BIOS工作原理

主板BIOS工作原理

讲到BIOS的工作原理，我们先来介绍一下BIOS系统的两类载体：EPROM和EEPROM的相关知识。EPROM--可擦除可编程只读存储器，从外观上可以看见，在芯片的中央有一个透明的小窗口，紫外线光即是通过这个小窗口将芯片上保存的信息擦除掉的，因为在日光和荧光中都含有紫外线，因此，我们通常用一块不透明的标签将已保存了信息的EPROM芯片的紫外线窗口封住。当然，写入EPROM芯片时，我们首先必须先用紫外线擦除器将EPROM中的信息清除掉，使它变为空的芯片后才能进行写操作，应该说明的是这里“空芯片”的“空”并非我们通常意义上的“空白”，而是此时芯片内部变为全“1”信息，因此，芯片的写入原理实际上是将指定位置上的“1”改为“0”。到这里，有的朋友一定想问：既然日光和荧光均含有紫外线，为什么我们不让EPROM芯片在这些光线下暴露一段时间来擦除呢？要知道，完全擦除一块EPROM中的内容，在日光下至少要一周，在室内荧光下至少要三年了！而且随着芯片容量的增大，时间也得相应拉长。EEPROM是电可擦除可编程只读存储器。在平常情况下，EEPROM与EPROM一样是只读的，需要写入时，在指定的引脚加上一个高电压即可写入或擦除，而且其擦除的速度极快！通常EEPROM芯片又分为串行EEPROM和并行EEPROM两种，串行EEPROM在读写时数据的输入／输出是通过2线、3线、4线或SPI总线等接口方式进行的，而并行EEPROM的数据输入／输出则是通过并行总线进行的。另外还有一种EEPROM即是我们现在主板上常见到的FLASH ROM--闪速存储器，其读写速度更快，更可靠，而且可以用单电压进行读写和编程，为便携式设备的在线操作提供了极大的便利，也因此广泛应用在计算机主板上。

通常，486以及486档次以下电脑的BIOS芯片基本上均是EPROM芯片，而586以及PⅡ、PⅢ档次的BIOS芯片基本上均是EEPROM。另外我们也可以从BIOS芯片上的型号来识别：像27C010、27C512等以“27”打头的芯片均是EPROM，而28C010、29C010、29C020、29C040等，均为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在计算机主板上较少见，而提供这些芯片的厂家多为MX、WINBOND、ATMEL等厂家。应注意的是：不同厂家生产的芯片命名方式不同。以上介绍的芯片是以ATMEL公司的产品为例。

下面我们以当前最常见的AT29C020为例，介绍一下BIOS的工作原理和程序的烧录过程。

AT29C020是ATMEL公司生产的256K×8的FLASH ROM芯片，采用单5V供电，由于AT29C020的容量为256K×8，所以需要18根地址线来寻址，也即图中A0～A17，而其输出是8位并行输出，需要8位双向数据线，即图中D0～D7，另外图中还有几个用于控制芯片工作状态的引脚。“we”引脚是控制芯片写入的使能端，“oe”引脚是控制芯片输出数据的使能端，这两个引脚控制芯片在选中后的工作状态，“ce”引脚为芯片的片选端。当处理器需要对该芯片进行读写操作时，首先必须选中该芯片，即在“ce”端送出低电平，然后，再根据是读指令还是写指令，而将相应的“we”引脚或“oe”引脚拉至低电平，同时处理器要通过A0～A17地址线送出待读取或写入芯片指定的存储单元的地址，AT29C020芯片就将该存储单元中的数据读出到数据线D0～D7上或者将数据线D0～D7上的数据写入到指定的存储单元中，从而就完成了一次读或写操作。

当上电后，计算机即从BIOS芯片中读取出指令代码进行系统硬件的自检（含BIOS程序完整性检验、RAM可读写性检验、进行CPU、DMA控制器等部件测试）。对PnP设备进行检测和确认，然后依次从各个PnP部件上读出相应部件正常工作所需的系统资源数据等配置信息。BIOS中的PnP模块试图建立不冲突的资源分配表，使得所有的部件都能正常地工作。配置完成之后，系统要将所有的配置数据即ESCD--Extended System Config Data写入BIOS中，这就是为什么我们在开机时看到主机启动进入Windows前出现一系列检测：配置内存、硬盘、光驱、声卡等，而后出现的“UPDATE ESCD..SUCCESSED”等提示信息。所有这些检测完成后，BIOS将系统控制权移交给系统的引导模块，由它完成操作系统的装入。