Микросхема пзу и система bios краткий конспект
Обновлено: 20.05.2024
Постоянные запоминающие устройства (ПЗУ или Read Only Memory - ROM), которые также часто называют энергонезависимыми (или Non Volatile Storage), обеспечивают сохранение записанной в них информации и при отсутствии напряжения питания.
Виды пзу по принципу действия:
Масочное ПЗУ (MROM) - информация "защита" по специальному шаблону или маске при его изготовлении и изменению не подлежит.
Программируемое ПЗУ (PROM) - пользователю предоставляется возможность самостоятельно запрограммировать ПЗУ после его изготовления. Программирование осуществляется специальным устройством программатором и состоит в пережигании плавких перемычек. После такого программирования содеждимое памяти не может быть изменено.
Стираемые программируемые ПЗУ (EPROM) - записанная информация может стираться с помощью интенсивного ультрафиолетового излучения (за 10-15 мин). Новая запись осуществляется с помощью специального программатора
Микросхема ПЗУ содержит матрицу запоминающих элементов (накопитель), дешифратор, усилители-формирователи.
Рис. 1. Микросхема ПЗУ
Записанная информация содержится в наличии (соответствует 1) или отсутствии (соответствует 0) диода на пересечении горизонтальных шин строки с вертикальными выходными шинами.
При большой информационной емкости накопителя и множестве разрядных шин проявляются недостатки матрицы диодных ЗЭ:
значительный ток утеки через множество обратно смещенных диодов, который может привести к нарушению работоспособности;
невысокое быстродействие, обусловленное перезарядкой емкостей шины данных,
большая нагрузка выходов дешифратора, выдающих при больших коэффициентах разветвления сигналы непосредственно на усилители.
В ПЗУ однократно программируемых пользователем (ППЗУ) или Programmable ROM (PROM) в поставляемой изготовителем микросхеме все ЗЭ подключены к шинам. Процесс программирования заключается в пережигании изготовленных из нихрома или поликрем-ния плавких перемычек по заданному адресу с помощью мощных импульсов тока.
В многократно программируемых пользователем (репрограммируемых) ПЗУ или Erasable PROM (EPROM) применяют бистабильные МДП транзисторы с электрически формируемыми низким и высоким уровнями порогового напряжения отпирания.
BIOS (Basic Input/Output System - базовая система ввода / вывода) - это программа для первоначального запуска компьютера, настройки оборудования и обеспечения функций ввода / вывода. Программа настройки BIOS может называться BIOS Setup Utility или CMOS Setup Utility. Часто используется сокращенные названия этой программы, например, BIOS Setup или просто Setup. Иногда программу настройки называют просто BIOS, но это не совсем корректно, поскольку Bios Setup - это один из компонентов BIOS.
Назначение и функции BIOS
BIOS записывается в микросхему flash - памяти, которая расположена на системной плате. Изначально основным назначением BIOS было обслуживание устройств ввода / вывода (клавиатура, экрана и дисковых накопителей), поэтому ее и назвали базовая система ввода / вывода.
В современных компьютерах BIOS выполняет несколько функций:
Настройка параметров системы с помощью программы BIOS Setup. Во время процедуры POST оборудование настраивается в соответствии с параметрами, хранящимися в специальной CMOS - памяти. Изменяя эти параметры, пользователи могут конфигурировать отдельные устройства и систему в целом по своему усмотрению. Редактируются они в специальной программе, которую называют BIOS Setup или CMOS Setup.
Поддержка функций ввода / вывода с помощью программных прерываний BIOS. В составе системной BIOS есть встроенные функции для работы с клавиатурой, видеоадаптером, дисководами, жесткими дисками, портами ввода / вывода и др. Эти функции использовались в операционных системах, подобных MS-DOS, и почти не применяются в современных версиях Windows.
BIOS материнской платы содержит много настроек:
Настройка времени системных часов и даты календаря.
Запуск аппаратуры в форсированном (или, наоборот, щадящем) режиме, сброс до заводских настроек.
Активация/отключение встроенного в материнскую плату оборудования (USB-, COM- и LPT-портов, встроенного видео-, сетевого или звукового адаптера).
Отключение некоторых тестов, что ускоряет загрузку ОС.
Очерёдность носителей, с которых производится загрузка компьютера: жёсткий диск, USB-накопители, CD-ROM, загрузка с сетевой платы по технологии PXE и т. д. Если загрузка с первого носителя не удалась, BIOS пробует второй по списку, и т. д.
Неверные настройки BIOS могут нарушить работу компьютера. Справочную информацию по настройке можно найти в инструкции к материнской плате или в сети.
Программа настройки BIOS (англ. BIOS Setup) вызывается во время проверки работоспособности нажатием определённой клавиши. Кроме того, существуют определённые комбинации клавиш, позволяющих запустить микропрограмму восстановления (перезаписи) BIOS в микросхеме в случае повреждения её аппаратно, либо вирусом, а также восстановить заводские настройки, позволяющие запустить компьютер после неверных настроек или в случае неудачного разгона.
В ПЗУ находятся загрузочные программы операционных систем, программы тестирования устройств компьютера, драйвера базовой системы ввода-вывода (программы, управляющие монитором, клавиатурой, принтером, внешней памятью), программы остановки компьютера (BIOS).
Важнейшая микросхема ПЗУ — 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. |
Емкость ПЗУ не превышает 128 Кбайт. Быстродействие у постоянной памяти меньше, чем у оперативной, поэтому для повышения производительности содержимое ПЗУ копируется в ОЗУ, и во время работы непосредственно используется только эта копия, называемая также теневой памятью ПЗУ.
В первый момент после включения процессору нужны команды, но оперативная память помнит их лишь доли секунды после выключения. Поэтому в момент включения на адресной шине процессора выставляется стартовый адрес. Это происходит аппаратно, без участия программ. Процессор обращается по выставленному адресу за своей первой командой и далее начинает работать по программам. Стартовый адрес указывает на постоянное запоминающее устройство ПЗУ, которое способно длительно хранить информацию и при выключенном компьютере, так как информация зашита туда на этапе изготовления.
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.
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-
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
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-
- Для учеников 1-11 классов и дошкольников
- Бесплатные сертификаты учителям и участникам
Лекция 11Система 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
Рис. 4.1. Условное разделение PC -совместимой системы на несколько слоев
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 9 x , Windows NT , Windows 2000, OS/2, Linux или другой — для одного и того же устройства необходимы свои драйверы. Как видно из рис. 4.1, приложения и операционная система идентичны в большинстве компью теров, 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 Y 2 K — 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 ROMBIOS . 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.
■ Программа установки параметров 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.
■ Загрузчик операционной системы — подпрограмма, выполняющая поиск действующего основного загрузочного сектора на дисковых устройствах. При обнаружении сектора, соответствующего определенному минимальному критерию (его сигнатура должна заканчиваться байтами 55 AAh ), 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 .
В момент включения компьютера в его оперативной памяти нет ничего – ни данных, ни программ, поскольку оперативная память не может ничего хранить без подзарядки ячеек более сотых долей секунды, но процессору нужны команды, в том числе и в первый момент после включения.
Поэтому сразу после включения на адресной шине процессора выставляется стартовый адрес. Это происходит аппаратно, без участия программ (всегда одинаково). Процессор обращается по выставленному адресу за своей первой командой и далее начинает работать по программам.
Энергонезависимая память CMOS
Работа таких стандартных устройств, как клавиатура, может обслуживаться программами, входящими в BIOS, но такими средствами нельзя обеспечить работу со всеми возможными устройствами. Изготовители BIOS абсолютно ничего не знают о параметрах наших жестких и гибких дисков, им не известны ни состав, ни свойства произвольной вычислительной системы. Для того чтобы начать работу с другим оборудованием, программы, входящие в состав BIOS, должны знать, где можно найти нужные параметры. Их нельзя хранить ни в оперативной памяти, ни в постоянном запоминающем устройстве.
В микросхеме CMOS хранятся данные о гибких и жестких дисках, о процессоре, о некоторых других устройствах материнской платы. Тот факт, что компьютер четко отслеживает время и календарь (даже и в выключенном состоянии), тоже связан с тем, что показания системных часов постоянно хранятся (и изменяются) в CMOS.
Таким образом, программы, записанные в BIOS, считывают данные о составе оборудования компьютера из микросхемы CMOS, после чего они могут выполнить обращение к жесткому диску, а в случае необходимости и к гибкому, и передать управление тем программам, которые там записаны.
Жесткий диск
Над каждой поверхностью располагается головка, предназначенная для чтения-записи данных. При высоких скоростях вращения дисков (90 об/с) в зазоре между головкой и поверхностью образуется аэродинамическая подушка, и головка парит над магнитной поверхностью на высоте, составляющей несколько тысячных долей миллиметра. При изменении силы тока, протекающего через головку, происходит изменение напряженности динамического магнитного поля в зазоре, что вызывает изменения в стационарном магнитном поле ферромагнитных частиц, образующих покрытие диска. Так осуществляется запись данных на магнитный диск.
Операция считывания происходит в обратном порядке. Намагниченные частицы покрытия, проносящиеся на высокой скорости вблизи головки, наводят в ней ЭДС самоиндукции. Электромагнитные сигналы, возникающие при этом, усиливаются и передаются на обработку.
Управление работой жесткого диска выполняет специальное аппаратно-логическое устройство – контроллер жесткого диска. Функции контроллеров дисков выполняют микросхемы, входящие в микропроцессорный комплект (чипсет), хотя некоторые виды высокопроизводительных контроллеров жестких дисков по-прежнему поставляются на отдельной плате.
К основным параметрам жестких дисков относятся емкость и производительность. Емкость дисков зависит от технологии их изготовления. Большинство производителей жестких дисков используют изобретенную компанией IBM технологию с использованием гигантского магниторезистивного эффекта (GMR – Giant Magnetic Resistance). Теоретический предел емкости одной пластины, исполненной по этой технологии, составляет порядка 20 Гбайт. В настоящее время достигнут технологический уровень 6,4 Гбайт на пластину, но развитие продолжается.
С другой стороны, производительность жестких дисков меньше зависит от технологии их изготовления. Сегодня все жесткие диски имеют очень высокий показатель скорости внутренней передачи данных (до 30-250 Мбайт/с), и потому их производительность в первую очередь зависит от характеристик интерфейса, с помощью которого они связаны с материнской платой. В зависимости от типа интерфейса разброс значений может быть очень большим: от нескольких Мбайт/с до 13-16 Мбайт/с для интерфейсов типа EIDE; до 80 Мбайт/с для интерфейсов типа SCSI-я от 50 Мбайт/с и более для наиболее современных интерфейсов типа IEEE 1394.
Кроме скорости передачи данных с производительностью диска напрямую связан параметр среднего времени доступа. Он определяет интервал времени, необходимый для поиска нужных данных, и зависит от скорости вращения диска. Для дисков, вращающихся с частотой 5400 об/мин, среднее время доступа составляет 9-10 мкс, для дисков с частотой 7200 об/мин – 7-8 мкс. Изделия более высокого уровня обеспечивают среднее время доступа к данным 5-6 мкс. Например, жесткий диск емкостью 18.2 Гб фирмы QUANTUM имеет скорость вращения дисков 7200 об/мин, время поиска – 8,5 мкс, скорость внутренней передачи данных – 235 Мбайт/с, размер буфера – 512 Кбайт.
Жесткий диск устанавливается в специальные монтажные отсеки внутри системного блока. Жесткий диск подключается прямо к материнской плате плоским 40 контактным кабелем. К одному кабелю можно подключить два жестких диска или один жесткий диск и один накопитель для чтения компакт-дисков (CD-ROM drive). Ранее для подключения жестких дисков применялись специальные платы расширения – мультикарты. На мультикартах располагались так же разъемы для подключения гибких дисков, разъемы (порты) COM1 и COM2 для подключения мыши, модема, сканера и LPT (от одного до трех) для подключения принтера. Сейчас все эти разъемы располагаются прямо на материнской плате.
Дисковод гибких дисков
Информация на жестком диске может храниться годами, однако иногда требуется ее перенос с одного компьютера на другой. Несмотря на свое название, жесткий диск является весьма хрупким прибором, чувствительным к перегрузкам, ударам и толчкам. Теоретически, переносить информацию с одного рабочего места на другое путем переноса жесткого диска возможно, и в некоторых случаях так и поступают, но все-таки этот прием считается нетехнологичным, поскольку требует особой аккуратности и определенной квалификации.
Для оперативного переноса небольших объемов информации используют так называемые гибкие магнитные диски (дискеты), которые вставляют в специальный накопитель – дисковод. Приемное отверстие накопителя находится на лицевой панели системного блока.
1) 2)
Основными параметрами гибких дисков являются: технологический размер (измеряется в дюймах), плотность записи (измеряется в кратных единицах) и полная емкость.
Гибкие диски размером 3,5 дюйма выпускают с 1980 года. Односторонний диск обычной плотности имел емкость 180 Кбайт, двусторонний – З60 Кбайт, а двусторонний двойной плотности – 720 Кбайт. Ныне стандартными считают диски размером 3,5 дюйма высокой плотности. Они имеют емкость 1440 Кбайт (1,4 Мбайт) и маркируются буквами HD (high density – высокая плотность).
Читайте также: