Меню
Главная
Авторизация/Регистрация
 
Главная arrow Техника arrow Архитектура компьютера

Глава 8 Базовая система ввода-вывода (BIOS)

8.1. Структура BIOS

Базовая система ввода-вывода (BIOSBasic Input/Output System) представляет собой совокупность специализированных программ, предназначенных для обеспечения взаимодействия микропроцессора (МП) с периферийными устройствами ПЭВМ (монитором, клавиатурой, накопителями и др.). Для управления ими МП должен прервать вычисления и начать выполнять одну из этих программ. Чтобы это произошло, необходимо, чтобы соответствующее устройство выработало требуемую команду, т. е. выполнило запрос прерывания.

Переключение работы МП, выполненное по запросу прерывания от одного из устройств, входящих в состав ПЭВМ, называется аппаратным прерыванием. Если это переключение происходит по команде, вырабатываемой в результате выполнения программы, то такое прерывание называется программным. Некоторые из аппаратных прерываний закреплены за определенным типом оборудования: IRQ 0 — за таймером (устройством отсчета текущего времени), IRQ 1 — за клавиатурой, IRQ 6 — за дисководом, IRQ 13 — за сопроцессором, IRQ 14 и IRQ 15 — за НМД. Другие номера прерываний могут распределяться другому оборудованию, устанавливаемому в ПЭВМ, причем некоторые из них (например, IRQ 2) могут использоваться для расширенной (каскадной ) адресации, когда один и тот же номер соответствует нескольким устройствам. Каждое из прерываний имеет свой приоритет, который последовательно уменьшается, начиная от наивысшего, соответствующего IRQ 0. При одновременном поступлении нескольких запросов прерывания обрабатывается тот из них, который имеет старший приоритет. При обработке одного из прерываний все поступающие другие прерывания (кроме немаскируемых) записываются в очередь.

Каждая находящаяся в BIOS специализированная программа взаимодействия МП с периферийными устройствами ПЭВМ позволяет преобразовать команду взаимодействия в серию шагов, необходимых для ее выполнения (включая обнаружение ошибок и их коррекцию). Напомним, что эти программы называются программами обработки прерываний, или обработчиками прерываний.

Для примера перечислим некоторые действия, выполняемые НМД при обращении к нему с помощью прерывания:

  • • установка магнитных головок в исходное состояние;
  • • получение параметров накопителя;
  • • проверка готовности накопителя;
  • • поиск цилиндра диска;
  • • чтение сектора диска;
  • • запись сектора диска;
  • • проверка секторов диска;
  • • форматирование дорожки диска и др.

Каждое из этих действий выполняется с помощью отдельной программы, поэтому для обращения к ним должен быть указан как основной номер прерывания (IRQ), показывающий тип оборудования, с которым производится взаимодействие, так и дополнительные номера (иногда называемые службами), конкретизирующие выполняемые действия. Адреса начала расположения программ обработки прерываний в памяти компьютера называются векторами прерываний. Во время запуска компьютера BIOS указывает (устанавливает) каждому из прерываний, с которыми может работать МП, адреса расположения соответствующих программ (векторов прерываний). Различным устройствам требуются различные обработчики, поэтому необходимо извещать компьютер о том, какие из устройств подключены и в каких режимах они работают. Для этого служит входящая в BIOS программа установки режимов работы оборудования — Setup.

В связи с этим BIOS состоит из двух частей: в первой указывается тип установленного в компьютер оборудования и режимы его работы; во второй находятся программы взаимодействия с установленными устройствами ПЭВМ, а также запуска, тестирования и остановки компьютера. Обе эти части связаны между собой и помещены в отдельную микросхему. Программная часть BIOS обычно изменяется редко и сохраняется в его ПЗУ. Сведения об оборудовании должны вводиться при его установке, добавлении, уточнении режимов работы, поэтому они помещаются в изменяемую часть BIOS. Без этих данных компьютер не сможет правильно работать с входящими в его состав устройствами, а значит, например, не сможет загрузить в ПЭВМ операционную систему. Указанные сведения считываются после включения питания компьютера сразу же, поэтому они должны сохраняться и при выключенном питании ПЭВМ. Поэтому микросхему BIOS подключают к специальной батарейке (аккумулятору), поддерживающей ее работоспособность при выключенном питании компьютера. Если оборудование в BIOS Setup указано неправильно, то работа с ним выполняется в соответствии с установленными в BIOS параметрами оборудования: например, на жестком диске используется только та его поверхность, размеры которой указаны, хотя реально она может быть значительно большей. Если находящееся в компьютере или подключенное к нему устройство в BIOS Setup не отмечено совсем, то взаимодействие с ним не производится.

Очень часто при загрузке операционной системы обработчики прерываний переписываются из BIOS в определенные ячейки оперативной памяти ПЭВМ, обычно называемые Shadow Memory («скрытая память»). Это позволяет ускорить работу с оборудованием, так как ячейки ПЗУ всегда обладают меньшим быстродействием, чем ячейки ОЗУ.

В настоящее время в BIOS предусматривается возможность обновления обработчиков прерываний, поэтому сохраняющую их микросхему делают перепрограммируемой (Flash Memory). Большое разнообразие производимого оборудования и специфичность управления его работой привели к введению многими производителями в состав самого оборудования специализированной системы ввода-вывода (дополнительной BIOS, отдельной от основной, установленной на системной плате). Она содержит программы, рекомендуемые производителями для взаимодействия компьютера с оборудованием данной марки, и повышает эффективность работы подключаемых устройств.

Кроме программ взаимодействия с оборудованием BIOS также содержит программу начальной диагностики аппаратных средств, установленных в компьютере, называемую POST (Power On Self Test — самотестирование после включения питания). Она выполняет проверку работоспособности устройств — как основных, так и периферийных, указанных в BIOS Setup: процессора, оперативной памяти, жесткого диска и т. д. Если все они работоспособны, то выдается короткий звуковой сигнал и начинается подготовка компьютера к загрузке операционной системы: сначала устанавливаются принятые по умолчанию значения векторов прерываний, DMA, затем считываются данные из загрузочного сектора загрузочного диска и т. д. Если в процессе выполнения диагностики программой POST или при загрузке операционной системы обнаружены аппаратные ошибки, то сообщения о них выводятся на экран монитора. Кроме того, неисправность некоторых устройств ПЭВМ индицируется звуковыми сигналами, каждый из которых характерен для определенного вида оборудования: например, непрерывный или несколько коротких сигналов указывает на неисправность источника питания; один длинный и один короткий — на неисправность ОЗУ; один длинный и два или три коротких — на неисправность видеокарты или монитора и т. д.

Контрольные вопросы и задания

  • 1. Для чего предназначена базовая система ввода-вывода (BIOS)?
  • 2. Из каких частей состоит BIOS?
  • 3. Охарактеризуйте каждую из частей BIOS.
  • 4. Что такое обработчик прерываний?
  • 5. Что такое вектор прерываний?
  • 6. Для чего нужна Setup?
  • 7. С помощью какой программы производится первоначальная проверка устройств, установленных в компьютере?
 
Посмотреть оригинал
< Пред   СОДЕРЖАНИЕ ОРИГИНАЛ   След >
 
Популярные страницы