Содержание
- 1 Содержание
- 2 Термин «BIOS» [ править | править код ]
- 3 BIOS материнской платы [ править | править код ]
- 3.1 Начальная загрузка компьютера [ править | править код ]
- 3.2 Инициализация и проверка работоспособности аппаратуры [ править | править код ]
- 3.3 Загрузка операционной системы [ править | править код ]
- 3.4 Утилиты, доступные без загрузки ОС [ править | править код ]
- 3.5 Примитивное API [ править | править код ]
- 3.6 Настройка оборудования с помощью меню [ править | править код ]
- 3.7 SLIC [ править | править код ]
Системная память
Основная память и физическая структура основной памяти
Основная память содержит оперативное (RAM) и постоянное (ROM) запоминающее устройство. ОЗУ хранит данные и программы непосредственно участвующие в вычислительном процессе на текущем этапе функционирования ПК. ОЗУ – энергозависимая память. Ее основу составляют большие интегральные схемы (БИС), которые содержат матрицы полупроводниковых запоминающих элементов (триггеров). По способу хранения данных запоминающих элементов ОЗУ делится на:
1. Статические – положение хранимых данных и их значение не изменяются в процессе хранения и считывания. Статические элементы таких запоминающих устройств, способны хранить информацию до тех пор, пока подается питание. К таким элементам относятся триггеры.
2. Динамические – хранение информации обеспечивается периодической регенерацией содержимого. Динамические элементы могут хранить информацию только определенное короткое время. Для сохранения ее необходимо регенерировать. Примером динамического элемента может служить заряженный конденсатор.
Постоянное запоминающее устройство (ПЗУ) используется для хранения неизменяемой информации: загрузочных программ ОС, программ тестирования устройств ПК и некоторых драйверов BIOS.
Логическая структура основной памяти.
Структурно основная память состоит из миллионов отдельных однобайтовых ячеек памяти. Каждая ячейка памяти имеет свой уникальный адрес. Для ОЗУ и ПЗУ отводится единое адресное пространство. Адресное пространство определяет максимально возможное количество непосредственно адресуемых ячеек основной памяти. Адресное пространство зависит от разрядности адресных шин, поскольку максимальное количество адресов определяется разнообразием двоичных чисел, которые можно отобразить в N-разрядах, т.е. адресное пространство=2 n , где n-разрядность адреса. За основу в ПК взят 16-разрядный адресный код. При помощи 16 разрядов адреса можно адресовать всего 2 16 =65536=64 Кб ячеек памяти. Это 64 –х килобайтное поле памяти – сегмент, и является базовым понятием в логической структуре основной памяти.
Абсолютный (полный физический) адрес формируется в виде суммы нескольких составляющих:
1. Адрес сегмента – начальный адрес 64- килобайтного пол, внутри которого находится адресуемая ячейка.
2. Адрес смещения – относительный 16-разрядный адрес ячейки внутри сегмента.
В современных ПК существует режим виртуальной адресации. Она применяется для увеличения адресного пространства ПК при наличии основной памяти большей емкости (простая виртуальная адресация) или при организации виртуальной памяти, в которую наряду с основной включается и часть внешней памяти.
Виртуальная память создается при недостаточном объеме основной памяти, не позволяющем разместить в ней сразу всю необходимую информацию для выполнения задания. При загрузке очередной задачи в основную память необходимо выполнить распределение машинных ресурсов, в частности основной памяти между компонентами одновременно решаемых задач. При подготовке программ в их код заносятся условные адреса, которые должны быть привязаны к конкретному месту в памяти. Распределение памяти может выполняться в статическом режиме до загрузки программы в основную память или в динамическом режиме автоматически в момент загрузки программы либо в процессе ее выполнения.
Технология организации виртуальной памяти следующая:
Оперативная и дисковая память, привлеченные к задаче, а так же виртуальная память, разбиваются на страницы одинакового размера по 4 Кб. Страницам в виртуальной и физической памяти присваиваются номера, которые сохраняются одними и теми же на весь период решения задачи. ОС формирует две таблицы:
1. Таблица страниц виртуальной памяти;
2. Таблица физического размещения страниц.
Так же ОС устанавливает логические связи между этими таблицами.
Физические страницы могут находится в текущий момент времени как в основной памяти так и во внешней. Из внешней памяти виртуальной страницы автоматически перемещаются в основную память только тогда, когда к ним происходит обращение. При этом они замещают уже отработавшие страницы. Страничные таблицы для каждой программы формируются ОС в процессе распределения памяти и изменяются каждый раз, когда физические страницы перемещаются из внешней памяти в основную. Виртуальная память может иметь и сегментно-страничную организацию. В этом случае виртуальная память делится сначала на сегменты, а внутри них на страницы.
Основная память в соответствии с методами обращения и адресацией делится на отдельные, иногда частично или полностью перекрывающие друг друга области, имеющие общепринятые названия:
1. Область служебных программ и данных ОС
2. Область программ и данных пользователя
3. Область видеопамяти дисплея и служебных программ.
4. Область программ начальной загрузки ОС
Основная память делится на две логические области:
1. Непосредственно адресуемая память, занимающая первый Мб ячеек с адресами.
2. Расширенная память , доступ к ячейкам которой возможен при использовании специальных программ – драйверов.
Непосредственно адресуемая память в диапазоне от 0 до 640 Кб – стандартная память (CMA), от 640 до 1024 Кб – верхняя память (UMA). Исключение составляет небольшая 64 –хКб область памяти до 1024 до 1088 – высокая память (HMA)
Кэш-память
– память повышенного быстродействия, в которую загружаются коды команд МП или данные, которые часто используются в работе МП.
Если востребованная команда или данные находятся в кэш-памяти, то говорят о попадании кэша. В этом случае команда или данные быстро извлекаются из кэша, и процессор не тратит время на ожидание. Если происходит промах кэша, то команда или данные изымаются из ОЗУ в обычном порядке, что замедляет работу МП и приводит к тактам ожидания.
Система кэш-памяти в современных ПК имеет ряд уровней:
1. Кэш – память, встроенная в МП – очень быстрая объемом от 64 до 512 Кб.
2. Внешняя кэш-память – устанавливается на материнскую плату. Объем 256 – 2048 Кб, время доступа 10-20 наносекунд.
3. Кэш-память периферийных устройств – чаще всего применяется в контроллерах HDD
4. Использование в качестве кэш-памяти части обычного ОЗУ. Такая память бесполезна для ускорения операций с самим ОЗУ, однако многие программы используют неоднократно информацию, записанную на жестком или лазерном диске – они имеют намного меньшую скорость обмена с МП, чем ОЗУ.
Базовая система ввода – вывода (BIOS)
– предназначена для изоляции ОС и прикладных программ от специфических способностей конкретной аппаратуры. BIOS находится в микросхемах энергонезависимой памяти, расположенной на системной плате; на картах расширения (звук,видео) могут находится дополнительные модули BIOS, поддерживающие функционирование этих карт.
ROM-BIOS хранится в микросхемах ПЗУ, которые могут быть перепрограммируемые. Для изменения содержимого ПЗУ их приходится извлекать из системной платы и перезаписывать на спец. устройстве – программаторе.
Флеш-BIOS хранится в микросхемах флеш-памяти, допускающей перепрограммирование прямо на месте установки.
Функции BIOS распределяются на следующие группы:
1. Инициализация и начальное тестирование аппаратных средств.
2. Настройка и конфигурирование аппаратных средств и системных ресурсов.
3. Поддержка управления энергопотреблением.
4. Обслуживание аппаратных прерываний от системных устройств
5. Начальная загрузка
Одна из главных задач BIOS – тест начального включения – тестирование процессора, памяти и системных средств ввода – вывода. В результате теста начального включения на экран выводятся следующие данные:
1. Тестирование полного объема ОЗУ
2. Тестирование клавиатуры
3. Тестирование часов
4. Инициализация COM и LPT- портов
5. Инициализация и тест контроллера НЖМД
1. Возможность обновления – перезапись новой версии BIOS без замены материнской платы.
2. Возможность работы со стандартом PlagantPlay
3. Возможность загрузки с CD-ROM и других носителей.
Материнские платы– сложная многослойная плата, на которую устанавливаются основные компоненты ПК.
Классификация МП по Form Factor – стандарт, определяющий размер МП, места ее крепления к корпусу, расположение на ней интерфейсов шин, портов ввода-вывода, сокита, слотов ОП, а так же тип разъема для блока питания.
Baby AT – использовался в первых компьютерах IBM PC и XT.
Полноразмерная плата АТ
а) АТХ – применяются в стандартных настольных ПК; поддерживают до 7 разъемов расширения.
б) Micro ATX – уменьшенная ширина (244 или 282 мм), уменьшенное число разъемов и уменьшенный блок питания.
в) Flex ATX – отличаются меньшим размером и поддерживаются процессоры Coket.
г) NLX – заменил собой стандарт LPX.
Mini ITX, Nano ITX, Pico ITX, BTX, Micro BTX, Pico BTX.
1. Центральный процессор
2. Набор системной логики (чипсет) – набор микросхем, обеспечивающих подключение ЦПУ к ОЗУ и контроллерам периферийных устройств. Они строятся на базе двух микросхем.
а) Северный мост – системный контроллер, обеспечивающий подключение ЦПУ к узлам, использующим высокопроизводительные шины: ОЗУ, графический контроллер.
б) Южный мост – периферийный контроллер, который содержит в себе контроллеры периферийных устройств (HDD,сетевой адаптер, звуковая карта), контроллеры шин (PCI, PCI Express, USB), а так же контроллеры шин, к которым подключаются устройства, не требующие высокой пропускной способности (мышь, клавиатура)
3. ОП – предназначена для временного хранения данных и команд, необходимых процессору, для выполнения операций.
4. Загрузочные ПЗУ – хранит ПО, которое исполняется сразу после включения питания, содержит BIOS.
5. Разъемы шин – ISA, PCI, AGP.
Не нашли то, что искали? Воспользуйтесь поиском:
Лучшие изречения: Как то на паре, один преподаватель сказал, когда лекция заканчивалась – это был конец пары: "Что-то тут концом пахнет". 8403 – 
| 8020 – 
или читать все.
78.85.5.224 © studopedia.ru Не является автором материалов, которые размещены. Но предоставляет возможность бесплатного использования. Есть нарушение авторского права? Напишите нам | Обратная связь.
Отключите adBlock!
и обновите страницу (F5)
очень нужно
Физически системная BIOS представляет собой микросхему (или набор микросхем) постоянной памяти ПЗУ, или ROM, расположенную на материнской плате. Поэтому такую микросхему часто называют ROM BIOS, а саму программу системной BIOS – BIOS материнской платы. ROM BIOS – это вставленная в панель материнской платы микросхема с 28 или 32 контактами; она снабжена голографической наклейкой и надписью-логотипом производителя данной BIOS. Часто микросхемы впаиваются прямо в системную плату. Микросхемы ROM BIOS могут иметь различный объём, но чаще он составляет 128 или 256 Кб.
Как правило, рядом с микросхемой ROM BIOS находится никель-кадмиевый аккумулятор либо литиевый элемент (батарейка), питающие микросхему CMOS и постоянно подзаряжаемый во время работы компьютера. Такие питающие элементы устанавливаются с целью сохранения информации в микросхемах ROM после выключения питания. Поэтому микросхему ROM часто называют энергонезависимыми, но это не совсем верно. Микросхемы ROM, всё же, нуждаются в автономном электропитании, поэтому память таких микросхем следовало бы называть памятью с автономным питанием.
BIOS – базовая система ввода-вывода, хранящаяся в ПЗУ и предназначенная для выполнения базовых аппаратных функций с учетом особенностей аппаратной части конкретной ПЭВМ. Этим обеспечивается независимость операционной системы и прикладных программ от особенностей ПЭВМ, на которой они функционируют.
BIOS включает в себя программную поддержку стандартных ресурсов ПЭВМ и обеспечивает диагностику аппаратных средств, их конфигурирование и вызов загрузчика операционной системы. Обычно BIOS привязан к конкретному типу системной платы.
В последнее время BIOS чаще всего хранят во Flash памяти, допускающей перезапись содержимого. Это позволяет обновлять версии BIOS, однако, оборотной стороной этого является возможность вывода ПЭВМ из строя из-за порчи BIOS при неправильной его перезаписи или под воздействием вирусов.
Для обновления BIOS новые версии следует получать непосредственно от изготовителей системной платы или с сайтов, хранящих такие версии. Собственно производители BIOS (фирмы AMI, Award, Phoenix) под конкретные платы их не настраивают: Этой настройкой (доработкой) базовых версий BIOS и занимаются изготовители системных плат.
Функции BIOS разделяются на следующие группы:
Инициализация и тестирование аппаратных средств по включении питания – POST (Power On Self Test)
Настройка и конфигурирование аппаратных средств и системных ресурсов– BIOS Setup
Загрузка операционной системы с дисковых носителей – Bootstrap Loader
Обслуживание аппаратных прерываний от системных устройств (таймера, клавиатуры, дисков) – BIOS Hardware Interrupts
Отработка базовых функций программных обращений (сервисов) к системным устройствам –BIOS Services
Все эти функции исполняет системный модуль System BIOS, хранящийся в микросхеме ПЗУ или флэш-памяти, установленной на системной плате.
Система CMOS (энергозависимая память CМОS). Особенность этой памяти состоит в том, что она питается от специального источника питания, независимо включен или выключен основной источник питания. В ней содержится информация о гибких дисках, о жестком диске, процессоре, а также показания системных часов.
POST (англ.Power On Self Test) — самотестирование после включения. Проверка аппаратного обеспечениякомпьютера, выполняемая при включении. Выполняется программойBIOSматеринской платы. Тест включает:
Проверку целостности программы BIOS
Обнаружение и инициализацию основных системных шин и устройств (контроллера прерываний, контроллеров шин, графического адаптера…), а также выполнение программ заложенных в устройства и обеспечивающих их самоинициализацию.
Определение размера оперативной памятии тестирования первых 64килобайт.
Полный регламент работы POST:
Проверка регистров процессора;
Проверка контрольной суммы ПЗУ;
Проверка системного таймера и порта звуковой сигнализации 8255;
Тест контроллера непосредственного доступа к памяти (DMA);
Тест регенератора оперативной памяти;
Тест нижней области ОЗУ для проецирования резидентных программ в BIOS;
Загрузка резидентных программ;
Тест стандартного графического адаптера (VGA);
Тест оперативной памяти;
Тест основных устройств ввода (НЕ манипуляторов);
Тест основных портов LPT/COM;
Тест НГМД (накопителей на гибкие магнитные диски);
Тест НЖМД (накопителей на жесткие магнитные диски);
Самодиагностика функциональных подсистем BIOS;
Передача управления загрузчику BOOTStrap.
В большинстве персональных компьютеровв случае успешного прохождения теста системный динамик издаёт один короткий звуковой сигнал (beep). В случае ошибки — различные последовательности звуковых сигналов, по которым можно определить причины сбоя. Кроме того, генерируется код ошибки, который можно узнать при помощиPOST Card— платы, которая вставляется в слот расширения и отображает код на установленном на ней индикаторе. О соотношении конкретного звукового сигнала и кода POST с причиной ошибки можно узнать из документации поBIOSили поматеринской плате.
Понятие о многозадачности.
Многозада́чность (англ.multitasking) — свойство операционной системыили среды программирования обеспечивать возможность параллельной (илипсевдопараллельной) обработки нескольких процессов. Истинная многозадачность операционной системы возможна только враспределенных вычислительных системах.
Свойства многозадачной среды
Примитивные многозадачные среды обеспечивают чистое «разделение ресурсов», когда за каждой задачей закрепляется определённый участок памяти, и задача активизируется в строго определённые интервалы времени.
Более развитые многозадачные системы проводят распределение ресурсов динамически, когда задача стартует в памяти или покидает память в зависимости от её приоритета и от стратегии системы. Такая многозадачная среда обладает следующими особенностями:
Каждая задача имеет свой приоритет, в соответствии с которым получает процессорное время и память
Система организует очереди задач так, чтобы все задачи получили ресурсы, в зависимости от приоритетов и стратегии системы
Система организует обработку прерываний, по которым задачи могут активироваться, деактивироваться и удаляться
По окончании положенного кванта времени ядровременно переводит задачу из состояния выполнения в состояние готовности, отдавая ресурсы другим задачам. При нехватке памяти страницы невыполняющихся задач могут быть вытеснены на диск (своппинг), а потом через определённое системой время, восстанавливаться в памяти
Система обеспечивает защиту адресного пространства задачи от несанкционированного вмешательства других задач
Система обеспечивает защиту адресного пространства своего ядра от несанкционированного вмешательства задач
Система распознаёт сбои и зависания отдельных задач и прекращает их
Система решает конфликты доступа к ресурсам и устройствам, не допуская тупиковых ситуаций общего зависания от ожидания заблокированных ресурсов
Система гарантирует каждой задаче, что рано или поздно она будет активирована
Система обрабатывает запросы реального времени
Система обеспечивает коммуникацию между процессами
Трудности реализации многозадачной среды
Основной трудностью реализации многозадачной среды является её надёжность, выраженная в защите памяти, обработке сбоев и прерываний, предохранении отзависанийитупиковых ситуаций.
Кроме надёжности, многозадачная среда должна быть эффективной. Затраты ресурсов на её поддержание не должны: мешать процессам проходить, замедлять их работу, резко ограничивать память.
Типы псевдопараллельной многозадачности
Тип многозадачности, при котором операционная системаодновременно загружает в память два или более приложений, но процессорное время предоставляется только основному приложению. Для выполненияфонового приложенияоно должно быть активизировано.
Совместная или кооперативная многозадачность
Тип многозадачности, при котором следующая задача выполняется только после того, как текущая задача явно объявит себя готовой отдать процессорное время другим задачам. Как частный случай, такое объявление подразумевается при попытке захвата уже занятого объекта mutex (ядро Linux), а также при ожидании поступления следующего сообщения от подсистемы пользовательского интерфейса (Windows версий до 3.x включительно, а также 16-битные приложения в Windows 95/98/Me).
Вытесняющая или приоритетная многозадачность (режим реального времени)
Вид многозадачности, в котором операционная системасама передает управление от одной выполняемой программы другой в случае завершений операций ввода-вывода, возникновения событий в аппаратуре компьютера, истечений таймеров и квантов времени, или же поступлений тех или иных сигналов от одной программы к другой. В этом виде многозадачности процессор может быть переключен с исполнения одной программы на исполнение другой без всякого пожелания первой программы и буквально между любыми двумя инструкциями в ее коде. Распределение процессорного времени осуществляется планировщиком процессов. К тому же каждой задаче может быть назначен пользователем или самой операционной системой определенный приоритет, что обеспечивает гибкое управление распределением процессорного времени между задачами (например, можно снизить приоритет ресурсоемкой программы, снизив тем самым скорость ее работы, но повысив производительность фоновых процессов). Этот вид многозадачности обеспечивает более быстрый отклик на действия пользователя.
Проблемные ситуации в многозадачных системах
Задержка времени от пробуждения потока до его вызова на процессор, в течение которой он находится в списке потоков, готовых к исполнению. Возникает по причине присутствия потоков с большими или равными приоритетами, которые исполняются все это время.
Негативный эффект заключается в том, что возникает задержка времени от пробуждения потока до исполнения им следующей важной операции, что задерживает исполнение этой операции, а следом за ней и работу многих других компонент.
Голодание создает узкое место в системе и не дает выжать из нее максимальную производительность, ограничиваемую только аппаратно обусловленными узкими местами.
Гонка (race condition)
Недетерминированный порядок исполнения двух путей кода, работающих с одними и теми же данными и исполняемыми в двух различных нитях. Приводит к зависимости порядка — и правильности — исполнения от случайных факторов.
Поток L имеет низкий приоритет, поток M — средний, поток H — высокий. Поток L захватывает mutex, и, выполняясь с удержанием mutex’а, преемптивно прерывается потоком M, который пробудился по какой-то причине, и имеет более высокий приоритет. Поток H пытается захватить mutex.
В полученной ситуации поток H ожидает завершения текущей работы потоком M, ибо, пока поток M исполняется, низкоприоритетный поток L не получает управления и не может освободить mutex.
БИЛЕТ 7-Классы приоритетов.
Драйверы.Приоритеты процессов .(приоритет-сокр.п-т+оконч.)Cистемн. планировщик (system scheduler), управл. переключением заданий, определяя, какому из конкурирующих потоков нужно выделить следующий квант времени процессора.Всё зависит от п-тов конкурирующих потоков.Существ. от 0 (низш. п-т) до 31 (высший п-т) п-тов. Нулевой уровень п-та система присваивает особому потоку обнуления свободных страниц. Он работает при отсутствии других потоков. Ни один поток, кроме него, не может иметь нулевой уровень. П-т каждого потока определя-ся исходя из:класса п-та процесса, в контексте которого выполн.-ся поток, О уровня п-та потока внутри класса п-та потока. Существует шесть классов п-тов для процессов:IDLE_PRIORITY_CLASS(процессы, осуществл-ие мониторинг системы, а также хранители экрана (screen savers) должны иметь этот класс чтобы не мешать другим полезным потокам);BELOW_NORMAL_PRIORITY_CLASS((BELOW. и ABOVE. ) появились начиная с Windows NT 5.0.);NORMAL__PRIORITY_CLASS(по умолч.);ABOVE_NORMAL_PRIORITY_CLASS;HIGH_PRIORITY_CLASS(если поток процесса этого класса подолгу занимает процессор, то другие потоки не имеют шанса получить свой квант времени);REALTIME_PRIORITY_CLASS(способны прервать даже те системные потоки, которые обрабатывают сообщения мыши, ввод с клавиатуры и фоновую работу с диском)
Приоритеты потоков. Внутри каждого процесса, которому присвоен какой-либо класс п-та, могут существовать потоки, уровень п-та которых принимает одно из семи возможных значений:THREAD_PRIORITY_IDLE(если же вы для потока выберете этот уровень, то базовый уровень скакнет и опустится до единицы);THREAD_PRIORITY_LOWEST(фоновые потоки);THREAD_PRIORITY__BELOW___NORMAL(фоновые потоки);THREAD_PRIORITY_NORMAL(все потоки создаются с этим уровнем);THREAD_PRIORITY_ABOVE_NORMAL;THREAD_PRIORITY_HIGHEST;THREAD_PRIORITY_TIME_CRITICAL.
Каждому потоку назначается приоритет планирования. Имеется 32 уровня приоритетов планирования со значениями 0-31. Приоритеты планирования делятся на две главных группы:динамические приоритеты (dynamic priorities); приоритеты реального времени (real-time priorities).Динамические приоритеты имеют значения в диапазоне 1-15.Остальные реальн.времени. Программно назначенное потоку значение приоритета называют базовым приоритетом.
ДРАЙВЕР – это автономный компонент, который можно динамически загружать и выгружать из системы в зависимости от потребностей пользователя. Унифицированный модульный интерфейс, предоставляемый драйверами, позволяет диспетчеру ввода/вывода не видеть их структуру или внутренние детали. Драйверы могут вызывать друг друга через диспетчер ввода/вывода, что обеспечивает независимую обработку запроса ввода/вывода на нескольких уровнях. Драйверы являются модульными и могут располагаться слоями один над другим, что позволяет, например, драйверам разных файловых систем использовать для доступа к файлам один и тот же драйвер диска. Послойная модель драйверов позволяет также вставлять в иерархию новые драйверы. Драйвер – это особый тип динамически подключаемой библиотеки. Фактически, это DLL, удовлетворяющая ряду дополнительных требований и имеющая расширение «.sys». Как и любая DLL, драйвер имеет свою точку входа — функцию, вызываемую при загрузке исполняемого файла в память. Адрес этой точки входа содержится в служебной информации в самом модуле. При создании модуля в процессе компиляции настройки среды разработки предполагают, что имя соответствующей функции будет DriverEntry, хотя оно может быть заменено на любое другое. Момент загрузки драйвера определяется соответствующими данному драйверу настройками в реестре (ключ Start). Этими настройками управляет Service Control Manager (SCM), хотя они могут быть изменены и вручную. Прежде чем перейти к описанию структуры драйвера желательно ознакомиться с такими важными понятиями как объект-файл, объект-драйвер и объект-устройство.
Вопрос 8-Принципы построения файловой системы. Физический формат магнитного диска .С информационной точки зрения магнитный диск условно можно разделить на концентрические окружности, называемые дорожками, в которых хранятся биты данных. Диск представляет собой пакет магнитных пластин, а совокупность одноименных дорожек разных пластин называется цилиндром. По каждой стороне магнитной пластины располагается по одной магнитной головке. Подавая команды дисковому контроллеру, программа может перемещать блок головок вдоль радиуса диска, переходя от одного цилиндра к другому. Данные записываются или считываются не сплошным потоком, а блоками определенного размера, которые называют секторами. Сектор представляет собой наименьший объем данных, который записывается или прочитывается контроллером. Физически каждая дорожка состоит из определенного числа секторов. Число секторов на дорожке задается программно (драйвером устройства). Каждый сектор состоит из поля данных и поля служебной информации, ограничивающей и идентифицирующей его.
Фактор чередования равен количеству оборотов диска, за которое можно последовательно в порядке возрастания номеров секторов прочитать одну дорожку. Если секторы расположены подряд в порядке возрастания номеров, при достаточном быстродействии контроллера диска можно прочитать дорожку за 1 оборот диска. Если фактор чередования равен двум, потребуется 2 оборота.
Сдвиг цилиндров. Некоторые НМД, в частности использующие интерфейс ESDI, можно отформатировать "со сдвигом цилиндров" (Cylinder Skew). В этом случае цилиндры, расположенные ближе к центру, будут сдвинуты вперед по направлению вращения относительно внешних цилиндров. При переходе от одного цилиндра к другому головки успеют как раз к началу следующей дорожки, т. е. к первому цилиндру. И если величина сдвига выбрана правильно, дополнительный оборот диска не потребуется.
Сдвиг головок. Для выбора правильного расположения первого сектора некоторые программы низкоуровневого форматирования позволяют задавать сдвиг головок (Head Skew) относительно маркера дорожки.
Информационная структура диска.
Каждая дискета (ГМД) обычно рассматривается MS-DOS как единственный логический диск.
Жесткий диск может быть подразделен на несколько разделов, используемых, различными ОС. Максимальное число разделов равно четырем. Собственно MS-DOS может использовать один или два раздела. Первый из них должен быть первичным разделом MS-DOS, второй – может быть расширенным разделом MS-DOS. В первичном разделе DOS может быть сформирован только один логический диск, а в расширенном – любое их количество. Каждый логический диск «управляется» своим логическим приводом.
На логическом уровне считается, что секторы логического диска имеют непрерывную нумерацию от 0 до N – 1, где N = T ´ H ´ S – количество секторов на диске. Соответствие между физическим адресом сектора и его логическим номером n (для ГМД) определяется следующей формулой:N = (t ´ H ´ S) + (h ´ S) + S – 1 (2.1)
Сначала (начиная с нуля) нумеруются секторы на нулевой дорожке нулевой поверхности и т.д. После перенумерации секторов на нулевых дорожках всех поверхностей описанный процесс повторяется для первого и всех последующих цилиндров.
Каждому логическому диску на винчестере соответствует своя (относительная) логическая нумерация. Физическая же адресация жесткого диска сквозная. В вышеприведенной формуле это необходимо учитывать, вычитая из вычисленного n абсолютный логический номер первого сектора данного логического диска, чтобы получить смещение в секторах относительно его начала (т.е. относительный логический номер).
Формулу (2.1.) можно использовать и в обратном направлении для определения физического адреса сектора по его логическому номеру:t = n / (H ´ S) ;h = (n – (t ´ H ´ S)) /
S = n – ((t ´ H ´ S) + (h ´ S)) + 1
Приведенные формулы для дискет можно использовать без каких-либо поправок. Для ЖМД полученные t, h и S нужно увеличить на значения, соответствующие задействованной в других целях предшествующей области дискового пространства.
Логическое дисковое пространство любого логического диска делится на две области: системную область и область данных.
Системная область логического диска создается и инициализируется при форматировании верхнего уровня, а в последующем обновляется при манипулировании файловой структурой. Область данных логического диска содержит файлы и каталоги, подчиненные корневому каталогу. Однако она в отличие от системной области доступна через пользовательский интерфейс MS-DOS.
Системная область состоит из следующих расположенных в логическом адресном пространстве подряд компонентов:загрузочной записи (BR – Boot Record);зарезервированных секторов (Rsec – Reserved Sector);таблицы размещения файлов (FAT – File Allocation Table);
корневого каталога (Rdir – Root Directory).
Файл – это именованный объект, который может хранить данные, программу или другую информацию.
Файловую систему можно определить как состоящую из двух составных частей:.совокупность файлов и управляющей информации на диске для доступа к файлам;совокупность программных средств ОС для доступа к файлам, которые выполняют следующие операции с файлами.
Содержание
Термин «BIOS» [ править | править код ]
Термин «BIOS» употребляется по отношению к устройствам, совместимым с персональными компьютерами фирмы IBM. Для устройств, построенных на базе иных платформ, используются другие термины. Например, для компьютеров архитектуры SPARC набор микропрограмм может называться «PROM» или «Boot».
Русское название «БИОС» произошло из транслитерации английской аббревиатуры «BIOS» [2] . Произносят «би́ос». Надо помнить, что это русифицированное, искажённое произношение и правильно произносить это название как «ба́йос» ( / ˈ b aɪ . ɒ s / ). Правильное название базовой системы ввода-вывода — именно «байос» — позволяет избежать путаницы с BeOS (операционная система, созданная фирмой «Be, Inc.»; произносится «би́-ос») и с другими похожими по написанию или звучанию словами. [ источник не указан 1363 дня ]
BIOS материнской платы [ править | править код ]
В IBM PC-совместимом компьютере, использующем микроархитектуру x86, код BIOS хранится на микросхеме EEPROM (ЭСППЗУ — электрически стираемое перепрограммируемое постоянное запоминающее устройство).
- проверка работоспособности оборудования [⇨] ;
- загрузка операционной системы (ОС)
- [⇨] ;
- предоставление API для работы с оборудованием
- [⇨] ;
- настройка оборудования
- [⇨] .
Начальная загрузка компьютера [ править | править код ]
После включения IBM PC-совместимого компьютера процессор, реализующий микроархитектуру x86, читает код BIOS из ПЗУ (с микросхемы EEPROM), записывает его в ОЗУ (оперативную память) и передаёт управление коду BIOS.
- выполняет тестирование оборудования компьютера (см. POST, англ.power-on self-test );
- читает настройки из энергонезависимого ПЗУ;
- применяет настройки;
- ищет и загружает в оперативную память код загрузчика;
- передаёт управление загрузчику.
В дальнейшем загрузчик ищет и загружает в память код операционной системы и передаёт ему управление.
BIOS реализует API для работы с внутренними и внешними устройствами компьютера. Загрузчик ОС и сама ОС используют это API для работы с оборудованием до тех пор, пока не загрузят собственные драйверы.
В настоящее время компания Intel на новых платформах предлагает использовать extensible firmware interface (UEFI) вместо BIOS.
Инициализация и проверка работоспособности аппаратуры [ править | править код ]
Бо́льшую часть кода BIOS составляют микропрограммы, предназначенные для инициализации контроллеров, расположенных на материнской плате, и устройств, подключённых к материнской плате (которые, в свою очередь, могут иметь контроллеры с собственными BIOS).
Сразу после включения питания компьютера процессор читает код BIOS из EEPROM, записывает код BIOS в память и передаёт ему управление. Первым делом код BIOS начинает проверку аппаратного обеспечения компьютера — POST (англ. power-on self-test ). В ходе POST код BIOS проверяет работоспособность контроллеров, расположенных на материнской плате, задаёт низкоуровневые параметры их работы (например, частоту шины и параметры центрального микропроцессора, контроллера оперативной памяти, контроллеров шин FSB, AGP, PCI, USB).
Если во время POST случится сбой, код BIOS может выдать информацию, позволяющую выявить причину сбоя. Кроме вывода сообщения на монитор (а также в случаях, если нет возможности вывести сообщение на монитор), используется звуковой сигнал, воспроизводимый при помощи встроенного динамика (спикера). Звуковые сигналы по высоте тона, продолжительности и комбинациям могут различаться в зависимости от производителя и версии BIOS.
Загрузка операционной системы [ править | править код ]
Если POST выполнен без ошибок, код BIOS начнёт поиск кода загрузчика ОС. Поиск выполняется на доступных и разрешённых в настройках носителях:
Код BIOS загрузит код загрузчика ОС в память и передаст ему управление.
Загрузчик ОС и сама ОС по ходу работы могут изменять большинство настроек, установленных кодом BIOS.
Некоторые реализации BIOS поддерживают загрузку через интерфейсы, изначально для этого не предназначенные (USB и IEEE 1394).
Утилиты, доступные без загрузки ОС [ править | править код ]
Старые компьютеры семейства IBM PC/XT не имели полноценной операционной системы (либо её загрузка не была необходима пользователю), вызывали встроенный интерпретатор языка BASIC (который выполнял роль простейшей ОС).
Некоторые BIOS предоставляют дополнительную функциональность:
- воспроизведение аудио-CD или DVD-дисков;
- обновление кода BIOS с внешних носителей;
- использование простых браузеров.
Примитивное API [ править | править код ]
IBM-совместимые компьютеры изначально конструировались так, чтобы предоставить возможность расширения. По этой причине работа с дисками и экраном выполнялась через функции BIOS — при появлении нового оборудования переписывается BIOS, а программы продолжают работать, как и раньше. Ранее для этого использовались порты ввода-вывода и блоки памяти.
Код BIOS предоставляет несколько интерфейсов, упрощающих составление программ, — например, функции для работы с экраном в телетайпном режиме, функции для сканирования клавиатуры. Эти API позволяют работать с оборудованием на низком уровне, поэтому в названии «BIOS» присутствует слово «базовый».
Функции BIOS используются простейшими ОС (такими, как DOS). Современные ОС, такие как Windows и Linux, пользуются функциями BIOS только в момент загрузки и в «аварийных» режимах — после загрузки они используют свои драйверы, а не BIOS.
С развитием компьютерных систем в коде BIOS продолжали использоваться устаревшие технологии: прежде всего «реальный режим» работы процессора x86.
Для замены BIOS рядом производителей вычислительных систем (Unified EFI Forum (англ.), UEFI) предложена и внедряется технология EFI.
Настройка оборудования с помощью меню [ править | править код ]
Чтобы позволить пользователям менять настройки оборудования, код BIOS, как правило, реализует экранное меню.
Открыть меню BIOS (англ. BIOS setup ) можно, если во время POST нажать определённую клавишу. Часто используются клавиши Del , F2 , F10 , Esc и F8 .
Некоторые возможности меню:
- настройка даты и времени для системных часов;
- настройка периферии, не приспособленной к работе в режиме «Plug and Play», например жёстких дисков, выпущенных в начале 1990-х годов и работающих в режиме адресации CHS; COM- и LPT-портов;
- запуск аппаратуры в «форсированном» или «щадящем» режиме;
- установка заводских настроек (подробнее см. ниже);
- включение и выключение оборудования, встроенного в материнскую плату (USB-, COM- и LPT-портов, встроенного видео-, сетевого или звукового адаптера);
- отключение некоторых тестов, выполняемых во время POST, для уменьшения времени выполнения POST (ускорения начальной загрузки);
- активация обходных ветвей для известных ошибок ОС. Например, если Windows 95 отказывается загружаться на машине без флоппи-дисковода, BIOS может перенаправить векторы IRQ так, чтобы ОС поняла, что дисковода нет [3] . Если неудачно написанный драйвер не работает с жёсткими дисками, подключёнными через интерфейс SerialATA, BIOS может эмулировать интерфейс ATA;
- порядок носителей, с которых выполняется загрузка компьютера: жёсткий диск, USB-накопители, CD-ROM, загрузка с использованием сетевой платы (NIC) по технологии PXE и т. д. Если загрузка с первого носителя не удалась, BIOS пробует следующий по списку.
Сами состояния настроек не находятся непосредственно в микросхеме ПЗУ BIOS-а. Они записываются в энергонезависимое ОЗУ (NVRAM), физически находящееся в другой микросхеме (очень часто — в ячейках памяти южного моста). В выключенном состоянии компьютера питание ячеек NVRAM осуществляется от собственного источника, в качестве которого очень часто используются литиевые элементы CR2032 и подобные (одновременно использующиеся для резервного питания встроенных аппаратных системных часов).
Так как существует вероятность неправильной настройки оборудования (неудачный разгон, воздействие вирусов, неправильные значения параметров, аппаратный сбой), предусмотрена возможность возврата настроек по умолчанию (сброса настроек). Сбросить настройки можно несколькими способами:
- программно:
- с помощью меню BIOS;
- путём нажатия особой комбинации клавиш во время POST;
Информация о назначении пунктов меню BIOS и о сбросе настроек в первоначальное состояние указывается в инструкциях к материнским платам [6] [7] . Инструкции поставляются в комплекте с материнскими платами и могут быть скачаны с сайта производителя платы.
SLIC [ править | править код ]
С выходом ОС Windows Vista производители компьютеров стали внедрять в BIOS таблицу SLIC («ACPI_SLIC table», SLIC — аббревиатура от англ. software licensing description table ). В таблице SLIC хранится информация о лицензировании ПО. Таблица SLIC является первым из трёх компонентов, созданных для OEM активации ОС семейства Microsoft Windows в режиме offline (без доступа к сети Интернет).
ОС Windows при установке проверяет наличие в BIOS таблицы SLIC, ищет в таблице SLIC код продукта OEM и цифровой сертификат OEM для выполнения активации.
Код продукта OEM (OEM SLP или system locked pre-installation (англ.) русск. ) — специальный 25‑значный ключ‑лицензия. Выдаётся только крупным производителям комплектующих. Является вторым компонентом OEM активации в режиме offline.
Цифровой сертификат OEM (OEM certificate) — файл в формате XML с расширением *.xrm-ms . Выдаётся фирмой Microsoft каждому крупному производителю ПК. Является третьим компонентом OEM активации в режиме offline.
Для активации ОС Windows использует определённый алгоритм. Этот алгоритм проверяет все три компонента и в случае успеха автоматически активирует ОС Windows.
