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BIOS和BIOS芯片介绍

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    BIOS(Basic Input Output System)即基本输入/输出系统,它实际上是被固化到计算机主板上的ROM芯片中的一组程序,为计算机提供最低级的、最直接的硬件控制。由于它属于主板的一部分,因此大家有时就称呼它一个既不同于软件也不同于硬件的名字“Firmware”(固件),它主要用于存放:自诊断测试程序、系统自举装入程序、系统设置程序和主要I/O设备的I/O驱动程序及中断服务程序。同其它程序不同,BIOS程序是在每次开机或重启动时自动运行的,当微机接通电源后,系统将有一个对内部各个设备进行检查的过程,这是由一个通常称之为POST(Power On Self Test,上电自 检)的程序来完成的。

    完整的POST自检将包括CPU、640K基本内存、1M以上的扩展内存、ROM、主板、 CMOS存贮器、串并口、显示卡、软硬盘子系统及键盘测试。自检中若发现问题,系统将给出提示信息或鸣笛警告。在完成POST自检后,ROM BIOS将按照系统CMOS设置中的启动顺序搜寻软硬盘驱动器及CDROM、网络服务器等有效的启动驱动器 ,读入操作系统引导记录,然后将系统控制权交给引导记录,由引导记录完成系统的启动。准确地说,BIOS是硬件与软件程序之间的一个“转换器”或者说是接口(虽然它本身也只是一个程序) ,负责解决硬件的即时需求,并按软件对硬件的操作要求具体执行。

    BIOS ROM芯片在主板上很引人注目,主板性能是否优越在很大程度上取决于BIOS管理功能如何。而它是否工作正常、是否能工作,则直接决定了整个微机系统的生死。586以前的BIOS多为可重写EPROM芯片,上面的标签起着保护BIOS内容的作用(紫外线照射会使EPROM内容丢失),不能随便撕下;586以后的BIOS ROM多采用FLASH ROM(快闪电可擦写只读ROM),芯片的读和写操作都在单电压下进行,利用专用程序即可方便地修改其内容。为了充分发挥主板的性能,支持层出不穷的新硬件,并改正以前BIOS版本中的缺陷,厂家不断推出新的BIOS版本,利用专用的升级程序,改写主板BIOS的内容,这就是我们常说的BIOS升级。例如:K6 III不能在旧的socket7主板上使用;Pentium III也不能在早期Slot1主板上使用;AGP显卡与VIA控制芯片相处得不好;让较次的显卡跑出一流厂家的性能等等,解决这些情况都需要通过刷新BIOS来做到。改写BIOS是CIH病毒的一个特点。万一不小心你的电脑已被CIH侵袭,并且BIOS内容已被篡改,或者升级过程中由于断电导致程序中断,您的机器将无法正常工作--开机后别说蓝天白云,屏幕根本就不亮,没有显卡初始化信息,没有微机自检信息…什么都没有了。

    另外,电脑爱好者在自行升级BIOS时,也会出现一些不可预料的事。在升级过程中断电,升级时用错了升级文件,升级文件的版本不正确,升级文件被修改过(例受病毒侵袭过)等,都会造成重开机时没有显示。正因为此,一些主板厂家,如采用i820芯片组的华硕系列主板采用更贴近用户的方式来升级BIOS,在新出的华硕P3C系列主板中,具有方便的Live Update功能,更新BIOS时,只需要放入随机附带的驱动程序光盘,在选定更新BIOS的选项后,即可全自动下载最新版的BIOS,并全自动更新,避免了用户在操作上的失误。

    当然,BIOS损坏,并不意味着世界末日,有好几种方法都可以让您自已动手把它修好。很多杂志上都介绍了可以用热插拔法、利用BIOS芯片中的Boot Block块能支持ISA显卡或用盲操作的方法来修复BIOS。然而,带电热插拔是电子元件一大忌,在插拔过程中可能产生瞬态冲击电压或电流对芯片造成损害,以此来对待娇贵的电脑元件,它具有一定的危险性,只能是没有办法中的办法,不应该提倡;另外,冀希望于Boot Block块也并非万无一失,一是现在的BIOS升级软件往往将Boot Block一同刷新,另外,并不是所有的BIOS芯片中都有Boot Block块的,这促使我们必须找到一种升级BIOS的安全、可靠、有效的方法。

    为了避免BIOS损坏造成的麻烦,主板生产厂家纷纷推出新型主板。目前市场上新出了一种带两片BIOS芯片的主板,如技嘉的GA-BX2000一直到新出的GA-6WXM7主板上,采用了技嘉科技专利的Dual BIOS TM(双BIOS)技术,给我们提供了一种保护主板BIOS的新方法,一片BIOS芯片损坏,可以用另一片中的内容来恢复,从而有效地防护主板攻击型病毒对主板的伤害;微星公司则提出“SafeBIOS”的概念,强调不见得非要配备两块BIOS才能有效解决BIOS的中毒问题,它是在主板上配备容量较普通主板大一倍的4MB BIOS,此BIOS划分为两个隔开的区域,若主板上开机区域内的资料受损,将由另一区的BIOS启动,并自动修复受损区域的BIOS;博登公司则提出截然不同的解决方法,该公司推出了首创便携式BIOS的作法-----AIR BUS,把一块BIOS芯片内建在一张小卡上,如果主板上的BIOS遭病毒侵入,可将此卡插入主板上专用的插槽,由此卡上的BIOS启动,并自动修复主板上的BIOS。对于不拥有这些新型主板的用户,如果发挥我们电子发烧友的优势,另辟蹊径,自已备份一份BIOS内容,或者把BIOS写到一片EPROM中,是否就有备无患,大功告成了呢?

    要对BIOS芯片内的数据进行编程(读写),不能不谈到BIOS存放的介质。在微机的发展初期,其BIOS 都存放在ROM(Read Only Memory,只读存储器)中。我们知道,ROM中的内容只能读不能改,其中的内容是在ROM的制造工序中,在工厂中用特殊的方法被烧录进去的,一旦烧录进去,其中的内容则不能被修改。由于ROM制造和升级的不便,后来人们发明了EPROM(Erasable Programmable ROM,可擦除可编程ROM)。

    EPROM有两种,一种是不带窗口的,在专用编程器上只能写入一次,如果写错了,芯片只能报废,这种芯片在各种显卡、声卡和以前的解压卡上都能见到,如图1中,型号为W27C010的芯片就是一片这样的EPROM芯片。另一种是带窗口的EPROM,可以用紫外线照射擦除其内容,并且往芯片中写内容时必须要加一定的编程电压(VPP=12-24V,随不同的芯片型号而定)。EPROM的型号是以27开头的,例我们下面要用的27C010(8*128K)是一块1M容量的EPROM芯片。图2是一块典型的EPROM芯片,从图中可以看出在其正面的陶瓷封装上,开了一个小窗口,透过该窗口,可以看到其内部的集成电路,紫外线也正是透过该孔照射其内部芯片而擦除其内容的,常见的EPROM芯片的型号见表1。

   

表1: 一次性EPROM型号   编程电压

     EPORM型号

2764  
2764  
27C64  
27128  
27128 
27C128 
27256  
27512
27512
27C512
27C010
27C020
27C040
27C080

(21V)
(12.5V)
(12.5V)
(21V)
(12.5V)
(12.5V)
(21V)
(21V)
(12.5V)
(12.5V)
(12.5V)
(12.5V)
(12.5V)
(12.5V)

EEPROM
2864
28C64
2864A
28256
28C256
28C010
28C020
28C040
28F256
28F512
28F010
28F020

    鉴于EPROM升级的不便,现在出的主板上的BIOS ROM芯片大部分都采用快闪Flash ROM,快闪Flash ROM是EEPROM(Electrically Erasable Programmable ROM,电可擦除可编程ROM)的一种。常见EEPROM的种类较多,主要有Winbond、Intel、ATMEL、SST、MXIC等品牌。EEPROM的擦除不需要借助于其它设备,它完全用电流来擦除的并利用一定的电压来写片(从而方便升级,但也给CIH以可乘之机),但不同的芯片的擦写方法却不同。

    目前主板上常用的EEPROM芯片主要有几类,一类是以Intel的28系列部分芯片和Winbond的29E系列芯片为代表的分块式的EEPROM,例主板上常用的INTEL的28F001B×T150及Winbond的29E011-15等,都是150ns的1M的EEPROM。这种芯片与常用的可擦写ROM有一定区别,如28F001将内部128K内存分为几个块,其中BOOT BLOCK必须VPP=12V、PR#=12V才能编程,从而有效保护BIOS启动区(如果这块信息没丢失,则有的机子升级失败后用ISA显卡仍能显示),其内部地址分布表见图3。

    第二类是工业上常用的以INTEL为代表的28F010芯片,图4.gif (3443 字节)见图4。28F系列芯片的第1脚要加VPP(+12V)编程电压才能写片。由此可见,以上两类EEPROM芯片是双电压设计的,它可以在+5V的电压下正常读取,但写入必须提供+12V的电压,采用这两类芯片的机器在升级BIOS时,必须要开机箱设置跳线才行,因而比较麻烦,常见EEPROM芯片的型号见表2。

    第三类是单电压的EEPROM芯片,即我们所称的FLASH ROM芯片,例以SST为代表的29C系列的FLASH ROM芯片,见图5。这类芯片为单电压设计芯片,读写都是在单电压下进行的,因此其第1脚不需要加什么电压(见图该脚为NC,即空脚)因此只须用升级软件即可完成升级BIOS的操作。常见FLASH ROM芯片的型号多为:29C256 29C257 29LV512 29C010 29C020 29C040等。

   

芯片管脚功能说明

符号

功能定义

Vpp

编程电压+12V

Vcc

电源电压+5V

#PGM/#CE

PGM EPROM编程脉冲端,作用同WE写入数据使能端

#OE

读出数据使能端

#CE

片选端

D1~D7

8位数据线

A0~A16

8╳128K容量地址线

GND/VSS

NC

悬空端

#PR

#PR=12V时,BOOT BLOCK才能编程

芯片工作状态

CE#

DE#

PGM#

VPP

VCC DC(数据线) 工作方式
L L H 5V 5V D
H 5V 5V 高阻 未选定
L H L 12.5V 5V D 编程
L L H 12.5V 5V D 编程校验
H 12.5V 5V 高阻 编程禁止

    第四类是FHW/LPC EPROM芯片,从INTEL 810以后的主板,INTEL制定了FWH和LPC总线,FHW/LPC BIOS芯片不单纯起到BIOS的功能,还起到一定的IO功能;FWH/LPC芯片采用地址线和数据线共用的方式,在读写操作时,由系统进行地址线或数据线的转换。代表芯片型号是INTEL 82802AB 4M芯片。

   

    第五类是SPI串行 EPORM芯片,现在随着BIOS功能越来越强大,BIOS文件的大小也越来越大,以前的BIOS芯片由于构造和封装的原因,已经无法适应现在的大容量BIOS文件;因此出现了体积更小,容量更大的SPI 串行芯片,其一般只有8脚,但却有1M到64M,甚至128M的容量。代表芯片,WINBOND W25X80 SOP8芯片,SPI 串行芯片现在多为SOP8或SOP16。

    在笔记本上,还有机型使用TSOP32 40 48的芯片,以及SON8的芯片,由于比较少见,在此不做介绍,有兴趣的网友可QQ:125081447

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