БИОС — базовая система ввода-вывода компьютера¶

БИОС (англ. BIOS — Basic Input/Output System, «базовая система ввода-вывода») — программа, записанная в постоянном запоминающем устройстве (ПЗУ) материнской платы персонального компьютера, которая выполняется при включении компьютера и отвечает за инициализацию аппаратных компонентов, самотестирование и загрузку операционной системы. БИОС является первым программным кодом, который запускается процессором после подачи питания, и служит промежуточным слоем между аппаратным обеспечением и операционной системой.

¶Принцип работы и место в архитектуре компьютера

При включении компьютера процессор начинает выполнение команд по адресу, заранее определённому производителем чипсета. Этот адрес указывает на область ПЗУ, где хранится код БИОС. Процессор переходит в защищённый режим работы и запускает процедуру самотестирования (POST — Power-On Self-Test), в ходе которой проверяется работоспособность основных компонентов: процессора, оперативной памяти, контроллеров дисков, видеокарты и периферийных устройств.

После успешного прохождения самотестирования БИОС выполняет поиск загрузочного устройства в порядке, заданном пользователем в настройках, и передаёт управление загрузочному сектору (MBR) или разделу диска с загрузчиком операционной системы. Таким образом, БИОС обеспечивает загрузочную цепочку: аппаратное включение → самотестирование → поиск загрузочного устройства → передача управления операционной системе.

¶Функции БИОС

Основные функции БИОС включают:

• Инициализация аппаратных компонентов — настройка контроллеров памяти, шин PCI/PCIe, портов ввода-вывода, видеоподсистемы.
• Самотестирование при включении (POST) — проверка процессора, оперативной памяти, накопителей, видеокарты и периферии; при обнаружении ошибок выводятся звуковые сигналы или коды ошибок на экран.
• Предоставление услуг ввода-вывода — набор программных прерываний (INT 10h для видео, INT 13h для дисков, INT 16h для клавиатуры), доступных операционным системам и загрузчикам.
• Загрузка операционной системы — поиск и запуск загрузчика с одного из накопителей.
• Хранение настроек — конфигурация оборудования, порядок загрузки, пароли и другие параметры сохраняются в энергонезависимой оперативной памяти (CMOS RAM), питающейся от батарейки на материнской плате.

¶Интерфейс настройки

Параметры БИОС доступны для изменения через экранную утилиту настройки (Setup Utility), которая вызывается нажатием определённой клавиши (обычно Del, F2 или F10) в момент прохождения самотестирования. В этой утилите можно задать:

• порядок загрузки устройств;
• включить или отключить интегрированные устройства (звук, сеть, USB-контроллеры);
• настроить параметры памяти и тактовые частоты;
• установить пароль на доступ к настройкам или на включение компьютера.

¶Виды: Legacy BIOS и UEFI

Традиционный БИОС (иногда обозначается как Legacy BIOS) имеет ограничения, связанные с унаследованной архитектурой IBM PC: он работает в реальном режиме процессора, адресует не более 1 МБ оперативной памяти, поддерживает загрузку с дисков объёмом не более 2,2 ТБ и использует схему разделов MBR.

В 2005 году компания Intel разработала спецификацию UEFI (Unified Extensible Firmware Interface — унифицированный расширяемый интерфейс прошивки), призванную заменить устаревший БИОС. UEFI работает в защищённом режиме, поддерживает диски объёмом свыше 9 ТБ с таблицей разделов GPT, графический интерфейс настройки, загрузку по сети и механизм безопасной загрузки (Secure Boot), блокирующий запуск неподписанного кода. К 2020-м годам UEFI стал стандартом де-факто для большинства материнских плат, хотя режим совместимости с Legacy BIOS сохраняется во многих моделях.

¶Производители и обновление

Основными разработчиками прошивок БИОС/UEFI являются компании American Megatrends (AMI), Phoenix Technologies и Insyde Software. Производители материнских плат (ASUS, Gigabyte, MSI, ASRock и другие) приобретают базовый код и адаптируют его под конкретные модели.

Обновление прошивки (флешинг) выполняется либо утилитой из-под работающей операционной системы, либо встроенными средствами самой утилиты настройки. Обновление позволяет исправить ошибки, добавить поддержку новых моделей процессоров, повысить стабильность работы. Важно: прерывание процесса обновления может привести к выходу материнской платы из строя, так как без работоспособного БИОСа компьютер не способен загрузиться.

¶Историческая справка

Термин «BIOS» впервые появился в 1975 году в книге Гэри Килдалла «Programming the Z80», однако массовое распространение понятие получило после выхода IBM PC в 1981 году. Прошивка IBM PC содержала код БИОС, который стал стандартом для совместимых компьютеров. Компания Phoenix Technologies в 1984 году выпустила клон БИОС IBM, что позволило другим производителям создавать совместимые материнские платы и положило начало индустрии IBM PC-совместимых компьютеров.

¶История безопасности

В 2005—2010-х годах исследователи безопасности продемонстрировали возможность заражения БИОС вредоносным кодом, который сохранялся даже после переустановки операционной системы и замены жёсткого диска. В ответ на эти угрозы была разработана технология Secure Boot, а также механизмы защиты от записи в область ПЗУ. Современные прошивки UEFI поддерживают криптографическую проверку подписи загружаемых компонентов.

¶Источники

• «Programming the Z80», Гэри Килдалл, 1975.
• Спецификация UEFI Forum, UEFI Specification.
• Документация American Megatrends (AMI) по Aptio V.
• Материалы IBM PC Technical Reference, 1981.