть кристалл! Микросхемы EPROM имеют тот же номер 27nnnn, что и стандартные PROM, причем они функционально и физически идентичны, если бы не прозрачное кварцевое окно над матрицей. Окно пропускает ультрафиолетовые лучи. Интенсивное ультрафиолетовое облучение стирает информацию на матрице (микросхеме) EPROM. Окно сделано из кристалла кварца, потому что обычное стекло не пропускает ультрафиолетовых лучей. (Ведь вы не можете загорать при закрытых окнах!) Кварцевое окно повышает стоимость микросхемы EPROM. Такое повышение будет неоправданным, если информацию не нужно стирать. Ультрафиолетовые лучи стирают информацию на микросхеме, вызывая химическую реакцию, которая как бы восстанавливает (спаивает) плавкие предохранители. Так, любой двоичный 0 в микросхеме становится двоичной 1. Для этого требуется, чтобы длина волны ультрафиолетовых лучей была равна примерно 2,537 ангстрема, а их интенсивность — довольно высокой (12 000 мВт/см2). Источник должен располагаться в непосредственной близости — не дальше 2-3 см (приблизительно 1 дюйм), а время экспозиции составлять от 5 до 15 мин. Устройство стирания EPROM (рис. 5.5) содержит источник ультрафиолетовых лучей (обычно это ультрафиолетовая лампа накаливания), расположенный над выдвижным ящичком, в котором размещаются стираемые микросхемы. На рис. 5.5 показано устройство, которое может обрабатывать до 50 микросхем одновременно. Я использую более дешевое переносное устройство компании Walling Co, называемое DataRase, которое стирает до четырех микросхем одновременно. Кварцевое окно на микросхеме EPROM обычно заклеивается липкой лентой, чтобы предупредить случайное проникновение ультрафиолетовых лучей. Они входят в состав солнечного света и, конечно, присутствуют даже в обычном комнатном освещении, так что через какое-то время в микросхеме, подвергающейся экспозиции, может произойти потеря данных. Поэтому после программирования микросхемы ее окно заклеивается, чтобы предотвратить потерю данных. ^ Это более новый тип памяти ROM — электронно-стираемая программируемая постоянная память. Данные микросхемы также называются Flash ROM, и их можно перепрограммировать, не снимая с платы, на которую они установлены, без специального оборудования. Используя Flash ROM, можно стирать и перепрограммировать ROM непосредственно на системной плате, не удаляя микросхему из системы и даже не открывая системного блока! Для перепрограммирования не требуется устройство стирания ультрафиолетовым облучением или какое-либо иное программирующее устройство. Flash ROM можно узнать по номеру 28xxxx или 29xxxx и отсутствию окна в микросхеме. При наличии Flash ROM на системной плате можно легко модернизировать ROM, не меняя микросхемы. В большинстве случаев достаточно загрузить модифицированную программу, полученную с Web-сервера изготовителя системной платы, а затем запустить программу модификации. Рекомендуется периодически посещать Web-сервер изготовителя системной платы, чтобы следить за модификациями базовой системы ввода-вывода для вашего компьютера. Модифицированная базовая система ввода-вывода может содержать ошибки или обеспечивать поддержку новых устройств, которых первоначально не было в вашей системе. Например, иногда необходимо модифицировать базовую систему ввода-вывода, чтобы поддержать загрузку с дисковода LS-120 (дискета емкостью 120 Мбайт). ^ Практически все современные производители BIOS предоставляют ее код производителям системных плат и готовых компьютеров. В этом разделе речь пойдет о существующих версиях BIOS. На разработке PC-совместимых программ ROM BIOS специализируются такие компании, как American Megatrends, Inc. (AMI), Award Software и Phoenix Software. Изготовители системных плат получают от них лицензии на установку ROM BIOS, после чего могут работать над аппаратной частью, не занимаясь программным обеспечением. Для того чтобы установить на плату микросхему памяти ROM с записанной программой BIOS, разработчику приходится решать множество задач, связанных с устройством компьютера. Добиться совместимости ROM BIOS и системной платы — задача непростая. Универсальных микросхем ROM BIOS не существует. AMI, Award, Microid Research и Phoenix поставляют различным изготовителям варианты BIOS, выполненные для конкретных компьютеров. Совсем недавно произошли большие изменения в компаниях, разрабатывающих базовые системы ввода-вывода. Так, в 1995 году Phoenix подписала контракт с Intel и обеспечивала все системные платы Intel базовыми системами ввода-вывода до 1999 года (теперь такой контракт подписан с AMI). Для AMI это замечательная сделка— как известно, Intel продает приблизительно 80 % (или больше) всех системных плат. В середине 1998 года Phoenix перекупила компанию Award, и теперь разработанные ею новые программы будут продаваться под эгидой Phoenix. Таким образом, осталось две самые крупные компании — Phoenix и AMI. Большинство неамериканских изготовителей системных плат все еще используют базовую систему ввода-вывода AMI, однако ведущей компанией в области разработки BIOS является Phoenix. Ею не только разрабатываются новые базовые системы ввода-вывода для компьютеров последних поколений, но и внедряются новые стандарты. |
Похожие:
 | Служби безпеки України, Служби зовнішньої розвідки України, центрального органу виконавчої влади, що реалізує державну політику у... |