深入探索:BIOS的结构与功能
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更新于2024-08-01
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"基本輸入輸出系統(BIOS)的研究报告,由指導老師陈德生指导,学生杨逸翔、曾成濱完成,主要探讨了x86硬件架构以及BIOS的功能、硬件组成、汇流排系统、电能管理和BIOS的实际运作机制。报告详细分析了BIOS在开机时的角色,包括晶片组地址空间分配、Shadow RAM映射以及内存模式。此外,还涵盖了BIOS流程的追踪和两个主要阶段:开机动态启动区和记忆体可用阶段。"
**一、BIOS的基本概念**
BIOS(Basic Input/Output System)是计算机系统中的固件,负责在操作系统加载之前执行初始化任务,包括硬件检测、设置和控制。它为操作系统提供了一个与硬件交互的平台。
**二、BIOS的物理位置与作用**
BIOS通常存储在ROM(只读存储器)中,确保即使在无电源的情况下也能保持数据。其主要目的是在计算机启动时执行自检(POST),初始化硬件,并加载引导装载程序以启动操作系统。
**三、x86硬件架构**
1. **中央处理器(CPU)**:是计算机的运算核心,负责执行指令和控制其他硬件组件。
2. **晶片组(Chip-set)**:协调CPU与其他硬件设备的通信,分为北桥和南桥,分别处理高速和低速接口。
3. **整合中低速率介面(SuperI/O)**:用于管理如键盘、鼠标、串行和并行端口等低速设备。
4. **鍵盤控制器(Keyboard Controller)**:负责处理键盘输入信号。
5. **CMOS(RTC/CMOS计时/参数芯片)**:存储BIOS设置和系统时间。
6. **汇流排系统**:包括PCI、SMBus、LPC和GPI/O等,它们为硬件组件提供通信路径。
**四、电能管理**
1. **系统管理模式SMM**:允许BIOS在操作系统运行时执行低级别硬件控制。
2. **先进电源管理APM**:早期的电源管理标准,允许应用程序控制电源状态。
3. **ACPI(先进配置和电源接口)**:现代电源管理标准,提供了更灵活的硬件控制和电源状态转换。
**五、BIOS的运行机制**
1. **开机时(Power-ON)**:BIOS执行POST,检查硬件是否正常,然后加载引导装载程序。
2. **晶片组地址空间分配**:BIOS分配内存地址给各个硬件设备。
3. **Shadow RAM映射**:为了提高性能,BIOS将ROM中的代码复制到RAM中执行。
4. **内存模式**:包括Flat mode和Big real mode,分别对应于不同的内存访问方式。
**六、BIOS流程追踪**
报告详细分析了BIOS的两个主要阶段:
1. **第一阶段**:开机动态启动区,主要任务是初始化内存和硬件,准备加载操作系统。
2. **第二阶段**:当内存可用时,BIOS继续执行更复杂的初始化任务,并寻找引导设备来启动操作系统。
通过深入研究BIOS,可以更好地理解计算机启动过程中的硬件交互和系统初始化,对于故障排查、系统优化和硬件开发具有重要意义。
2007-11-18 上传
2012-07-22 上传
2021-05-17 上传
2023-01-05 上传
2022-09-14 上传
2022-09-23 上传
2022-09-22 上传
2007-04-01 上传
2022-09-24 上传
totolor0325
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