Глава 1. Компьютер. Программное и аппаратное обеспечение
Системный блок компьютера. Оперативная память: тип, частота, и информационная емкость
Внутренняя память
Постоянная память (ПЗУ, ROM ) — неизменяемая память, поставляемая вместе с компьютером, в которой хранятся программы, тестирующие компьютер сразу после его включения и загружающие операционную систему.
Кэш-память — (англ. cache), или сверхоперативная память. Кэш-память реализуется на микросхемах статической памяти SRAM.
Специальная память — к устройствам специальной памяти относятся перепрограммируемая постоянная память (Flash Memory), память CMOS RAM, питаемая от батарейки, видеопамять и некоторые другие виды памяти.
Внешняя память
Предназначена для переноса и хранения информации. Это могут быть дискеты, лазерные диски, магнитооптические диски, винчестеры и другие устройства, выполняющие данные функции.
Внутренняя (основная) память
В состав внутренней памяти входят оперативная память, постоянная память, кэш-память и специальная память.
Оперативная память
Оперативная память (ОЗУ, англ. RAM, Random Access Memory — память с произвольным доступом) — это оперативное (быстрое) запоминающее устройство не очень большого объёма, непосредственно связанное с процессором и предназначенное для записи, считывания и хранения выполняемых программ и данных, обрабатываемых этими программами.
Оперативная память используется только для временного хранения данных и программ, так как, когда машина выключается, все, что находилось в ОЗУ, пропадает. Доступ к элементам оперативной памяти прямой — это означает, что каждый байт памяти имеет свой индивидуальный адрес.
Как работает ОЗУ?
Когда компьютер отправляет данные на хранение в оперативную память, он запоминает адреса, в которые эти данные помещены. Обращаясь к информационной ячейке, компьютер находит в ней байт данных.
Адресная ячейка оперативной памяти хранит один байт, а поскольку байт состоит из 8 битов, то в ней есть 8 битовых ячеек. Каждая такая ячейка микросхемы оперативной памяти хранит электрический заряд.
Заряды в ячейках не могут храниться долго — они «стекают». За несколько десятых долей секунды заряд в ячейки уменьшается до утраты данных. 
Чтобы такого не случилось, компьютер «повторяет» информацию в каждой ячейке (подзаряжает). Это называется регенерацией оперативной памяти. Это происходит так быстро, что мы не замечаем этого, но стоит на мгновенье отключить питание, стирается вся оперативная память и происходит «сброс» компьютера.
Объем ОЗУ обычно составляет от 32 до 1024 Мбайт. В настоящее время появились ОЗУ до 2 Гбайт. Для несложных административных задач бывает достаточно и 32 Мбайт ОЗУ, но сложные задачи компьютерного дизайна могут потребовать от 512 Мбайт до 2 Гбайт ОЗУ.
Обычно ОЗУ исполняется на интегральных микросхемах памяти SDRAM (синхронное динамическое ОЗУ). Каждый информационный бит в SDRAM запоминается в виде электрического заряда крохотного конденсатора, образованного в структуре полупроводникового кристалла. Из-за токов утечки такие конденсаторы быстро разряжаются, и их периодически (примерно каждые 2 миллисекунды) подзаряжают специальные устройства. Этот процесс, как уже было сказано, называется регенерацией памяти (Refresh Memory). Микросхемы SDRAM имеют ёмкость 16 — 256 Мбит и более. Они устанавливаются в корпуса и собираются в модули памяти.
Большинство современных компьютеров комплектуются модулями типа DIMM (Dual-In-line Memory Module — модуль памяти с двухрядным расположением микросхем). В компьютерных системах на самых современных процессорах используются высокоскоростные модули Rambus DRAM (RIMM) и DDR DRAM.
DIMM
RIMM
В персональных компьютерах объем адресуемой памяти и величина фактически установленной оперативной памяти практически всегда различаются. Хотя объем адресуемой памяти может достигать 64 Гбайт, величина фактически установленной оперативной памяти может быть значительно меньше, например, «всего» 64 Мбайт.
Оперативная память — временная, т. е. данные в ней хранятся только до выключения ПК. Для долговременного хранения информации служат дискеты, винчестеры, компакт-диски и т. п. Конструктивно элементы памяти выполнены в виде модулей, так что при желании можно сравнительно просто заменить их или установить дополнительные и тем самым изменить объем общей оперативной памяти компьютера.
Кэш-память
Кэш (англ. cache), или сверхоперативная память — очень быстрое ЗУ небольшого объёма, которое используется при обмене данными между микропроцессором и оперативной памятью для компенсации разницы в скорости обработки информации процессором и несколько менее быстродействующей оперативной памятью.
Кэш-памятью управляет специальное устройство — контроллер, который, анализируя выполняемую программу, пытается предвидеть, какие данные и команды вероятнее всего понадобятся в ближайшее время процессору, и подкачивает их в кэш-память. При этом возможны как «попадания», так и «промахи». В случае попадания, то есть, если в кэш подкачаны нужные данные, извлечение их из памяти происходит без задержки. Если же требуемая информация в кэше отсутствует, то процессор считывает её непосредственно из оперативной памяти. Соотношение числа попаданий и промахов определяет эффективность кэширования.
Кэш-память реализуется на микросхемах статической памяти SRAM (Static RAM), более быстродействующих, дорогих и малоёмких, чем DRAM (SDRAM). Современные микропроцессоры имеют встроенную кэш-память, так называемый кэш первого уровня размером 8, 16, 32 или 64 Кбайт. Кроме того, на системной плате компьютера может быть установлен кэш второго уровня ёмкостью 256, 512, 1024 Кбайт и выше.
Постоянная память (ПЗУ)
Существует два типа памяти — память с произвольным доступом (RAM или random access memory). Это оперативная память. Ее мы только что рассмотрели, но помимо нее существует другой вид внутренней памяти — память, доступная только на чтение (ROM или read only memory). Это и есть постоянная память, или как по-другому ее называют постоянное запоминающее устройство (ПЗУ).
Память, доступная только на чтение используется для постоянного размещения определенных программ (например, программы начальной загрузки ЭВМ). В процессе работы компьютера содержимое этой памяти не может быть изменено.
Постоянная память (ПЗУ, англ. ROM, Read Only Memory — память только для чтения) — энергонезависимая память, используется для хранения данных, которые никогда не потребуют изменения. Содержание памяти специальным образом «зашивается» в устройстве при его изготовлении для постоянного хранения. Из ПЗУ можно только читать.
ПЗУ является энергонезависимым.
В ПЗУ находятся:
Отличия ОЗУ и ПЗУ :
Специальная постоянная память
Перепрограммируемая постоянная память (Flash Memory) — энергонезависимая память, допускающая многократную перезапись своего содержимого с дискеты.
К устройствам специальной памяти относятся перепрограммируемая постоянная память (Flash Memory), память CMOS RAM, питаемая от батарейки, видеопамять и некоторые другие виды памяти.
Перепрограммируемая постоянная память (Flash Memory) — энергонезависимая память, допускающая многократную перезапись своего содержимого с дискеты
Важнейшая микросхема постоянной или Flash-памяти — модуль BIOS. Роль BIOS двоякая: с одной стороны это неотъемлемый элемент аппаратуры, а с другой стороны — важный модуль любой операционной системы.
BIOS (Basic Input/Output System — базовая система ввода-вывода) — совокупность программ, предназначенных для автоматического тестирования устройств после включения питания компьютера и загрузки операционной системы в оперативную память
Разновидность постоянного ЗУ — CMOS RAM.
CMOS RAM — это память с невысоким быстродействием и минимальным энергопотреблением от батарейки. Используется для хранения информации о конфигурации и составе оборудования компьютера, а также о режимах его работы.
Рис 2. Микросхемы BIOS и CMOS
Содержимое CMOS изменяется специальной программой Setup, находящейся в BIOS (англ. Set-up — устанавливать, читается «сетап»).
К устройствам специальной памяти относят видеопамять. Видеопамять используется для хранения графической информации. Видеопамять содержит данные, соответствующие текущему изображению на экране.
Видеопамять (VRAM) — разновидность оперативного ЗУ, в котором хранятся закодированные изображения. Это ЗУ организовано так, что его содержимое доступно сразу двум устройствам — процессору и дисплею. Поэтому изображение на экране меняется одновременно с обновлением видеоданных в памяти.
Объем VRAM обычно составляет от 16 до 512 Мбайт.
Микросхема ПЗУ и система BIOS
ПЗУ (постоянное запоминающее устройство) – одна из важнейших микро- схем материнской платы. Микросхема ПЗУ способна длительное время хранить информацию, даже когда компьютер выключен. Программы, находящиеся в ПЗУ, называют «зашитыми» — их записывают туда на этапе изготовления микросхемы.
Комплект программ, находящихся в ПЗУ, образует базовую систему вво-
да-вывода (BIOS — Basic Input Output System). В BIOS записаны первичные про- граммы, с которых начинается работа компьютера. Как только на процессор поступает питание, он обращается в эту микросхему за своей самой первой программой. Если вы видели, как включается компьютер, и обращали внимание на белые буквы, пробегающие на черном фоне сразу после запуска, то знайте, что это вы наблюдали работу программ, записанных в BIOS.
Программы BIOS производят проверку основных систем компьютера сразу после включения, обеспечивают взаимодействие с клавиатурой и монитором, выполняет проверку дисководов и позволяют выполнить некоторые настройки чипсета материнской платы и даже самого процессора. Так, например, если ма- теринская плата может работать с несколькими частотами, то частоту можно задать с помощью переключателей на самой материнской плате или с помощью программы, записанной в BIOS. То же относится к коэффициенту внутреннего умножения частоты процессора (если она не задана «жестко», как в процессо- рах Intel Celeron).
У каждого способа управления есть достоинства и недостатки. Например,
управлять параметрами материнской платы с помощью перенастройки про- грамм BIOS удобно, поскольку это не требует разборки корпуса системного блока и доступа к материнской плате. С другой стороны, в случае ошибки в на- значении параметров можно сделать программы BIOS неработоспособными – тогда компьютер просто не запустится, и восстановить настройки BIOS про- граммным путем уже не удастся. В этом случае спасает настройки BIOS с по- мощью переключателей на материнской плате.
Микросхему BIOS легко найти. За исключением процессора это единст- венная микросхема, которая не впаяна в материнскую плату, а устанавливается на специальной колодке, так что ее можно вынуть и заменить. Самостоятельно этим лучше не заниматься.
Энергонезависимая память CMOS
Выше мы отметили, что работа таких стандартных устройств, как клавиа- тура, может обслуживаться программами, входящими в BIOS, но такими сред- ствами нельзя обеспечить работу со всеми возможными устройствами. Так, на- пример, изготовители BIOS абсолютно ничего не знают о параметрах наших жестких и гибких дисков, им не известны ни состав, ни свойства произвольной вычислительной системы (компьютера). Для того чтобы начать работу с другим оборудованием, программы, входящие в состав BIOS, должны знать, где можно найти нужные параметры. По очевидным причинам их нельзя хранить ни в оперативной памяти, ни в постоянном запоминающем устройстве.
Специально для этого на материнской плате есть микросхема «энергонеза-
висимой памяти», называемая CMOS. От оперативной памяти она отличается тем, что ее содержимое не стирается во время выключения компьютера, а от
ПЗУ она отличается тем, что данные в нее можно заносить и изменять само-
стоятельно, в соответствии с тем, какое оборудование входит в состав системы.
Эта микросхема постоянно подпитывается от небольшой батарейки, располо- женной на материнской плате. Заряда этой батарейки хватает на то, чтобы мик- росхема не теряла данные, даже если компьютер не будут включать несколько лет.
В микросхеме CMOS хранятся данные о гибких и жестких дисках, о про-
цессоре, о некоторых других устройствах материнской платы. Тот факт, что компьютер четко отслеживает время и календарь (даже и в выключенном со-
стоянии), тоже связан с тем, что показания системных часов постоянно хранят-
ся (и изменяются) в CMOS.
Таким образом, программы, записанные в BIOS, считывают данные о со-
ставе оборудования компьютера из микросхемы CMOS, после чего они могут выполнить обращение к жесткому диску, а в случае необходимости и к гибко- му, и передать управление тем программам, которые там записаны.
Жесткий диск
Жесткий диск (HDD – Hard Disk Drive) — основное устройство для долго- временного хранения больших объемов данных и программ. В обиходе его на- зывают «винчестером». Внутри Жесткого диска с большой скоростью враща- ются диски, покрытые магнитным слоем. По поверхностям этих дисков пере- мещаются головки чтения/записи. Диски и головки размещены в герметичном и прочном корпусе.
Жесткий диск – сложное устройство «высоких технологий». Он требует аккуратного обращения и соблюдения правил эксплуатации. Во время враще- ния дисков с высокой скоростью между их поверхностями и головками чте- ния/записи возникает тонкая воздушная подушка, предотвращающая касание (и повреждение) головками магнитного слоя дисков. При ударе или сильном толчке головка может коснуться поверхности диска и повредить магнитный слой. В некоторых случаях повреждается и сама головка.
Управление работой жесткого диска выполняет специальное аппаратно- логическое устройство – контроллер жесткого диска. В прошлом оно пред- ставляло собой отдельную дочернюю плату, которую подключали к одному из свободных слотов материнской платы. В настоящее время функции контролле- ров дисков выполняют микросхемы, входящие в микропроцессорный комплект (чипсет), хотя некоторые виды высокопроизводительных контроллеров жест- ких дисков по-прежнему поставляются на отдельной плате.
К основным параметрам жестких дисков относятся емкость и производи-
В настоящее время наиболее распространенными НЖМД являются диски емкостью 20–100 Гбайт и более. Производительность НЖМД характеризуется ско- ростью чтения/записи и средним временем доступа. В целом же быстродействие
диска в наибольшей степени определяется скоростью вращения пластин. В недо- рогих дисках она составляет 5400 об/мин, в более качественных – 7200 и более об/мин.
Современные НЖМД с интерфейсом IDE обладают достаточно большой на- дежностью, а их скорость обычно достаточна для решения любых стандартных задач. Исключение составляют задачи, требующие записи/считывания с диска
большого потока данных, например при записи на диск видеоданных с высоким разрешением. Высокопроизводительные НЖМД требуются также для использо- вания в серверах. Поэтому в них часто используются НЖМД с интерфейсом SCSI.
Они значительно дороже, чем IDE-накопители.
Некоторые производители (Seagate) заявляют, что благодаря использованию перспективных технологий уже в 2004 году будут выпущены НЖМД, способные хранить по несколько терабайтов.
Данные с жесткого диска передаются медленнее, чем из оперативной па- мяти, зато остаются на нем после выключения питания. Впрочем, скорость ра- боты жестких дисков все-таки выше, чем у большинства других внешних (ме-
Что такое ПЗУ и ОЗУ в компьютере или телефоне?
Современные компьютеры – это сложнейшие электронные устройства, выполняющие миллионы простейших операций в секунду.
Благодаря этому мы можем наслаждаться сложными игровыми мирами, смотреть фильмы в высоком качестве изображения, бродить в интернете и т.д. Мало чем уступают компьютерам и телефоны, которые тоже сегодня обязательно оснащаются всеми необходимыми атрибутами вычислительного устройства – высокопроизводительным процессором, оперативной и постоянной памятью, сокращенно – ОЗУ и ПЗУ.
Что такое ОЗУ?
Необходимость в оперативном запоминающем устройстве (сокращенно – ОЗУ или RAM) возникла уже у самых первых вычислительных машин, созданных в далекие 40-е годы. Буферная память, как ее иногда называют другими словами, используется при выполнении любого процесса.
Фактически, все операции, выполняемые процессором, используют ОЗУ для сохранения промежуточных результатов. Данные, хранимые в ОЗУ, изменяются очень быстро и никогда не сохраняются после выключения компьютера или телефона.
Объем оперативной памяти выбирается в соответствии с быстродействием процессора. От обширной оперативной памяти будет мало толку в сочетании с маломощным процессором. Соответственно, самый производительный процессор не сможет эффективно работать в комплекте с небольшим по объему памяти ОЗУ. 
Впрочем, мощному процессору можно помочь, «отщипнув» кусочек памяти от жесткого диска. Для телефона этот способ не годится, а в стационарном компьютере опытный пользователь вполне может осуществить «разгон», увеличив скорость его процессов.
Говоря простыми словами, ОЗУ – это устройство, используемое компьютером или телефоном как черновик. Туда записываются промежуточные результаты, которые быстро стираются и заменяются новыми, тоже промежуточными. Когда компьютер выключают, «черновик» уничтожается, так как хранить данные, записанные в его памяти, совершенно не обязательно.
Что такое ПЗУ?
Намного более сложными являются постоянные запоминающие устройства (сокращенно – ПЗУ или ROM), которые обладают одним очень важным свойством – сохраняют записанную информацию даже при полном выключении электропитания. В стационарном компьютере используется несколько видов ПЗУ:
– интегральная микросхема, на которой записан БИОС, размещенная на материнской плате и питающаяся от собственной батарейки-«таблетки»;
– жесткий диск, или винчестер, внутреннего или внешнего размещения;
– съемные карты памяти (флеш-память, microSD карты и т.д.); 
– лазерные диски CD, DVD и их накопители;
– флоппи-диски (сейчас уже полностью вышли из употребления).
Все эти устройства можно объединить одним названием – постоянные запоминающие устройства. Но, как правило, когда говорят о ПЗУ компьютера или телефона, имеют в виду только микросхему, в которой «прошит» базовый комплекс программного обеспечения.
Для того, чтобы изменить записанную в ней информацию, нужно специальное и очень сложное оборудование, обычный пользователь ни при каких условиях не сможет это сделать.
Информация, сохраняемая другими типами ПЗУ, делится на несколько разделов по степени важности для устройства:
– раздел для операционной системы;
– раздел для программ и приложений;
– раздел для остальной информации.
Операционную систему компьютера, как и мобильного телефона, при желании можно заменить или внести в нее исправления. Однако делать это нужно с осторожностью и только в том случае, когда вы полностью понимаете, к чему приведут эти изменения.
Если работа ОС будет нарушена, придется обращаться к специалисту для ее настройки, а может, и переустановки. Остальные разделы памяти могут без особых проблем стираться и перезаписываться, полностью или частично – на работоспособности устройства это не скажется. 
Итак, постоянное запоминающее устройство компьютера – это его «память», информация в которой сохраняется, даже если питание будет выключено. ПЗУ можно назвать чистовой тетрадью компьютера, куда записываются только результаты процессов для постоянного хранения.
Bios для чего служит
Любой более-менее продвинутый компьютерный пользователь должен знать, что такое BIOS, для чего он необходим и как его правильно настроить. На самом деле BIOS — это очень интересная вещь, с помощью него можно произвести настройку практически всех комплектующих системного блока. Ну а теперь давайте обо всём по порядку.
Что такое BIOS и для чего он нужен?
BIOS – это собрание микропрограмм, которые позволяют произвести настройку отдельных комплектующих системного блока, а также загрузчику операционной системы и прочую настройку важных параметров. Дословно BIOS можно назвать базовой системой ввода-вывода.
Многие пользователи-новички спрашивают о том, где находится BIOS? BIOS находится в материнской плате и это неспроста, так как именно материнская плата отвечает за взаимодействие и работу всех комплектующих компьютера.
На фотографии выше вы можете посмотреть, как выглядит BIOS. Многие с нами согласятся, что вид BIOS несколько староват, а если быть до конца честными — «деревянный». Тем не менее, последние модели материнских плат фирмы Asus имеют достаточно красивый и современный дизайн, более того он русифицирован. В данной же статье настройку BIOS мы произведём на примере старого вида, так как это сложнее, да и главное, чтобы вы поняли суть BIOS. Если вы поймёте суть, как работать в BIOS со старым дизайном, то вам не составит труда разобраться в новом.
Функции BIOS
Как было сказано ранее, главная функция BIOS заключается в аппаратной настройке компьютера. С помощью BIOS вы можете:
Наиболее основные функции BIOS мы рассмотрим более детально чуть ниже, но а сперва расскажем о работе самого BIOS.
Работа с BIOS
Как попасть в BIOS
Для того чтобы попасть в BIOS — нужно при перезагрузке или запуске компьютера зажать на клавиатуре клавишу «Delete» или «F1», в зависимости от материнской платы, после чего вы попадаете в BIOS.
Управлять в BIOS можно с помощью 5 кнопок:
Кроме того, вы можете установить заводские настройки BIOS, нажав на клавишу «F9», а нажав клавишу «F10» — вы сохраните внесённые настройки и выйдете из меню.
Что касается управления BIOS в новом дизайне материнских плат Asus, то оно осуществляется с помощью мышки. В принципе, в управлении как старого, так и нового BIOS — нет ничего сложного.
Как сбросить BIOS?
Иногда продвинутые пользователи производят сброс настроек BIOS. Это делается для того, чтобы вернуть настройки BIOS до заводских, в случае если внесённые ими изменения привели к проблемам в работе всего компьютера или отдельных устройств. Найдите в материнской плате контакты, которые подписаны как: CCMOS, Clear CMOS или же Clear RTC. У каждого производителя, а может быть даже и в каждой разной модели материнской платы могут быть свои варианты сброса настроек BIOS. Важно отметить, что любые работы по сбросу настроек BIOS нужно проводить при выключенном компьютере, а также при выключенном от питания системном блоке и других подключённых к нему устройств.
После того, как вы сбросили BIOS — рекомендуем проверить настройки времени и приоритет загрузки.
Перепрошивка BIOS
Прошивка BIOS. Как ни странно, но BIOS имеет свою прошивку, которую можно обновлять. Обновление прошивки позволит исключить некоторые проблемы с работой BIOS, а также с его настройками. Особой необходимости в обновлении прошивки нет, но если у вас есть проблемы в работе BIOS или вы владеете достаточными познаниями, чтобы произвести данную процедуру – то можете обновить прошивку BIOS. О том, как обновить BIOS читайте в мануалах, в которых данный процесс описан конкретно под вашу материнскую плату.
Скачать последнюю версию прошивки BIOS для своей материнской платы вы сможете с официального сайта её производителя. Как правило, перепрошивка BIOS производится через специальную утилиту, которая находится на диске с драйверами и настройками. Такой диск идёт в комплекте с материнской платой.
Подробнее об обновлении BIOS — читайте тут.
Как правильно настроить BIOS
Итак, теперь давайте рассмотрим, как правильно настроить BIOS. Находясь в главном меню BIOS, стрелочками переведите курсор на часы и установите правильное время с помощью клавиш «PageUp» и «PageDown». Затем перейдите в настройки даты и с помощью тех же кнопок выставьте сегодняшние число, месяц и год. Это очень важно, так как на основе данной даты и времени работает как сама операционная система, так и большинство программ. Стоит отметить, что в BIOS установлен американский формат даты, поэтому сначала идёт месяц, день и год. Чтобы перейти в следующий раздел настроек – нажмите стрелочку вправо.
Во вкладке Advanced настраивать особо ничего не нужно, так как она отвечает за работу устройств, поэтому переходим к следующей вкладке.
Вкладка Security позволяет произвести настройку безопасности. Её мы также касаться не будем, так как для домашнего компьютера это не нужно, как, например, для офисного. Переходим в следующий раздел.
В разделе Boot вы можете настроить приоритет загрузки операционной системы. Мастера сайта Masterservis24.ru настоятельно рекомендуют произвести настройку загрузки, для того чтобы сократить время загрузки операционной системы. Если в качестве первичного устройства для загрузки ОС установлен CD-ROM, то перед тем как загрузить систему с жёсткого диска загрузчик проверит CD-ROM, а через несколько секунд, ничего не обнаружив, начнёт загрузку операционной системы с винчестера. В зависимости от модели материнской платы настройки приоритета загрузки будут иметь разные надписи. Первичный источник загрузки может называться: «1st Boot Device» или «First Boot Device». Установите курсор напротив данного параметра и нажмите «Enter». В появившемся меню стрелочками выберете пункт «Hard Disk» и опять нажмите «Enter». Затем перейдите к параметру «2nd Boot Device» или «Second Boot Device» и установите значение «CDROM». В параметре «3rd Boot Device» или «Third Boot Device» рекомендуем установить значение «Disabled».
Для того чтобы сохранить внесённые настройки, переходим в раздел «Exit» и выбираем пункт «Exit Saving Changes» и нажимаем «Enter». Если же вы хотите только сохранить настройки, не выходя из BIOS, то выберете пункт «Save Changes». Кроме того, вы можете загрузить из меню Биос настройки по умолчанию, выбрав «Load Setup Defaults» или выйти из BIOS без сохранения, выбрав «Exit Discarding Changes».
На этом необходимые настройки были внесены в BIOS.
Содержание
Термин «BIOS» [ править | править код ]
Термин «BIOS» употребляется по отношению к устройствам, совместимым с персональными компьютерами фирмы IBM. Для устройств, построенных на базе иных платформ, используются другие термины. Например, для компьютеров архитектуры SPARC набор микропрограмм может называться «PROM» или «Boot».
BIOS материнской платы [ править | править код ]
В IBM PC-совместимом компьютере, использующем микроархитектуру x86, код BIOS хранится на микросхеме EEPROM (ЭСППЗУ — электрически стираемое перепрограммируемое постоянное запоминающее устройство).
Начальная загрузка компьютера [ править | править код ]
После включения IBM PC-совместимого компьютера процессор, реализующий микроархитектуру x86, читает код BIOS из ПЗУ (с микросхемы EEPROM), записывает его в ОЗУ (оперативную память) и передаёт управление коду BIOS.
В дальнейшем загрузчик ищет и загружает в память код операционной системы и передаёт ему управление.
BIOS реализует API для работы с внутренними и внешними устройствами компьютера. Загрузчик ОС и сама ОС используют это API для работы с оборудованием до тех пор, пока не загрузят собственные драйверы.
В настоящее время компания Intel на новых платформах предлагает использовать extensible firmware interface (UEFI) вместо BIOS.
Инициализация и проверка работоспособности аппаратуры [ править | править код ]
Бо́льшую часть кода BIOS составляют микропрограммы, предназначенные для инициализации контроллеров, расположенных на материнской плате, и устройств, подключённых к материнской плате (которые, в свою очередь, могут иметь контроллеры с собственными BIOS).
Сразу после включения питания компьютера процессор читает код BIOS из EEPROM, записывает код BIOS в память и передаёт ему управление. Первым делом код BIOS начинает проверку аппаратного обеспечения компьютера — POST (англ. power-on self-test ). В ходе POST код BIOS проверяет работоспособность контроллеров, расположенных на материнской плате, задаёт низкоуровневые параметры их работы (например, частоту шины и параметры центрального микропроцессора, контроллера оперативной памяти, контроллеров шин FSB, AGP, PCI, USB).
Если во время POST случится сбой, код BIOS может выдать информацию, позволяющую выявить причину сбоя. Кроме вывода сообщения на монитор (а также в случаях, если нет возможности вывести сообщение на монитор), используется звуковой сигнал, воспроизводимый при помощи встроенного динамика (спикера). Звуковые сигналы по высоте тона, продолжительности и комбинациям могут различаться в зависимости от производителя и версии BIOS.
Загрузка операционной системы [ править | править код ]
Если POST выполнен без ошибок, код BIOS начнёт поиск кода загрузчика ОС. Поиск выполняется на доступных и разрешённых в настройках носителях:
Код BIOS загрузит код загрузчика ОС в память и передаст ему управление.
Загрузчик ОС и сама ОС по ходу работы могут изменять большинство настроек, установленных кодом BIOS.
Некоторые реализации BIOS поддерживают загрузку через интерфейсы, изначально для этого не предназначенные (USB и IEEE 1394).
Утилиты, доступные без загрузки ОС [ править | править код ]
Старые компьютеры семейства IBM PC/XT не имели полноценной операционной системы (либо её загрузка не была необходима пользователю), вызывали встроенный интерпретатор языка BASIC (который выполнял роль простейшей ОС).
Некоторые BIOS предоставляют дополнительную функциональность:
Примитивное API [ править | править код ]
IBM-совместимые компьютеры изначально конструировались так, чтобы предоставить возможность расширения. По этой причине работа с дисками и экраном выполнялась через функции BIOS — при появлении нового оборудования переписывается BIOS, а программы продолжают работать, как и раньше. Ранее для этого использовались порты ввода-вывода и блоки памяти.
Код BIOS предоставляет несколько интерфейсов, упрощающих составление программ, — например, функции для работы с экраном в телетайпном режиме, функции для сканирования клавиатуры. Эти API позволяют работать с оборудованием на низком уровне, поэтому в названии «BIOS» присутствует слово «базовый».
Функции BIOS используются простейшими ОС (такими, как DOS). Современные ОС, такие как Windows и Linux, пользуются функциями BIOS только в момент загрузки и в «аварийных» режимах — после загрузки они используют свои драйверы, а не BIOS.
С развитием компьютерных систем в коде BIOS продолжали использоваться устаревшие технологии: прежде всего «реальный режим» работы процессора x86.
Для замены BIOS рядом производителей вычислительных систем (Unified EFI Forum (англ.), UEFI) предложена и внедряется технология EFI.
Настройка оборудования с помощью меню [ править | править код ]
Чтобы позволить пользователям менять настройки оборудования, код BIOS, как правило, реализует экранное меню.
Некоторые возможности меню:
Сами состояния настроек не находятся непосредственно в микросхеме ПЗУ BIOS-а. Они записываются в энергонезависимое ОЗУ (NVRAM), физически находящееся в другой микросхеме (очень часто — в ячейках памяти южного моста). В выключенном состоянии компьютера питание ячеек NVRAM осуществляется от собственного источника, в качестве которого очень часто используются литиевые элементы CR2032 и подобные (одновременно использующиеся для резервного питания встроенных аппаратных системных часов).
Так как существует вероятность неправильной настройки оборудования (неудачный разгон, воздействие вирусов, неправильные значения параметров, аппаратный сбой), предусмотрена возможность возврата настроек по умолчанию (сброса настроек). Сбросить настройки можно несколькими способами:
SLIC [ править | править код ]
С выходом ОС Windows Vista производители компьютеров стали внедрять в BIOS таблицу SLIC («ACPI_SLIC table», SLIC — аббревиатура от англ. software licensing description table ). В таблице SLIC хранится информация о лицензировании ПО. Таблица SLIC является первым из трёх компонентов, созданных для OEM активации ОС семейства Microsoft Windows в режиме offline (без доступа к сети Интернет).
ОС Windows при установке проверяет наличие в BIOS таблицы SLIC, ищет в таблице SLIC код продукта OEM и цифровой сертификат OEM для выполнения активации.
Код продукта OEM (OEM SLP или system locked pre-installation (англ.) русск. ) — специальный 25‑значный ключ‑лицензия. Выдаётся только крупным производителям комплектующих. Является вторым компонентом OEM активации в режиме offline.
Для активации ОС Windows использует определённый алгоритм. Этот алгоритм проверяет все три компонента и в случае успеха автоматически активирует ОС Windows.
Что такое BIOS?
BIOS – это аббревиатура англоязычного термина Basic Input-Output System (базовая система ввода-вывода).
Как известно, компьютер – это совокупность того, что можно увидеть и потрогать (аппаратные средства) и того, что увидеть и потрогать нельзя (программное обеспечение).
По отдельности эти части бесполезны и безжизненны.
Аппаратная часть (материнская плата, процессор, память, блок питания и прочее) без программной – это мертвая кучка железа и пластмассы, способная, в лучшем случае, издавать жужжание.
Программная часть – абстрактная информация, необозримый массив битов, ноликов и единичек. «Матрица», в которой понять ничего невозможно.
И лишь правильное взаимодействие программной и аппаратной частей являет миру компьютер – ту технику, которая давно и прочно вошла во все поры общества.
Взаимодействие аппаратной и программной частей происходит посредством базовой системы ввода-вывода
По существу, BIOS представляет собой набор драйверов, физически расположенных в микросхеме памяти ROM (Read Only Memory – постоянное запоминающее устройство, ПЗУ) или жестком диске (винчестере). Драйвер – это небольшая управляющая программа.
Таким образом, система ввода-вывода сочетает в себе и аппаратные и программные части на самом, так сказать, первичном уровне. В первых компьютерах драйверы BIOS находились только в микросхемах памяти на материнской плате и видеоадаптере. Набор устройств «на борту» был тогда небольшой, и все умещалось в микросхемы.
Зачем нужен элемент питания?
Микросхема CMOS потребляет ток меньше микроампера, поэтому для ее питания используется маломощный литиевый элемент типа 2032 напряжением 3 В.
Он служит несколько лет. Напряжение на нем постепенно «садится», и когда оно достигнет некоего порога (около 2,8-2,9 В), микросхема «забудет» настройки. Компьютер в этом случае может не запуститься и даже не подавать признаком жизни. И можно сделать ложный вывод о неисправности материнской платы.
Раньше, в первых моделях компьютеров, использовались никель-кадмиевые аккумуляторы. От долгой эксплуатации они могли потечь. И это вызывало проблемы, так как вытекший из них электролит мог повредить проводники материнской платы. Современные литиевые элементы ведут себя «спокойно» и не текут даже при полном разряде.
Что такое POST?
В микросхеме ПЗУ базовой системы ввода-вывода материнской платы содержится и программа самотестирования POST (Power On Self Testing). Она начинает выполняться сразу после включения. Производится тестирование наличия и исправности контроллеров винчестера, гибких дисков, видеоадаптера, памяти и остального «железа».
В старых моделях компьютеров тестирование памяти сопровождалось щелчками или другими звуками из динамика. Не отдельных звуковых колонок, подключаемых к аудиовыходу, а специального динамика (Speaker), подключаемого к специальному разъему материнской платы. Динамик может устанавливаться и на самой плате.
Если оборудование исправно, то динамик издает короткий звук, говорящий об отсутствии проблем.
Если издается продолжительный звук (или несколько), то имеет место неисправность.
В частности, периодически повторяющаяся комбинация из длинного и трех коротких гудков свидетельствует о проблемах со съемным видеоадаптером. А длинные гудки – о неисправности или отсутствии памяти.
Другое дело, что для программ POST (и BIOS) разных производителей эти комбинации различны. Впрочем, если компьютер не издает никаких гудков после включения, это еще не означает, что материнская плата или что-то другое неисправны. Может быть, неисправен динамик или сборщик сэкономил на его установке.
Настройки, полученные с помощью SETUP, хранятся в микросхеме CMOS, там же находятся и RTC (Real Time Clock — часы реального времени).
Первым признаком того, что пора менять элемент, служит сброс даты и времени после выключения компьютера. В старых компьютерах микросхема RTC устанавливалась отдельно на материнской плате. Теперь она входит в состав чипсета (одной из больших микросхем, где напихано еще много чего).
Не все драйвера находятся в микросхеме BIOS!
В первых моделях компьютеров все необходимые для работы компьютера драйвера для работы с «железом» располагались в ПЗУ материнской платы и ПЗУ видеоадаптера. Уже в самом начале эры персональных компьютеров было несколько разных типов видеоадаптеров. Чтобы записать драйвер видеокарты в ПЗУ BIOS материнской платы, надо было перепрограммировать ПЗУ с помощью специального оборудования.
Это было очень неудобно и дорого – надо было вынуть микросхему из разъема, вставить ее в специальное устройство — программатор, и переписать ее содержимое. Поэтому придумали другую идеологию – программа, записанная в ПЗУ BIOS материнской, платы сканировала все ПЗУ на других платах расширения. Она же делала их адреса частью адресного пространства памяти компьютера.
С тех пор ситуация, с одной стороны, упростилась, а с другой – усложнилась. Теперь, чтобы перепрограммировать ПЗУ BIOS материнской платы, не надо вынимать его из разъема, это можно сделать с помощью встроенных аппаратных средств. В качестве ПЗУ используется EEPROM (электрически стираемое ПЗУ) и flash микросхемы.
С другой стороны, объемы адресного пространства памяти сильно возросли и тех 16- разрядных драйверов, которые «зашиты» в ПЗУ давно не хватает. С помощью 16 разрядов можно обратиться к 65536 ячейкам памяти. Смехотворно мало по нынешним временам!
Поэтому программа-загрузчик, находящаяся в BIOS, обращается к жесткому диску и грузит в память 32-разрядные драйвера оттуда. Загружается в память и операционная система, и необходимые приложения.
Как сбросить настройки BIOS
Существует возможность аппаратного сброса настроек BIOS.
Это может потребоваться после неудачных экспериментов с настройками для разгона системы.
Или если случайно изменили настройки и забыли что сделали. Как правило, возле микросхемы ПЗУ или батарейки имеются так называемый «джампер» (перемычка).
Она может замыкать два штырька из трех. Одно положение – это нормальная работа (Normal), обычный рабочий режим. Другое – сброс настроек BIOS (Clear CMOS). Чтобы сбросить настройки, надо переставить перемычку из нормального положения в Clear CMOS.
Для этого надо выключить питание и вынуть вилку питающего шнура из электрической сети. Затем надо извлечь перемычку (можно использовать медицинский пинцет), поставить ее в режим сброса на несколько секунд. Затем надо вернуть перемычку на место. Теперь настройки сброшены!
В старых компьютерах для сброса достаточно было извлечь батарейку на некоторое время. Микросхема CMOS, лишенная питания, «забывала» настройки. Вы спросите: «А почему сейчас так не поступают, зачем еще какие-то перемычки?»
Дело в том, что современные микросхемы CMOS потребляют очень малый ток. А на материнской плате стоит несколько электролитических конденсаторов общей емкостью более десятка тысяч микрофарад. Конденсаторы служит локальными источниками энергии, в частности, для импульсного стабилизатора, питающего ядро процессора.
Токи, потребляемые современными процессорами, достаточно велики, поэтому число и емкости конденсаторов возросли. И напряжение на них держится достаточно долго. Оно то и подпитывает микросхему. Можно, конечно, обождать несколько десятков минут или часов. Но ведь проще переставить перемычку!
Пожалуй, на сегодня все. Надеюсь, уважаемые читатели, что вопрос «Что такое BIOS и зачем она» для Вас немного прояснился. В следующих статьях мы продолжим знакомиться с тем, как устроен компьютер.
Подпишитесь на обновления, чтобы не пропустить интересную статью.
