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1、內 容 綱 要,BIOS 之由來BIOS 之演進,BIOS的由來什麼是BIOS?為什麼有BIOS?BIOS有什麼功能?PC發展:世上第一款普及且最成功的微電腦是蘋果公司於1977年發表的Apple II個人電腦，Apple II本來運作時只有一開機ROM裡內建的BASIC程式語言直譯器可用，後來才隨著軟碟機的加入而有AppleDOS作業系統。有鑑於Apple II的成功，IBM公司試圖在以Apple 和Tandy為主的家用電腦的市場立足。此前IBM傳統的設計過程就已經證明無法用來設計廉價的微型計算機（比如很失敗的IBM 5100），因此IBM決定破例設置一個特別小組。這個小組被授命繞過公司的流
2、程規則來快速地提供一個市場產品，這個項目的代號叫做象棋項目（Project Chess）。這個在唐埃斯特利奇領導下的12人小組為了達到這個目的，他們首先決定使用現成的、不同原始設備製造商的元件。這個做法與IBM過去始終研製自己的元件的做法相反。其次他們決定使用開放結構，這樣其它生產商可以生產和出售兼容的元件和軟體。用了約一年的時間研製，終於于1981年8月12日推出IBM PC兼容機硬體平台的原型和前身，其模型號碼為5150的IBM PC，並立刻造成轟動。IBM PC 面世的同時，IBM還出售其IBM PC技術參考資料，這份資料中就包括一段ROMBIOS原始碼。這也使BIOS 這個名詞逐漸廣為
3、人所知並揭開了神秘的面紗！青出於藍而勝於藍(PC兼容機)隨後其它生產商很快就逆向分析了BIOS的程序與IBM PC技術參考資料，發展了其自己的、不侵犯版權的拷貝。1982年6月哥倫比亞數據產品公司（Columbia Data Products）推出了第一台IBM PC兼容機。1982年11月康柏電腦宣布發展出第一台IBM PC兼容的攜帶型電腦Compaq Portable（1983年3月出產）價格是3590美元。此攜帶型電腦為如今筆記型電腦的原型之一了。克隆機的出現不僅帶動整個PC機的產業，同時也帶起了獨立BIOS供應商如 Phoenix Award AMI Insyde General So
4、ftware 等!,什麼是BIOS?全名為基本輸出輸入系統 Basic Input Output System,這個字眼是第一次由 CP/M 作業系統中出現，描述在開機階段載入 CP/M 與硬體直接溝通的部份。是含在作業系統軟體中的。而IBM PC則將其燒錄在硬體系統的一個ROM上，最為最基本的初始軟體程式碼,其40KB的ROM中8KB是加電自檢(POST)和中斷服務程式(ISR)，其它32KB是BASIC程序。假如沒有DOS啟動盤的話ROM中的BASIC解釋器就是用戶界面。在PC啟動的過程中，BIOS擔負著初始化硬體，檢測硬體功能，以及引導作業系統的責任。同時還提供一套運行時的服務程式給作業
5、系統及應用程式使用。由於BIOS程式存放於一個斷電後內容不會丟失的唯讀記憶體中；系統過電或被重置(reset)時，處理器第一條指令的位址會被定位到 BIOS 的記憶體中，讓初始化程式開始執行。主要的功能為：開機自我測試：檢查中央處理器(CPU)及各控制器之狀態是否正常。初始化動作：針對記憶體、主機板晶片組、顯示卡及週邊裝置做初始化動作。紀錄系統設定值：提供各元件的基本設定，如顯示器、鍵盤、處理器、記憶體等等。載入作業系統：從儲存裝置中載入作業系統到隨機存取記憶體。提供常駐程式庫：提供作業系統或應用程式呼叫的中斷常駐程式，如INT 10H等。BIOS 可以被視為專門與硬體溝通的微型作業系統，通常
6、是使用針對相容 CPU 的組合語言(Assembly)寫成的。雖然 BIOS 的名稱是字母縮寫，但他也可能扮演的是希臘文字(bios)“生命”。,Why BIOS?,=BIOS Basic Input Output System,InputDevice,OutputDevice,CPU,Software,KBD,Mouse,Video,Printer,SupportLogic,IRQDMABUSPowerClock,Memory,CPU,ISA Bus,KBD,FDD,Memory,Video,LPT,COM,POST,ISR,IRQ XXINT XX,Purpose Of BIOS,Devi
7、ce,Power,Clock,IRQxx,DMAxx,Addressing,Register,ISR,Driver,POST,POST模塊的功用主要是初始,診斷,配置系統資源,將整個電腦硬件系統 設置在一個可穩定操作,符合工業標準的準備就緒(Ready)狀態,以便提 OS彈性運用,去建立一個讓APPs發揮軟件效能的環境.,80h,84h,xxh,CPU,North Bridge,Mini PCINIC,Video,Audio,1394,South Bridge,Super I/O,CDROM,HD,Cardbus,USB,FDD,IR,EC,Keyboard,LPT,Comm,PS/2,Bat
8、tery,PointingDevice,PCI,Memory,BIOS,I/O,Power,Clock,BIOS之演進以IBM PC為代表的PC產業在不斷壯大自身市場的同時,也一直不斷地在軟體和硬體架構上突破創新,英特爾和微軟兩家原本只是小規模的公司,在得利於PC創始架構的優勢便利下,不僅累積了巨量的財富,同時也在PC產業中產生巨大的影響力,也因此一個以之為首的WINTEL陣營也因應而生.在這陣營的主導下,隨著軟硬體速度容量技術的不斷更新進步,PC規格架構也發生幾次翻天覆地的改變,BIOS作為架構中的一分子也隨之演進!BIOS 幾個改變,BIOS,POSTInit,Config,Diag,In
9、terrupt Service Routine(ISR)Hardware IRQxxSoftware INTxx(Only for DOS),PnP and PCIPnP NodePnP API(Win95&PCI Bus),Power Management(NoteBook PC),ACPI(WindowsXP),CPU DOS,Windows and HW,Intel CPU 運作模式-真實模式(Real Mode)單線單工保護模式(Protected Mode)多線多工虛擬86模式(Virtual 86 Mode)多工的真實模式-每當一App/Process生成,CPU就為此A/P摩 擬
10、一個真實模式的執行環境,並允許CPU在多個摩擬真實模式環境間切換.,Hardware,Hardware,BIOS ISR(8/16),Shell(Client),Kernel(Server),API,使用者與OS核心層的介面,Memory管理Apps/Process管理Security.I/O管理,Windows NT2000 laterDriver(32),BIOS ISR,DOS&BIOS ISR,BIOS ISR,PnP,PM,POST模塊的功用主要是初始,診斷,配置系統資源,將整個電腦硬件系統設置在一個可穩定操作,符合工業標準的準備就緒(Ready)狀態,以便提供OS彈性運用,去建立一
11、個讓APPs發揮軟件效能的環境.POST與硬件有關,如何針對不同供應商所生產的芯片,和不同主板硬件線路設計的差異,做適當的調適與修正,是POST模塊編碼的主要依據.ISR將硬件的實際操控與軟件層隔離,使軟件能有較好的移植性.ISR雖然內建於BIOS中,但是是屬於OS核心軟件的一部分.,Purpose Of POST&ISR,Device,Power,Clock,South Bridge,Power Management(PM)For Notebook,PCI Bus,PM HW,Registers,BIOSPM,Event,OS,APM,Driver,ACPI,Monitor,APM 的缺點1
12、.沒有統一的標準2.節能效率不佳問題多3.研發時間長增加成本,ACPI的優點1.具有統一的標準與介面2.利用OS/Driver 來完成節能更有效率3.大大縮短開發時間,PnP&PCI(即插即用),CPU,ISA Device,Decode Logic,ISA Bus,HW Fixed或只能部分修改,PCI Bus,資源欄,ISA設備,設備無法辨識.固定式資源分配,一旦硬件線路佈線完成,無法在更改.或是只能做部分修改.屬非PNP設備需建NODE並提供修改程序.,PCI設備屬於PNP設備佔用資源可透過軟件手段更改,並能提供設備辨識資訊.所以無須建NODE.,POST,ISA Device A,IS
13、ADevice B,PnP,PnPID AMem.I/O IRQ.DMA.,PnPID BMem.I/O IRQ.DMA.,Non-PnP Device,PnP API,Node A,Node B,OS Boot/Install,Power-On,POST,Drivers/Libs,PnP OSLoading/Install,隨著ISA設備的逐漸淘汰,PnP/PCI最終也併入ACPI,ACPI(Advanced Configuration&PM Interface)一種描述式語言的介面,結語:BIOS架構隨著PC產業的發展歷經了由簡單變複雜,又由複雜回到簡單的歷程.但在這中間無不扮演著重要的角色,已成為PC產業不可或缺的一環.然而也正是如此,BIOS的框架的優劣,也往往成為PC研發向前邁進的障礙.多年來隨著硬體/作業系統的不斷演進,雖然BIOS產業研發人員也儘量將各種改變模塊化,然而還是避免不了歷史包袱所帶來結構上的問題.為了讓BIOS的發展也能與時俱進,一場BIOS革命也正在進行,這就是uEFI標準的出現,由於uEFI具備現代軟體研發的各項優點(程序碼主要用C/C+寫成),在可見的將來必將逐漸成為BIOS的主流框架,繼續推動BIOS前進的步伐,延續BIOS的未來發展與角色演進!,Thank You,Question and Answer,
