BIOS — базовая система ввода-вывода¶
BIOS (англ. Basic Input/Output System, «базовая система ввода-вывода») — набор микропрограмм, хранящихся в постоянном запоминающем устройстве (ПЗУ) материнской платы персонального компьютера. BIOS выполняет инициализацию аппаратных компонентов при включении компьютера, предоставляет операционной системе базовые сервисы для работы с оборудованием и служит интерфейсом для настройки параметров аппаратуры. В современных системах функции BIOS постепенно вытесняются прошивкой UEFI, однако термин продолжает использоваться для обозначения этапа загрузки и настройки компьютера.
¶История
Термин «BIOS» ввёл в оборот Гэри Киллдалл, разработавший в 1975 году операционную систему CP/M. В CP/M BIOS представлял собой набор модулей, абстрагировавших работу с конкретным оборудованием (дисководами, терминалом) от самой операционной системы. Такой подход позволял переносить CP/M на разные компьютеры без переписывания системного ядра.
С появлением IBM PC в 1981 году архитектура BIOS была перенесена на персональные компьютеры. Компания IBM разработала BIOS для оригинального IBM PC, а затем и для IBM PC/AT. Поскольку код BIOS был опубликован в документации IBM, сторонние производители смогли создавать совместимые с IBM компьютеры — так называемые «IBM-совместимые» машины. Это стало одним из факторов массового распространения платформы IBM PC.
Производством совместимых BIOS для материнских плат занимались компании American Megatrends (AMI), Award Software (впоследствии объединившаяся с Phoenix Technologies) и Phoenix Technologies. В 1990-е годы Phoenix BIOS стал одним из наиболее распространённых вариантов на рынке.
¶Функции
BIOS выполняет несколько ключевых задач:
- POST (Power-On Self-Test) — самотестирование при включении. Проверяются процессор, оперативная память, контроллеры дисков, видеокарта и другие устройства. О результатах теста сообщается звуковыми сигналами (beep-кодами) или текстом на экране.
- Загрузчик (bootstrap) — после успешного POST BIOS ищет загрузочный раздел на диске и передаёт управление загрузчику операционной системы.
- Базовые сервисы ввода-вывода — предоставление программного интерфейса для работы с клавиатурой, экраном, дисками через прерывания (например, INT 10h для видеовывода, INT 13h для дисковых операций в старых системах).
- Настройка оборудования — интерфейс для изменения параметров: порядка загрузки, времени и даты, параметров памяти, включения и отключения отдельных устройств.
¶Устройство и хранение
BIOS хранится в микросхеме флеш-памяти (EEPROM или flash-памяти) на материнской плате. Ранее для этого использовались ПЗУ с постоянным содержимым, запись в которое была невозможна; переход к флеш-памяти в конце 1990-х годов позволил обновлять BIOS программно (прошивкой) без замены микросхемы.
Объём современного образа BIOS составляет от 4 до 32 МБ. Помимо основного кода, в чипе хранятся данные о конфигурации оборудования (например, таблица ACPI), а также область CMOS — энергонезависимая память, где сохраняются настройки пользователя (дата, время, порядок загрузки). CMOS питается от батарейки на материнской плате, что позволяет сохранять настройки при выключенном компьютере.
¶Процесс загрузки
После подачи питания процессор начинает выполнение кода BIOS по фиксированному адресу. Далее происходит инициализация контроллера памяти, видеокарты и других устройств, выполняется POST. Если обнаружена ошибка, процесс останавливается и выводится сообщение или звуковой код. При успешном завершении тестов BIOS определяет загрузочное устройство в соответствии с заданным приоритетом и загружает с него первый сектор (MBR или загрузочный раздел GPT), передавая ему управление.
¶Наследие и современное состояние
В 2005 году Intel, AMD, Microsoft и другие компании представили спецификацию UEFI (Unified Extensible Firmware Interface) как замену традиционному BIOS. UEFI устраняет ограничения старого интерфейса: поддержку дисков объёмом более 2 ТБ (ограничение MBR), защищённую загрузку (Secure Boot), графический интерфейс настройки и модульную архитектуру. К 2020-м годам практически все новые материнские платы используют UEFI, хотя многие из них сохраняют режим совместимости с Legacy BIOS.
Термин «BIOS» при этом остаётся в обиходе: пользователи и производители часто называют BIOS любую прошивку низкоуровневой инициализации, включая UEFI.
¶Интересные факты
- В оригинальном IBM PC код BIOS был опубликован в технической документации, что позволило создать рынок совместимых компьютеров.
- Звуковые коды ошибок POST являются одним из старейших средств диагностики: они существуют с 1981 года и до сих пор используются для определения неисправностей без экрана.
- Некоторые вирусы 1990-х годов (например, CIH/Chernobyl) были способны перезаписывать содержимое BIOS-чипа, делая компьютер неработоспособным до физической замены микросхемы или перепрошивки.
Источники:
- IBM Personal Computer Technical Reference (1981)
- Phoenix Technologies, BIOS Specification
- Intel Corporation, UEFI Specification
- Гэри Киллдалл, CP/M Operating System Manual (1975)
- «Руководство пользователя персонального компьютера», под ред. В. Г. Олифер (СПб, 2001)