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La BIOS
Carsten Peters
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Tipos de BIOS
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Un PC suele tener varias BIOS
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Placa base
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Tarjeta gráfica
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Discos duros
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Controladores SCSI
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Se refiere a la BIOS en como "servicio básico de entrada/salida".
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Principales fabricantes de BIOS
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Microid Research
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AMI (American Megatrends Inc)
–
Award Computer
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Phoenix Technologies
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AMIBIOS@8
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Para server blades, servidores de tele­
communicaciones, PC industriales, dispositivos portátiles y de acceso web.
Arquitectura modular
Trae utilidades gráficas como Visual eBIOS (VeB) y AMI Debug para desarrolladores de aplicaciones gráficas (prescinde del uso de la línea de comandos).
Configuratión inalámbrica
Gestión de energía (p. ej. ACPI y technología Speedstep de Intel)
Trabaja con los juegos de chips de la familia Centrino de Intel: i855GM/E y i855PM, AMD Athlon M, VIA K8T400M y ATI RS300 M.
AMIBIOS8 cumple Fast POST(Power on Self Test) de Microsoft y la especificación PC 2001.
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AMI Enterprise64® BIOS
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Facilita el alto rendimiento a servidores de la familia de procesadores Intel Itanium (IPF) de 64­bit.
Software escalable hasta 16 procesadores sin necesidad de cambiar la BIOS.
Posibilidad de añadir
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CPUs, –
módulos de CPU modules,
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módulos de E/S.
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Microid ­Award ­ Phoenix
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Microid Research fue comprado por la empresa Unicore.
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Unicore a su vez fue comprado por Phoenix Technologies.
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Phoenix a su vez compró Award
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Familia de productos FirstBIOS
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Desktop
–
Desktop Pro
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Embedded
–
Embedded Pro
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Notebook Pro
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Tablet PC Pro
–
Workstation
–
Workstation Pro
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Tipos de BIOS
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ROM­BIOS
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De sólo lectura y de contenido invariable.
PROM­BIOS de contenido variable
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UV­PROM (Ultra­Violet PROM)
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EEPROM (Electronically Erasable PROM)
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Actualizable por medio de rayos ultravioleta.
Requiere instrumentación especializada.
Programable y borrable electrónicamente.
Proceso más sencillo que la UV­PROM
Flash
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Actualización mediante la aplicación de tensiones superiores
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0 voltios:
3.3 ó 5 voltios:
12 voltios:
retiene sus contenidos
permite sólo operaciones de lectura
se convierte en memoria RAM de sólo escritura
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BIOS de tipo Flash
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El jumper JAV que regula la conmutación al modo de escritura.
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En vez del jumper, puede ser que un programa utiliza una interrupción para invocar a la rutina de la BIOS.
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Jumper JAV
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Autoconfiguración
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Plug&Play
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Reconocer cualquier tipo de dispositivo que se incorpora.
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Realizar ajustes de configuración necesarios.
Plug&Play es nada más que un conjunto de diálogos estándar.
Plug&Play sólo funciona si las tres capas (hardware, firmware y software) están implementadas.
Desarrollado por Compaq, Intel y Phoenix Technologies
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El hardware
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El controlador debe tener implementados los diálogos para recibir la petición de información.
PnP incorporado desde finales de los años 90
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módulos de memoria,
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tarjetas AGP,
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tarjetas PCI, –
tarjetas ISA o
–
dispositivos EIDE.
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El firmware
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La BIOS tiene que indentificar cada uno de los dispositivos
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Identificar recursos tales como interrupciones, direcciones de memoria y líneas DMA.
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Recopilar un mapa incial provisional de asignación de líneas de interrupción, líneas DMA, etc.
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Rastrear la ROM para extraer características hardware.
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Habilitar los periféricos e informarles de los recursos.
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El software
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La BIOS y el sistema operativo trabajan conjuntamente para resolver posibles conflictos.
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En caso de un conflicto irresoluble, el s.o. informa al usuario.
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Desde el s.o. se puede configurar el dispositivo conflictivo.
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Se puede cambiar los conmutadores de la tarjeta para cambiar la configuración.
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RAM CMOS
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En los programas las instrucciones y los datos están separados.
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La BIOS almacena el código (las instrucciones).
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La RAM CMOS almacena la configuración (los datos).
Características
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Tamaño pequeño de entre 64 y 256 bytes
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Alimentación independiente (permite retener los contenidos)
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Acceso independiente a cualquiera de sus posiciones
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Tecnología CMOS (Complementary Metal Oxide Semiconductor) tiene un consumo reducido y prolonga la duración de la pila.
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RAM CMOS ­ Contenidos
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Un segmento de datos para cada uno de los programas en la ROM­BIOS.
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2 bytes tamaño de la memoria principal del sistema
–
37 bytes asociados al teclado (teclas, LED NumLock y CapsLock,
ubicación del búfer de teclado, etc.)
–
30 bytes asociados al control de vídeo (modo de vídeo activo,
tamaño de pantalla, aspecto y tamaño de cursor, paleta
de colores, etc.)
–
5 bytes contienen la fecha y hora.
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Información del fabricante
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ESCD (Extended System Configuraction Data)
–
Información obtenida durante la autoconfiguración (PnP)
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RAM CMOS ­ Implementación
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Integrada en el puente sur del chipset.
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No es posible sustituirla de forma independiente.
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Está muy próximo a la pila.
Es importante saber cómo borrar la RAM CMOS (¡contraseña!)
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La pila
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Garantiza la alimentación contínua
4ª generación: la pila era una batería
recargable
5ª generación: la pila se encuentra en el interior del chip
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La pila
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Hay versiones de un chip con acumulador de niquelcadmio
–
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El acumulador de descarga si no se usa el equipo durante varios meses.
Actualmente las pilas son de
tipo botón.
Tienen una duración por
encima de 5 años.
Además, la pila alimenta
el reloj de tiempo real.
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Borrado de la RAM CMOS
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No se debe borrar nunca la RAM CMOS.
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Si se ha perdido la contraseña, el borrado es la única solución.
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Borrado
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Retirar la pila durante unos minutos o
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cambiar el jumper JCC situado muy cerca del chip y su pila.
Algunas CMOS retienen los contenidos durante varios días sin pila
–
Capacitor cercano dentro del chip.
–
Descargar capacitor poniendo una resistencia de 10K entre los polos del zócalo de la pila.
¡No confundir los jumpers JAV y JCC!
–
¡Consultar el manual!
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Jumper JCC
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Funciones
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Rutinas E/S
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Arranque
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Proporcionar el sistema básico de rutina (respuestas a las peticiones más usuales).
POST (Power On Self Test): controlar la secuencia de arranque.
Configuración
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Proporcionar un cómodo interfaz de configuración.
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Interrupciones hardware
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Generadas desde patillas físicas directamente conectadas al controlador.
Antes del 80286 el controlador se ubicaba en un chip separado, actualmente está implementado en el puente norte.
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Las 15 líneas de interrupción existentes son insuficientes.
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PnP simplifica el proceso de asignación.
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Se pueden generar líneas virtuales a nivel firmware.
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Interrupciones software
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El controlador de interrupciones genera 15 interrupciones.
El mecanismo de vectores de interrupción contempla 256 interrupciones.
Las 241 restantes son interrupciones software
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Generadas por el procesador mediante el comando INT
–
Las interrupciones software se encuentran en una capa por encima de las interrupciones hardware.
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Actualización del reloj
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Interrupción hardware número 8
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Mapeado sobre IRQ 0
–
Registra y mantiene la hora en la posición de memoria 46Ch
Componentes hardware asociados a la interrupción 8
1. La BIOS
2. El puente sur del juego de chips
3. El controlador de interrupciones
4. El procesador
5. La RAM­CMOS
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La interrupción 8
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La BIOS
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El puente sur del juego de chips
–
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Rutina de tratamiento que utiliza un grupo de posiciones de memoria virtuales consecutivas.
Emite pulsos para generar la interrupción (18.21 Hz)
El controlador de interrupciones (puente norte del juego de chips)
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Recoge la señal procedente del PIT por su patilla IRQ 0
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Informa al procesador de la interrupción.
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La interrupción 8
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El procesador
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Recibe la activación en su patilla INTR
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Salva el estado de sus registros internos.
Utilizando el número de interrupción se direcciona a una posición de memoria donde está el vector de la interrupción que se carga en el registro.
Se incrementa el valor que registra el número de pulsos generados por el PIT y se obtiene (se calcula) la hora. –
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Se ejecuta la instrucción RTI (retorno de tratamiento de interrupción) que recupera el contenido del registro
–
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Con el PC apagado se encarga el controlador de tiempo real (RTC).
Proseguir con la ejecución del programa que se encontraba activo.
La RAM­CMOS
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Reserva 4 bytes para almacenar el contador incrementado.
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La interrupción 8
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La interrupción 8
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La interrupción 26
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Lectura y escritura de la hora y la fecha
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La interrupción hardware 8 se genera por una patilla hardware.
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La interrupción software 26 se genera por la ejecución de la instrucción INT 26 desde el programa en curso.
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Iniciación del sistema
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Inicialización de los registros internos del procesador
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Señales eléctricas viajan del juego de chips hacia el procesador.
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Señales liberadas por RESET que pone a cero
Bancos
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Cachés
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Mecanismos de traducción (TLB)
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Registros
Carga del programa inicial
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La circuitería genera la dirección física de las instrucciones que cargan el programa inicial IPL (Initial Program Load).
IPL ejecuta el POST (Power­On Self Test)
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POST
1. Averiguar que la alimentación está funcionando y que la señal RESET ha sido generada.
2. Salir del estado RESET para poder ejecutar instrucciones.
3. Prueba de lectura de BIOS.
4. Validar el checksum de la BIOS.
5. Prueba de lectura de la RAM­CMOS.
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POST
6. Validar el checksum de la RAM­CMOS.
7. La CPU tiene que ser capaz de leer la memoria, controlador de memoria y el bus de memoria.
8. Los primeros 64KB tienen que ser accesible de modo lectura/escritura y tiene que contener el código POST.
9. Tiene que ser accesible el bus de E/S.
10. El bus de E/S tiene que ser accesible (lectura/escritura) desde el subsistema de video y capaz de leer la RAM de vídeo.
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Iniciación del sistema
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Búsqueda de BIOS adicionales
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BIOS de la tarjeta gráfica
–
etc.
Visualización de la pantalla inicial
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Aparecen caracteres indicando el fabricante y la versión de la BIOS.
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Instrucciones sobre qué tecla pulsar para la configuración .
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etc.
Emisión del informe sobre el estado de los dispositivos
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Se realizan aún más testeos y se muestra un informe en pantalla.
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Iniciación del sistema
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Autoconfiguración de dispositivos
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La BIOS PnP lleva a cabo la autoconfiguración de los dispositivos PnP.
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Guarda la configuración en la RAM­CMOS.
Iniciación del sistema operativo
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Se activa el disco (disco duro, disquete, etc. según configuración).
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Se carga en memoria el registro maestro (master boot record).
Transferencia de responsabilidades
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El programa incial finaliza y pasa sus responsabilidades al sistema operativo.
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Fin
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