BIOSCMOSMBRPBR的概念

BIOS、CMOS、MBR、PBR的概念BIOS是什么?BIOS概念BIOS（BasicInputOutputSystem，基本输入输出系统）是计算机的基本输入输出系统，它由计算机最重要的基本输入输出的中断服务程序、系统设置程序、上电自检程序和系统启动自举程序构成。BIOS主要功能是为计算机提供最底层的、最直接的硬件设置和控制。形象地说，BIOS是连接软件程序与硬件设备的一座“桥梁”，它既负责解决硬件设备的即时要求，也按程序软件对硬件设备的操作要求对硬件设备执行具体操作。BIOS是集成（储存）在计算机主板上的BIOS芯片中的。BIOS芯片或许是主板上唯一贴有标签的芯片，一般它是一块32针的双列直插式的集成电路芯片，上面印有“BIOS”字样。BIOS芯片发展历程如下：ROM在计算机（微型计算机MicrocomputerSystem）的发展初期，BIOS都存放在ROM（ReadOnlyMemory，只读存储器）中。ROM内部的资料是在ROM的制造工序中，在工厂里用特殊的方法被烧录进去的，其中的内容只能读不能改，一旦烧录进去，用户只能验证写入的资料是否正确，不能再作任何修改。如果发现资料有任何错误，则只有舍弃不用。EPROM为了解决了ROM芯片只能写入一次的弊端，发展出EPROM（ErasableProgrammableROM，可擦除可编程ROM）芯片，可重复擦除和写入。EPROM芯片有一个很明显的特征，在其正面的陶瓷封装上，开有一个玻璃窗口，透过该窗口，可以看到其内部的集成电路，紫外线透过该孔照射内部芯片就可以擦除其内的数据，完成芯片擦除的操作要用到EPROM擦除器。EPROM内资料的写入要用专用的编程器，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，如27C020（8*256K）是一片2MBits容量的EPROM芯片。EPROM芯片在写入资料后，还要以不透光的贴纸或胶布把窗口封住，以免受到周围的紫外线照射而使资料受损。EEPROM由于EPROM操作的不便，586以后的主板上BIOS芯片大部分都采用EEPROM（ElectricallyErasableProgrammableROM，电可擦除可编程ROM）。通过跳线开关和系统配带的驱动程序盘，就可以对EEPROM进行重写，方便地实现BIOS升级。NORFlash从奔腾时代开始，现代的电脑主板都使用NORFlash来作为BIOS的存储芯片。除了容量比EEPROM更大外，主要是NORFlash具有写入功能，运行电脑通过软件的方式进行BIOS的更新，而无需额外的硬件支持（通常EEPROM的擦写需要不同的电压和条件），且写入速度快。BIOS主要程序BIOS芯片储存的BIOS主要程序如下：1．中断服务程序中断服务程序实质上是计算机系统中软件与硬件之间的一个可编程接口，主要用来在程序软件与计算机硬件设备之间实现衔接。例如，DOS和Windows操作系统中对软盘、硬盘、光驱、键盘、显示器等外围设备的管理，都是直接建立在BIOS系统中断服务程序的基础上，而且操作人员也可以通过访问INT5、INT13等中断点而直接调用BIOS中断服务程序。具体地讲，中断服务程序提供如下两部分处理功能：硬件中断处理硬件中断处理是处理计算机硬件设备的需求，BIOS提供的服务分为很多组，每组有一个专门的中断。例如视频服务，中断号为10H;屏幕打印，中断号为05H;磁盘及串行口服务，中断14H等。每一组又根据具体功能细分为不同的服务号。应用程序需要使用哪些外设、进行什么操作只需要在程序中用相应的指令说明即可，无需直接控制。程序服务处理程序服务处理主要是为应用程序和操作系统服务，这些服务主要与输入输出设备有关，例如读磁盘、文件输出到打印机等。为了完成这些操作，BIOS必须直接与计算机的I/O设备打交道，它通过端口发出命令，向各种外部设备传送数据以及从它们那儿接收数据，使应用程序能够脱离具体的硬件操作。2．系统设置程序系统设置程序主要用来供操作人员对当前计算机系统内CPU、内存、软硬盘驱动器、显示器、键盘等硬件各项参数进行必要的设置，还可以对计算机系统的日期和时间、可引导设备的启动顺序、主板芯片组功能、电源管理等计算机系统参数进行设置。这种设置通常被称为“计算机系统设置”，简称为“系统设置”，设置完成后就形成了当前计算机配置信息。早期的系统设置程序驻留在软盘上的（如IBM的PC/AT机型），使用上很不方便。现在多数厂家将系统设置程序做到了BIOS芯片中，在开机启动计算机出现BIOS开机画面时，通过按下某个特定键就可进入系统设置程序，可以非常方便地对系统进行设置，因此，系统设置通常被称为“BIOS设置”，系统设置程序被称为“BIOS设置程序”。计算机配置信息是记录保存在计算机主板上的一块名叫CMOS的可读写的RAM（RandomAccessMemory，随机存取存储器）芯片中的，因此，系统设置也被称为“CMOS设置”，系统设置程序被称为“CMOS设置程序”。由此可见，由于BIOS和CMOS都跟系统设置密切相关，所以在实际使用过程中造成了“BIOS设置”和“CMOS设置”的说法，其实指的都是系统设置，但BIOS与CMOS却是两个完全不同的概念，千万不可搞混淆。3．POST（上电自检）程序计算机按通电源开机后，BIOS首先读取CMOS中保存的计算机配置信息，然后由POST（PowerOnSelfTest，上电自检）程序来对内部各个硬件设备进行检查和初始化，通常完整的POST将包括对CPU、640K基本内存、1M以上的扩展内存、ROM、主板、CMOS、串并口、显示卡、软硬盘子系统及键盘进行测试。一旦在自检中发现问题，BIOS将按如下两种情况处理：1）对于严重故障（致命性故障），则停机，此时由于各种初始化操作还没完成，BIOS不会给出任何提示信息或报警信号。2）对于非严重故障，待初始化操作完成后，BIOS将给出提示信息或声音报警，等待用户处理。4．系统启动自举程序在POST（上电自检）成功后，BIOS首先按照CMOS中保存的可引导设备（硬盘、软盘、光盘或U盘等）的启动顺序搜寻可引导设备，然后由系统启动自举程序从可引导设备的主引导扇区（位于磁盘的0磁道0柱面1扇区上）读取MBR（MasterBootRecord，主引导记录）。如果没有找到MBR，BIOS则会在显示器上显示没有可引导设备；如果找到MBR，BIOS会将MBR装入内存，运行MBR内的引导程序，并且把计算机的控制权交给MBR，由MBR完成操作系统的后续启动引导。在计算机启动成功后，BIOS的这部分任务就完成了。CMOS是什么?CMOS（ComplementaryMetalOxideSemiconductor，互补金属氧化物半导体）本意是指互补金属氧化物半导体，是一种大规模应用于集成电路芯片制造的原料。在计算机领域，CMOS是计算机主板上的一块可读写的RAM（RandomAccessMemory，随机存取存储器）芯片，主要用来存储计算机配置信息，计算机配置信息包括当前计算机系统内CPU、内存、软硬盘驱动器、显示器、键盘等硬件各项参数配置信息，计算机系统的日期和时间、开机启动设备的启动顺序、主板芯片组功能、电源管理等计算机系统参数配置信息，以及操作人员对这些参数的设置信息。CMOS由计算机系统通过一块后备电池供电，因此，无论是在关机状态中，还是遇到系统掉电情况，CMOS中的信息都不会丢失。由于CMOS本身只是一块存储器，只具有保存数据的功能，所以对CMOS中保存的计算机配置信息的设定要通过专门的程序，那就是在BIOS芯片中储存的系统设置程序。一旦CMOS中关于计算机的配置信息不正确时，轻者会使得计算机系统整体运行性能降低、软硬盘驱动器等部件不能识别，严重时就会由此引发一系列的软硬件故障。MBR是什么?MBR，全称为MasterBootRecord，即硬盘的主引导记录。为了便于理解，一般将MBR分为广义和狭义两种：广义的MBR包含整个主引导扇区（引导程序、磁盘分区表及有效标志），也就是上面所说的主引导记录；而狭义的MBR仅指引导程序而言。下面介绍广义的MBR概念。硬盘的0磁头、0柱面、1扇区称为主引导扇区（MasterBootSector），主引导扇区也叫主引导记录MBR，不属于任何系统分区，共512bytes，由三个部分组成：1）引导程序（BootLoader）占446bytes。它的任务是通知BIOS如何访问磁盘分区表，负责找到活动分区（定位操作系统的位置），然后从活动分区中加载并运行PBR内的引导程序。它实际上是一段可执行程序，包含一段由操作系统安装时写入的引导代码。引导代码会因为操作系统不同而不同，利用引导代码可以实现多重操作系统引导。多重操作系统引导有两种方法可以实现：一种方法是用Windows系统在操作系统分区中设置一段引导代码，先加载进入用户选择操作系统的界面，允许用户选择要进入的操作系统，再进入指定的操作系统；第二种方法是改变MBR中的引导代码，该代码直接呈现给用户一个选择操作系统的界面。2）磁盘分区表DPT（DiskPartitionTable）占64bytes。含有4个分区表项，每个表项占用16个字节，描述一个分区，最多可以描述4个分区。这样，硬盘中分区有多少以及每一分区的大小都记录在其中。3）有效标志MN（MagicNumber）占2bytes。55和AA被称为幻数（MagicNumber），BOIS读取MBR的时候总是检查最后是不是有这两个幻数，如果没有就被认为是一个没有被分区的硬盘，无法正确加载磁盘的分区。MBR的内容是在硬盘分区时由硬盘分区软件（如FDISK）写入主引导扇区的，MBR不属于任何一个操作系统，也不能用操作系统提供的磁盘操作命令来读取它，但在操作系统安装时会在MBR内的引导程序中写入引导代码，或者可以通过多重引导功能的软件（如：GRUB多重操作系统启动管理器）来修改和重写引导代码。虽然引导代码会因为操作系统不同而不同，MBR也不会夹带操作系统的性质，或者只是增加具有公共引导的特性。另外，MBR是先于操作系统被调入内存并发挥作用的。MBR是操作系统启动过程中的一个环节，在BIOS把计算机的控制权交给MBR后，MBR内的引导程序开始读取磁盘分区表DPT，扫描所有分区找到活动分区（系统分区，WindowsMBR中的引导程序只会在MBR中的磁盘分区表中查找活动分区，即Windows系统只能安装在主分区；Linux无此限制），读取活动分区的PBR（PartitionBootRecord，分区引导记录）（Windows系统改写的MBR装载运行PBR；GRUB多重操作系统启动管理器改写的MBR装载运行GRLDR）装入内存，运行PBR内的引导程序，并且把计算机的控制权交给PBR。PBR是什么?PBR，全称为PartitionBootRecord，即硬盘的分区引导记录。PBR位于每个非扩展主分区及每个逻辑分区的第一个扇区，是各个分区自己的引导记录，它是指由操作系统的FORMAT高级格式化命令写在各个分区开始处的第一个扇区（比如说：主分区C：从1磁头0柱面1扇区=逻辑1扇区=绝对63扇区开始，那么C：区逻辑1扇区就是PBR所存放的位置），共512bytes，由以下几个部分组成：1）占3个字节的跳转指令。2）占8个字节的操作系统厂商标识及版本号。3）占480个字节的引导程序，活动分区PBR内的引导程序的主要任务是判断本分区根目录下是否有操作系统的引导文件（以DOS为例，即是io.sys和msdos.sys）。如果确定存在，就把它装入内存，并把计算机的控制权交给操作系统引导文件。4）占19个字节的被称为BPB（BiosParameterBlock，档案参数块）的本分区参数记录表，里面存放着对本分区进行读写操作时所必备的参数（如本分区的起始扇区、结束扇区、文件存储格式、硬盘介质描述符、根目录大小、FAT份数、分配单元的大小等重要参数）。5）占2个字节的结束标志字。与MBR有所不同