شرح جامع BIOS
بایوس اصطلاحی است که به عبارت (BASIC INPUT/ OUTPUT) اطلاق می گردد
بایوس در واقع پیوند بین سخت افزار و نرم افزار در یک سیستم کامپیوتری محسوب میگردد. اغلب مردم اصطلاح بایوس را با نام دیگری تحت عنوان درایورهای دستگاه یا فقط درایور میشناسد. بایوس عبارت واحدی است که همه درایوهای داخل یک سیستم را که با همکاری یکدیگر به عنوان یک اینترفیس بین سخت افزار و نرم افزار سیستم عامل عمل می نمایند، تشریح میکند. نکته گمراه کننده آن است که مقداری از برنامه بایوس،روی تراشه ROM که یک حافظه دائمی بوده و از نوع فقط خواندنی است ضبط میگردد.این قسمت، بخش مرکزی بایوس میباشد اما همه بایوس محسوب نمی شود.همچنین بایوس به برنامه موجود روی تراشه ROM نصب شده روی کارتهای آداپتور و نیز همه درایوهای دیگر که هنگام راه اندازی سیستم از روی دیسک سخت بار می شوند،اطلاق میگردد.
به مجموعه بایوس مادربرد،بایوس کارت آداپتور و درایوهای بارشده از دیسک سخت،در مجموع بایوس گفته میشود.بخشی از بایوس موجود در تراشه ROM روی مادربرد و کارتهای آداپتور،FIRM WARE نام دارند.این نام به نرم افزارهای ذخیره شده در تراشه های غیر از دیسک سخت اطلاق میگردد.این مسئله سبب میگرددکه برخی کاربران به غلط بایوس را بعنوان یک عنصر سخت افزاری تلقی کنند.
یک سیستم PC میتواند بعنوان یک مجموع از لایه ها(برخی سخت افزاری و برخی نرم افزاری)تشریح گردد که با یکدیگر ارتباط دارند.در ساده ترین شکل ممکن، شما میتوانید یک کامپیوتر شخصی را به 4 لایه اصلی تقسیم کنید که هر یک از آنها به نوبه خود به زیر مجموعه های کوچکتری تقسیم میشوند.شکل(1)چهار لایه مذکور را در یک کامپیوتر شخصی معمولی نشان میدهد.
هدف از طرح لایه بندی،امکان دادن به سیستم عامل و نرم افزارها برای اجرا روی یک سخت افزار متفاوت میباشد.شکل (1) نشان میدهد که چگونه دو سیستم با سخت افزار های مختلف، می توانند از یک بایوس اختصاصی برای ارتباط این سخت افزار منحصر به فرد با یک سیستم عامل و نرم افزار های عمومی استفاده کنند.بدین گونه دو کامپیوتر با پردازنده ها،حافظه،صفحه نمایش وسایر اجزای سخت افزاری مختلف میتوانند نرم افزار یکسانی را اجرا کنند.
در این معماری لایه لایه،برنامه های نرم افزاری،باسیستم عامل از طریق اینترفیس برنامه کاربردی(API)گفتگو می کنند.APIوابسته به نوع سیستم عاملی که شما استفاده میکنید با یک دیگر متفاوت بوده و شامل فرمانها و توابع گوناگونی است که سیستم عامل میتواند از آنها برای ارتباط با نرم افزار کاربردی استفاده کند.برای مثال یک نرم افزار کاربردی میتواند از سیستم عامل بخواهد تا یک فایل را بار گذاری یا ذخیره نماید.در این روش لازم نیست نرم افزار کاربردی،از نحوه خواندن اطلاعات از روی دیسک،ارسال داده ها به یک چاپگر یا اجرای هر نوع دیگری از فرمانهای سیستم عامل اگاه باشد.از آن جایی که این نرم افزار بطور کامل از سخت افزار ایزوله میگردد،شما می توانید همین نرم افزار را روی سیستمهای دیگر اجرا کنید. چرا که نرم افزار فقط سیستم عامل ارتباط دارد تا با سخت افزار.
سپس سیستم عامل با بایوس ارتباط بر قرار مینماید.بایوس دارای همه برنامه های درایوری که بین سیستم عامل و سخت افزار عمل میکنند،می باشد.بنابر این سیستم عامل هرگز مستقیما با سخت افزار ارتباط بر قرار نمیکند در عوض سیستم عامل می بایست همیشه درایور مناسب را بیابد این یک روش مناسب برای ارتباط با سخت افزار میباشد.سازنده سخت افزار ،مسئولیت تهیه درایورهای مناسب برای سخت افزار خود را بعهده دارد.از آنجایی که درایورها می بایست بین سخت افزار و سیستم عامل قرار گیرند،معمولا هر درایور، مخصوص یک سیستم عامل معین میباشد.بدین گونه سازنده سخت افزار می بایست درایورهای مختلفی را ارائه نمایند،به طوری که سخت افزار وی تحت سیستمهای عاملDOS،ویندوز2000،OS/2،لینوکس و غیره کار کند.
از آنجایی که لایه بایوس فقط سیستم عامل را میبیند و کاری با سخت افزار سیستم ندارد،شما میتوانید سیستم عامل یکسانی را روی مجموعه ای از کامپیترهای شخصی پیاده سازی کنید.برای مثال شما میتوانید ویندوز98را روی دو سیستم با پردازنده های مختلف،دیسکهای سخت،کارتهای تصویر و غیره اجرا کنید و ویندوز 98 روی هر دو آنها به طور یکسان عمل میکند.این بدان دلیل است که درایورها بدون توجه به سخت افزار سیستم،عملیات یکسانی را انجام میدهند.
همانطور که در شکل (1) ملاحظه می کنید،لایه های نرم افزار کاربردی و سیستمهای عامل از سیستمی به سیستم دیگر می توانند مشابه باشند.اما سخت افزار بین سیستمهای مختلف ممکن است تفاوت زیادی داشته باشند.از آنجایی که بایوس دارای درایورهای نرم افزاری است،برای برقراری ارتباط بین سخت افزار و نرم افزار بکار میرود.لایه بایوس در یک سمت خود،با یک سخت افزار منحصر به فرد و در انتهای دیگر،با سیستم عامل واحدی سازگار میباشد.لایه سخت افزار،جایی است که اغلب تفاوتها بین سیستمهای گوناگون در آنجا ظاهر می گردد.
سخت افزار/ نرم افزار بایوس
خود بایوس،نرم افزاری است که در حافظه اجرا گشته و شامل همه درایورهای گوناگونی است که ارتباط بین ارتباط سخت افزار و سیستم عامل را برقرار می کنند بایوس در یک سیستمPCاز سه منبع مختلف حاصل می گردد:
1.ROMمادربرد
2.ROMکارت تصویر
3.برنامه بار گذاری شده از دیسک سخت به حافظهRAM (درایوهای سخت افزاری)بایوس موجود در ROMقرار داشته و درایور های نرم افزاری اولیه مورد نیاز برای راه اندازی سیستم را در اختیار دارد.سالها پیش هنگام اجرای فقط سیستم عامل DOSروی PCهای اولیه،این تراشه ROM(روی مادربرد)کافی بود بطوریکه به هیچ درایور دیگری نیاز نبود.بایوس مادر برد همه اطلاعات لازم را در اختیار داشت.بایوس مادربرد معمولا دارای درایورهایی برای همه مولفه های اصلی سیستم شامل صفحه کلید،درایور،فلاپی،دیسک سخت،پورتهای سریالو پارالل و غیره...میباشد.همچنان که سیستم ها پیچیده تر شدند،سخت افزارهای جدیدی مطرح گشته که برای آنها هیچگونه درایوری روی بایوس مادربرد وجود نداشت.این قطعات سخت افزاری شامل آداپتورهای ویدئویی،درایورهایCD-ROM،دیسک های سخت ،اسکازی،درگاههایUSBو غیره...بود.
علاوه بر نیاز به یک بایوس جدید مادربرد که بطور ویژه ای از قطعات سخت افزاری جدید پشتیبانی نماید،راه حل ساده تر و عملی تر ،کپی نمودن هر یک از درایورهای جدید روی دیسک سخت سیستم و پیکر بندی سیستم عامل برای بار گذاری در زمان راه اندازی سیستم میباشد.حالت دومروشی است که اغلب درایوهای CD-ROM،کارت های صوتی،اسکنر ،پرینتر،کارتهایPC-MCIA و غیره پشتیبانی میشود.از آنجایی که این قطعات سخت افزاری در طی زمان BOOT سیستم الزامی به فعال بودن ندارد،سیستم می تواند از رویهارد دیسک عملیات راه اندازی سیستم را انجام داده و برای بار گذاری درایورها در زمان بار گذاری سیستم عامل اولیه این کار صورت پذیرد.
البته برخی از درایورها می بایست در طی زمان BOOTسیستم،فعال باشند.برای مثال اگر درایور های مورد نیاز برای رابط دیسک سخت از روی دیسک سخت بار شود،چگونه میتوان عملیات BOOTرا از روی این دیسک سخت انجام داد.واضح است که درایورهای دیسک سخت میبایست از قبل در داخل حافظهROMمادربرد یا کارت آداپتور ذخیره شده باشد.
برای مشاهده اطلاعات،هنگام راه اندازی سیستم روی مانیتور،اگر کارت ویدیئویی دارای یک مجموعه درایور در داخل حافظهROMنباشد چگونه این کار میسر خواهد بود.یک راه حل ایجاد یکROMمادربرد با درایورهای ویدئویی مناسب داخل آن میباشد البته این کار غیر عملی است زیرا تعداد بسیار متنوعی از کارتهای ویدئویی وجود دارد که هر یک به درایورهایخاص خود نیازدارد در نتیجه شما با صدها تراشهROMمادربرد متفاوت روبرو خواهید شد که هر کدام درایور یک کارت ویدئویی مخصوص را در خود دارد در عوض هنگامی که شرکت IBM کامپیوتر شخصی اولیهرا طراحی نمود یک راه حل بهتر را ارائه نمود.IBMحافظهROM مادربردPC را به گونه ای طراحی کرد که برنامه داخل آن هنگام راه اندازی سیستم،شکافهای توسعه را اسکن نموده و به دنبال کارتهای آداپتور با حافظهROM روی آنها میگردد.اگر یک کارت آداپتور با حافظهROMیافت شود،محتویات ROMدر طی فاز اولیه راه اندازی سیستم(قبل از آنکه سیستم شروع به بار گذاری سیستم عامل،از دیسک سخت بنماید)اجرا میشود.با قرار دادن درایورها داخل حافظهROM کارت آداپتور،شما مجبور به تغییر تراشه ROM مادربرد خود نخواهد بود.یک تعداد کارت آداپتورکه اغلب دارای تراشه ROMروی خود میباشند عبارتند از:
کارتهای تصویر :همه این کارتها یک حافظه بایوس روی خود میباشند.
آداپتورهایSCSI:این آداپتورها امکان بوت سیستم از درایوهای سخت SCSI یا CD-ROM که دارای یک بایوس روی برد میباشند فراهم میکنند.توجه کنید که در اغلب موارد،بایوس اسکازی از هیچ دستگاه اسکازی غیر از یک دیسک سخت پشتیبانی نمی کند.اگرشما از یک CD-ROM اسکازی، اسکنر،زیپ درایو و غیره...استفاده می کنید،مجبور به بار گذاری درایوهای مناسب برای این دستگاهها ازدیسک سخت خود میباشید.اغلب آداپتورهای جدیدتر اسکازی امکان،بوت سیستم از
CD-ROM اسکازی را فراهم میکنند اما درایورهای CD-ROM برای دسترسی به CD-ROM(هنگام راه اندازی سیستم از درایو یا دستگاه سخت افزاری دیگر ) مورد نیاز میباشند.
کارتهای شبکه
آنهایی که امکان بوت سیستم را مستقیما از روی یک سرور فایل فراهم می نمایند دارای یکBOOT ROM یاAPL\ROM می باشند،این سیستم امکان می دهد تا PC ها روی یک شبکه LAN بعنوان ایستگاههای کاری بدون دیسک پیکره بندی شوند از این ایستگاههای کاری گاهی اوقاتNET\PC،NET PC (کامپیوترهای شبکه) یا حتی ترمینالهای هوشمند یاد می شود.
مدارهای الکترونیIDE یا فلاپی:برد های الکترونیکی که امکان میدهد تا شما تعداد بیشتری از انواع درایوها را نسبت به آنچه که معمولا توسط خود مادر برد پشتیبانی میشود به سیستم متصل کنید.این کارت های الکترونی برای اینکه بتوانند در زمان بوت سیستم فعال باشند،به یک بایوس داخلی نیاز دارند.
نکته ای در مورد بایوس و CMOS ROM
برخی مردم بایوس را باCMOS ROM در یک سیستم کامپیوتری اشتباه می گیرند.
این اشتباه از این ناشی میشود که برنامهSETUP در داخل بایوس که برای تنظیم و ذخیره سازی تنظیمات پیکره بندی سیستم مورد استفاده قرار میگیرد داخلCMOS-ROM قرار دارد.اما این دو در مولفه کاملامتمایز از یک دیگر میباشد.بایوس روی مادربرد در یک تراشه ثابتROM ذخیره میشود.همچنین روی مادربردتراشه ای به نام تراشهRTC\NVRAMوجود دارد که یک حافظه غیر فرار محسوب میشود.با وجودی که این حافظه یک حافظه غیر فرار نامیده میشود در واقع اطلاعات آن قابل پاک شدن هستند بدان معنا که اعمال توان الکتریکی به آن تنظیمات زمان/تاریخ و داده های ذخیره شده در قسمتRAM پاک خواهد شد.دلیل استفاده از صفت غیر فراراز آنجا ناشی میشود که این حافظه از تکنولوژی CMOS استفاده میکند که توان بسیار بسیار پایینی را مصرف مینماید.یک باطری داخل سیستم،علاوه بر جریانAC،توان مورد نیاز این تراشه را فراهم می کند.مصرف جریان این تراشه در حد میکروآمپر میباشد و معمولا این نوع باطری 5 سال دوام می آورد.
هنگامی که شما واردSETUP بایوس خود میشوید و قصد پیکره بندی پارامترهای دیسک سخت یا سایر تنظیمات بایوس را داریداین تنظیممات در قسمت حافظه تراشهRTC\NVRAM (یا CMOS RAM ) ذخیره میشود.هر بار هنگام بوت سیستم ،پارامترهای ذخیره شده در تراشهCMOS RAM برای تعیین چگونگی پیکره بندی سیستم خوانده میشود.بین بایوس CMOS RAM یک رابطه منطقی وجود دارد اما آنها دو بخش کاملا متمایز سیستم میباشند.
بایوس مادربرد
همه مادربرد ها میبایست دارای یک تراشه ویژه حاوی نرم افزاری به نامBIOS-ROM باشند این تراشهROM دارای برنامه های راه اندازی سیستم و درایور های مورد استفاده برای اجرا و عملکرد سیستم بوده و بعنوان رابطی بین سخت افزار سیستم و سیستم عامل عمل مینماید.هنگامی که شما کامپیوترخود را روشن می کنیدPOST در بایوس،عناصر اصلی سیستم شما را تست مینماید.بعلاوه شما میتوانید یک برنامهSETUP را که برای ذخیره اطلاعات پیکره بندی در حافظهCOMS مورد استفاده و بوسیله یک باطری روی مادربرد تغذیه میشود،اجرا نمایید.این حافظهCOMS RAM اغلبNVRAM نامیده میشود زیرا قادر است با کشیدن یک جریان میکروآمپر سالهای سال این اطلاعات را در خود ذخیره نماید.بایوس مجموعه ای از برنامه ها است که وابسته به طرح کامپیوتر شمادر داخل یک یا چند تراشه ذخیره گشته است.مجموعه این برنامه ها،اولین چیزی است که هنگام روشن کردن کامپیوتر حتی قبل از سیستمعامل بار میشوند.به طور ساده می توان گفتکه در اغلب کامپیوترهای شخصی ،بایوس کار اصلی را انجام میدهد:
POST (power on self test). برنامه POST پردازنده،حافظه،چیپست،آداپتور ویدئویی ،کنترلرهای دیسک،دیسک درایوها و سایر عناصر سیستم را تست مینماید .
SETUP :(برنامه نصب و پیکره بندی سیستم )این معمولا یک برنامه مبتنی بر منو میباشد که با فشار دادن یک کلید مخصوص در طی عملیات POST(که به شما امکان پیکره بندی مادر برد و تنظیمات چیپست همراه با تاریخ و زمان ،رمز عبور ،دیسک درایوها و سایر تنظیمات اصلی سیستم را میدهد) فعال می شود.همچنین شما میتوانید تنظیمات مدیریت توان و توالی درایو بوت را از برنامه SETUP تحت کنترل داشته باشید همچنین می توانید زمان بندیCPU و تنظیماتclock-muitiolier را پیکره بندی کنید در گذشته برخی سیستمهای قدیمی 286و 386 دارای برنامهsetup در حافظهrom نبوده و شما ملزم بودید تا با استفاده از یک دیسکsetup مخصوص، سیستم خود را راه اندازی کنید.