BIOS的工作原理

2020-07-16 19:04:35

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供稿：網(wǎng)友

講到BIOS的工作原理，我們先來介紹一下BIOS系統(tǒng)的兩類載體：
EPROM和EEPROM的相關(guān)知識(shí)。
EPROM--可擦除可編程只讀存儲(chǔ)器，從外觀上可以看見，在芯片的中央有一個(gè)透明的小窗口，紫外線光即是通過這個(gè)小窗口將芯片上保存的信息擦除掉的，因?yàn)樵谌展夂蜔晒庵卸己凶贤饩€，因此，我們通常用一塊不透明的標(biāo)簽將已保存了信息的EPROM芯片的紫外線窗口封住。
當(dāng)然，寫入EPROM芯片時(shí)，我們首先必須先用紫外線擦除器將EPROM中的信息清除掉，使它變?yōu)榭盏男酒蟛拍苓M(jìn)行寫操作，應(yīng)該說明的是這里“空芯片”的“空”并非我們通常意義上的“空白”，而是此時(shí)芯片內(nèi)部變?yōu)槿?”信息，因此，芯片的寫入原理實(shí)際上是將指定位置上的“1”改為“0”。到這里，有的朋友一定想問：既然日光和熒光均含有紫外線，為什么我們不讓EPROM芯片在這些光線下暴露一段時(shí)間來擦除呢？要知道，完全擦除一塊EPROM中的內(nèi)容，在日光下至少要一周，在室內(nèi)熒光下至少要三年了！而且隨著芯片容量的增大，時(shí)間也得相應(yīng)拉長(zhǎng)。EEPROM是電可擦除可編程只讀存儲(chǔ)器。
在平常情況下，EEPROM與EPROM一樣是只讀的，需要寫入時(shí)，在指定的引腳加上一個(gè)高電壓即可寫入或擦除，而且其擦除的速度極快！通常EEPROM芯片又分為串行EEPROM和并行EEPROM兩種，串行EEPROM在讀寫時(shí)數(shù)據(jù)的輸入／輸出是通過2線、3線、4線或SPI總線等接口方式進(jìn)行的，而并行EEPROM的數(shù)據(jù)輸入／輸出則是通過并行總線進(jìn)行的。
另外還有一種EEPROM即是我們現(xiàn)在主板上常見到的FLASH ROM--閃速存儲(chǔ)器，其讀寫速度更快，更可靠，而且可以用單電壓進(jìn)行讀寫和編程，為便攜式設(shè)備的在線操作提供了極大的便利，也因此廣泛應(yīng)用在計(jì)算機(jī)主板上。

通常，486以及486檔次以下電腦的BIOS芯片基本上均是EPROM芯片，而586以及PⅡ、PⅢ檔次的BIOS芯片基本上均是EEPROM。另外我們也可以從BIOS芯片上的型號(hào)來識(shí)別：像27C010、27C512等以“27”打頭的芯片均是EPROM，而28C010、29C010、29C020、29C040等，均為EEPROM，其中28C010是128K×8，即1M比特并行EEPROM，29C010是128K×8（1M比特）、29C020是256K×8（2M比特）、29C040是512K×8（4M比特）的FLASH ROM。串行EEPROM在計(jì)算機(jī)主板上較少見，而提供這些芯片的廠家多為MX、WINBOND、ATMEL等廠家。應(yīng)注意的是：不同廠家生產(chǎn)的芯片命名方式不同。以上介紹的芯片是以ATMEL公司的產(chǎn)品為例。

下面我們以當(dāng)前最常見的AT29C020為例，介紹一下BIOS的工作原理和程序的燒錄過程。
AT29C020是ATMEL公司生產(chǎn)的256K×8的FLASH ROM芯片，采用單5V供電，由于AT29C020的容量為256K×8，所以需要18根地址線來尋址，也即圖中A0～A17，而其輸出是8位并行輸出，需要8位雙向數(shù)據(jù)線，即圖中D0～D7，另外圖中還有幾個(gè)用于控制芯片工作狀態(tài)的引腳?！皐e”引腳是控制芯片寫入的使能端，“oe”引腳是控制芯片輸出數(shù)據(jù)的使能端，這兩個(gè)引腳控制芯片在選中后的工作狀態(tài)，“ce”引腳為芯片的片選端。當(dāng)處理器需要對(duì)該芯片進(jìn)行讀寫操作時(shí)，首先必須選中該芯片，即在“ce”端送出低電平，然后，再根據(jù)是讀指令還是寫指令，而將相應(yīng)的“we”引腳或“oe”引腳拉至低電平，同時(shí)處理器要通過A0～A17地址線送出待讀取或?qū)懭胄酒付ǖ拇鎯?chǔ)單元的地址，AT29C020芯片就將該存儲(chǔ)單元中的數(shù)據(jù)讀出到數(shù)據(jù)線D0～D7上或者將數(shù)據(jù)線D0～D7上的數(shù)據(jù)寫入到指定的存儲(chǔ)單元中，從而就完成了一次讀或?qū)懖僮鳌?br />

當(dāng)上電后，計(jì)算機(jī)即從BIOS芯片中讀取出指令代碼進(jìn)行系統(tǒng)硬件的自檢（含BIOS程序完整性檢驗(yàn)、RAM可讀寫性檢驗(yàn)、進(jìn)行CPU、DMA控制器等部件測(cè)試）。對(duì)PnP設(shè)備進(jìn)行檢測(cè)和確認(rèn)，然后依次從各個(gè)PnP部件上讀出相應(yīng)部件正常工作所需的系統(tǒng)資源數(shù)據(jù)等配置信息。BIOS中的PnP模塊試圖建立不沖突的資源分配表，使得所有的部件都能正常地工作。配置完成之后，系統(tǒng)要將所有的配置數(shù)據(jù)即ESCD--Extended System Config Data寫入BIOS中，這就是為什么我們?cè)陂_機(jī)時(shí)看到主機(jī)啟動(dòng)進(jìn)入Windows前出現(xiàn)一系列檢測(cè)：配置內(nèi)存、硬盤、光驅(qū)、聲卡等，而后出現(xiàn)的“UPDATE ESCD..SUCCESSED”等提示信息。所有這些檢測(cè)完成后，BIOS將系統(tǒng)控制權(quán)移交給系統(tǒng)的引導(dǎo)模塊，由它完成操作系統(tǒng)的裝入。

CMOS工作原理
什么是CMOS-IC？

金屬-氧化物-半導(dǎo)體(Metal-Oxide-Semiconductor)結(jié)構(gòu)的晶體管簡(jiǎn)稱MOS晶體管，有P型MOS管和N型MOS管之分。由 MOS管構(gòu)成的集成電路稱為MOS集成電路，而由PMOS管和NMOS管共同構(gòu)成的互補(bǔ)型MOS集成電路即為 CMOS-IC（ Complementary MOS Integrated Circuit）。

CMOS集成電路的性能特點(diǎn)

微功耗―CMOS電路的單門靜態(tài)功耗在毫微瓦（nw）數(shù)量級(jí)。