BIOS 工作原理

作者：杰夫·泰森
bios chip
基本输入输出系统 BIOS 是您计算机启动时最先看到的内容。查看更多计算机硬件图片。 Remem / Getty Images

闪存最常见的用途之一是用于您计算机的基本输入/输出系统，通常称为 BIOS（发音为“拜-欧斯”）。几乎在所有可用的计算机上，BIOS 都确保所有其他芯片、硬盘、端口和 CPU 协同工作。

当今常用台式机和笔记本电脑都包含一个微处理器作为其中央处理单元。微处理器是硬件组件。为了完成其工作，微处理器执行一组称为软件的指令（详见微处理器工作原理）。您可能对两种不同类型的软件非常熟悉

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  • 操作系统——该操作系统为在您计算机上运行的应用程序提供了一系列服务，它还提供了计算机的基本用户界面。Windows 98 和 Linux 就是操作系统的例子。（详见操作系统工作原理。）
  • 应用程序——应用程序是为执行特定任务而编程的软件。您现在电脑上可能有一个浏览器应用程序、一个文字处理应用程序、一个电子邮件应用程序等等。您也可以购买新的应用程序并安装它们。

事实证明，BIOS是您的计算机成功运行所需的第三种软件。在本文中，您将了解BIOS的所有信息——它的作用、如何配置它以及当您的BIOS需要更新时该怎么做。

目录
  1. BIOS 的作用
  2. 启动计算机
  3. 配置 BIOS
  4. 更新您的 BIOS

BIOS 的作用

BIOS 使用闪存，一种 ROM 类型。

BIOS 软件有许多不同的作用，但其最重要的作用是加载操作系统。当您打开计算机并且微处理器尝试执行其第一条指令时，它必须从某个地方获取该指令。它无法从操作系统获取，因为操作系统位于硬盘上，如果没有告诉微处理器如何获取它的指令，微处理器就无法访问它。BIOS 提供这些指令。BIOS 执行的其他一些常见任务包括

  • 对系统中所有不同的硬件组件执行加电自检 (POST)，以确保一切正常工作
  • 激活计算机中安装的不同卡上的其他 BIOS 芯片——例如，SCSI 和显卡通常有自己的 BIOS 芯片。
  • 提供一套操作系统用于与不同硬件设备接口的底层例程——正是这些例程赋予了 BIOS 这个名称。它们管理诸如键盘、屏幕以及串行和并行端口等事务，尤其是在计算机启动时。
  • 管理硬盘、时钟等的一系列设置

BIOS 是一种特殊软件，用于连接计算机的主要硬件组件与操作系统。它通常存储在主板上的闪存芯片中，但有时该芯片是另一种类型的ROM。

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当您打开计算机时，BIOS 会执行几项操作。这是它通常的顺序

  1. 检查 CMOS 设置以获取自定义设置
  2. 加载中断处理程序和设备驱动程序
  3. 初始化寄存器和电源管理
  4. 执行加电自检 (POST)
  5. 显示系统设置
  6. 确定哪些设备可启动
  7. 启动引导序列

BIOS 所做的第一件事是检查存储在互补金属氧化物半导体 (CMOS) 芯片上少量 (64 字节) RAM 中的信息。CMOS 设置提供特定于您系统的详细信息，并可随着系统更改而修改。BIOS 利用这些信息根据需要修改或补充其默认程序。稍后我们将详细讨论这些设置。

中断处理程序是充当硬件组件和操作系统之间翻译器的小型软件。例如，当您按下键盘上的一个键时，信号会发送到键盘中断处理程序，它会告诉 CPU 是什么并将其传递给操作系统。设备驱动程序是识别基本硬件组件（如键盘、鼠标、硬盘和软盘驱动器）的其他软件。由于 BIOS 不断拦截来自硬件的信号，因此它通常被复制或映射到RAM中以运行更快。

启动计算机

当您重新启动计算机时，如果驱动器中有磁盘，您会收到此消息。

无论何时您打开计算机，您首先看到的就是 BIOS 软件在执行其任务。在许多机器上，BIOS 会显示描述性文本，例如您计算机中安装的内存量、硬盘类型等。事实证明，在此引导序列期间，BIOS 正在执行大量工作以使您的计算机准备就绪。本节简要描述了典型 PC 的一些此类活动。

检查 CMOS 设置并加载中断处理程序后，BIOS 会确定显卡是否正常运行。大多数显卡都有自己的微型 BIOS，用于初始化卡上的内存和图形处理器。如果它们没有，主板上的另一个 ROM 通常包含视频驱动程序信息，BIOS 可以加载该信息。

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接下来，BIOS 会检查这是冷启动还是重启。它通过检查内存地址 0000:0472 处的值来执行此操作。值 1234h 表示重启，BIOS 会跳过 POST 的其余部分。其他任何情况都被认为是冷启动。

如果是冷启动，BIOS 会通过对每个内存地址执行读/写测试来验证 RAM。它会检查 PS/2 端口或USB 端口是否有键盘和鼠标。它会寻找一个外围组件互连 (PCI) 总线，如果找到，则会检查所有 PCI 卡。如果在 POST 期间 BIOS 发现任何错误，它会通过一系列蜂鸣声或屏幕上显示的文本消息通知您。此时的错误几乎总是硬件问题。

然后，BIOS 会显示有关您系统的一些详细信息。这通常包括以下信息

任何特殊驱动程序，例如小型计算机系统接口 (SCSI) 适配器的驱动程序，都会从适配器加载，BIOS 会显示这些信息。然后，BIOS 会查看 CMOS 设置中被识别为启动设备的存储设备序列。“引导 (Boot)”是“自举 (bootstrap)”的缩写，就像那句老话“自力更生 (Lift yourself up by your bootstraps)”一样。引导指的是启动操作系统的过程。BIOS 会尝试从第一个设备启动引导序列。如果 BIOS 没有找到设备，它会尝试列表中的下一个设备。如果它没有在设备上找到正确的文件，启动过程将暂停。如果您在重启计算机时曾将磁盘留在驱动器中，您可能已经看到过此消息。

BIOS 曾试图从留在驱动器中的磁盘启动计算机。由于它没有找到正确的系统文件，因此无法继续。当然，这很容易解决。只需取出磁盘并按任意键即可继续。

配置 BIOS

CMOS 设置

在之前的列表中，您看到 BIOS 会检查 CMOS 设置以获取自定义设置。以下是更改这些设置的方法。

要进入 CMOS 设置，您必须在初始启动序列期间按下某个键或组合键。大多数系统使用“Esc”、“Del”、“F1”、“F2”、“Ctrl-Esc”或“Ctrl-Alt-Esc”进入设置。显示器底部通常会有一行文本提示您“按 ___ 进入设置”。

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进入设置后，您会看到一系列文本屏幕，其中包含许多选项。其中一些是标准选项，而另一些则因 BIOS 制造商而异。常见选项包括

  • 系统时间/日期 - 设置系统时间与日期
  • 启动顺序 - BIOS 尝试加载操作系统的顺序
  • 即插即用 - 自动检测连接设备的标准；如果您的计算机和操作系统都支持它，应设置为“是”
  • 鼠标/键盘 - “启用数字锁定”、“启用键盘”、“自动检测鼠标”……
  • 驱动器配置 - 配置硬盘驱动器、CD-ROM 和软盘驱动器
  • 内存 - 指示 BIOS 映射到特定内存地址
  • 安全 - 设置访问计算机的密码
  • 电源管理 - 选择是否使用电源管理，以及设置待机和休眠的时间量
  • 退出 - 保存更改、放弃更改或恢复默认设置

更改设置时务必小心。不正确的设置可能会导致您的计算机无法启动。完成更改后，您应选择“保存更改”并退出。然后 BIOS 将重新启动您的计算机，以便新设置生效。

BIOS 使用 CMOS 技术来保存对计算机设置所做的任何更改。借助这项技术，一块小型锂电池或镍镉电池可以提供足够的电力来保持数据数年。事实上，一些较新的芯片甚至将一块可使用 10 年的微型锂电池直接内置在 CMOS 芯片中！

更新您的 BIOS

偶尔，计算机需要更新其 BIOS。对于老旧机器尤其如此。随着新设备和标准的出现，BIOS 需要改变以识别新硬件。由于 BIOS 以某种形式存储在 ROM 中，因此更改它比升级大多数其他类型的软件要困难一些。

要更改 BIOS 本身，您可能需要计算机或 BIOS 制造商提供的特殊程序。查看系统启动时显示的 BIOS 版本和日期信息，或咨询您的计算机制造商，以确定您拥有哪种类型的 BIOS。然后访问 BIOS 制造商的网站，查看是否有可用的升级。下载升级文件以及安装它所需的实用程序。有时，实用程序和更新会合并为一个文件供下载。将程序和 BIOS 更新文件复制到软盘上。将软盘放入驱动器并重启计算机，程序将擦除旧的 BIOS 并写入新的 BIOS。您可以在 BIOS Upgrades 找到一个可以检查您 BIOS 的 BIOS 向导。

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主要的 BIOS 制造商包括

与更改 CMOS 设置一样，升级 BIOS 时也要小心。确保您正在升级到与您的计算机系统兼容的版本。否则，您可能会损坏 BIOS，这意味着您将无法启动计算机。如有疑问，请咨询您的计算机制造商，以确保您需要升级。

有关 BIOS 和相关主题的更多信息，请查看下一页的链接。

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