BIOS的基本概念与启动过程

发布时间：2023-06-05 作者：admin 来源：讲座

BIOS的基本概念与启动过程

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计算机启动过程(1)-BIOS+MBR部分2009-09-16 19:41整理: jonathan

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1 基本概念

1.1 BIOS(基本输入输出系统)

BIOS直接与硬件打交道，为操作系统提供操纵硬件设备的基本功能。

BIOS分为系统BIOS(即常说的主板BIOS)、显卡BIOS与其它设备(比如IDE操纵器、SCSI卡或者网卡等)的BIOS，其中系统BIOS是操纵计算机的启动的要紧代码。

BIOS通常被存放在ROM(只读存储芯片)之中，即使在关机或者掉电以后，这些代码也不可能消失。

1.2 内存地址

内存每一个字节都被给予了一个地址，以便CPU访问。

最初的8086处理器能够访问的内存最大只有1MB(0～FFFFFH): 低端640KB被称之基本内存；A0000H～BFFFFH保留给显示卡显存使用；C0000H～FFFFFH则保留给BIOS使用，其中显卡BIOS通常在C0000H～C7FFFH处，IDE操纵器的BIOS在C8000H～CBFFFH处，系统BIOS通常占用了最后的64KB或者更多一点的空间。

1.3 MBR

磁盘指的是硬盘、软盘、U盘、光盘等等这种类型的设备。

对每个类型磁盘，都有MBR与分区来组织这个磁盘。

按照标准，每个磁盘能够有最多4各主分区，1个扩展分区。扩展分区上能够分多个逻辑分区。

磁盘每个分区的第一个扇区是用来存放特别的信息，比如引导加载程序，而不用来存放文件等信息(每个分区的第一个扇区无法通过文件系统来访问)。

注意：MBR不属于任何分区。MBR除了存放引导加载程序，还在后64个字节中存放这个磁盘的分区表。

2 BIOS启动过程

2.1 按下电源开关，电源就开始向主板与其它设备供电；如今电压还不太稳固，主板上的操纵芯片组会向CPU发出并保持一个RESET(重置)信号，让CPU内部自动恢复到初始状态，但CPU在此刻不可能马上执行指令；当芯片组检测到电源已经开始稳固供电了(当然从不稳固到稳固的过程只是一瞬间的情况)，它便撤去RESET信号(假如是手工按下计算机面板上的Reset按钮来重启机器，那么松开该按钮时芯片组就会撤去RESET信号)；CPU马上就从地址FFFF0H处开始执行指令。从前面介绍可知，这个地址实际是系统BIOS的地址范围，不管是Award BIOS还是AMI BIOS，放在这里的只是一条跳转指令，跳到系统BIOS中真正的启动代码处。

2.2 系统BIOS的启动代码首先进行POST(Power－On Self Test，加电后自检)。

POST的要紧检测系统中一些关键设备是否存在与能否正常工作，比如内存与显卡等设备；

由于POST是最早进行的检测过程，如今显卡还没有初始化，假如系统BIOS在进行POST的过程中发现了一些致命错误，比如没有找到内存或者者内存有问题(如今只会检查640K常规内存)，那么系统BIOS就会直接操纵喇叭发声来报告错误，声音的长短与次数代表了错误的类型；

在正常情况下，POST过程进行得非常快，几乎无法感受到它的存在。

POST结束之后就会调用其它代码来进行更完整的硬件检测。

2.3 接下来系统BIOS将查找显卡的BIOS。

前面说过，存放显卡BIOS的ROM芯片的起始地址通常设在C0000H处，系统BIOS在这个地方找到显卡BIOS之后就调用它的初始化代码，由显卡BIOS来初始化显卡。如今多数显卡都会在屏幕上显示出一些初始化信息，介绍生产厂商、图形芯片类型等内容，只是这个画面几乎是一闪而过。

系统BIOS接着会查找其它设备的BIOS程序，找到之后同样要调用这些BIOS内部的初始化代码来初始化有关的设备。

2.4 查找完所有其它设备的BIOS之后，系统BIOS将显示出它自己的启动画面，其中包含有系统BIOS的类型、序列号与版本号等内容。

2.5 接着系统BIOS将检测与显示CPU的类型与工作频率，测试所有的RAM，并同时在屏幕上显示内存测试的进度。能够在CMOS设置中自行决定使用简单耗时少或者者全面耗时多的测试方式。

2.6 内存测试通过之后，系统BIOS将开始检测系统中安装的一些标准硬件设备，包含硬盘、CD－ROM、串口、并口与软驱等设备，另外绝大多数较新版本的系统BIOS在这一过程中还要自动检测与设置内存的定时参数、硬盘参数与访问模式等。

2.7 标准设备检测完毕后，系统BIOS内部支持即插即用的代码将开始检测与配置系统中安装的即插即用设备。每找到一个设备之后，系统BIOS都会在屏幕上显示出设备的名称与型号等信息，同时为该设备分配中断、DMA通道与I/O端口等资源。

2.8 到这一步为止，所有硬件都已经检测配置完毕了，多数系统BIOS会重新清屏并在屏幕上方显示出一个表格，其中概略地列出了系统中安装的各类标准硬件设备，与它们使用的资源与一些有关工作参数。

2.9 接下来系统BIOS将更新ESCD(Extended System Configuration Data，扩展系统配置数据)。ESCD是系统BIOS用来与操作系统交换硬件配置信息的一种手段，这些数据被存放在CMOS(一小块特殊的RAM，由主板上的电池来供电)之中。通常ESCD数据只在系统硬件配置发生改变后才会更新，因此不是每次启动机器时都能够看到“Update ESCD… Success”这样的信息。只是，某些主板的系统BIOS在储存ESCD数据时使用了与Windows 9x不相同的数据格式，因此Windows 9x在它自己的启动过程中会把ESCD数据修改成自己的格式。但在下一次启动机器时，即使硬件配置没有发生改变，系统BIOS也会把ESCD的数据格式改回来。如此循环，将会导致在每次启动机器时，系统BIOS都要更新一遍ESCD，这就是为什么有些机器在每次启动时都会显示出有关信息的原因。

2.10 ESCD更新完毕后，系统BIOS的启动代码将进行它的最后一项工作：即根据用户指定的启动顺序从软盘、硬盘或者光驱启动MBR。系统BIOS将读取磁盘上的主引导记录MBR，并放入指定位置(0x7c00)的内存。然后BIOS把操纵权交给MBR。主引导记录由两部分构成：代码与分区表。MBR代码首先检测其他代码(如查看是否有"55AA"有效标记)，然后从分区表中找到第一个活动分区，读取并执行这个活动分区的分区引导记录。

MBR扇区的数据结构:

字节偏移(十六进制) 字节数描述

00~1BD 446 引导代码

1BE~1CD 16 分区表项1

1CE~1DD 16 分区表项2

1DE~1ED 16 分区表项3

1EE~1FD 16 分区表项4

1FE~1FF 2 签名值(55AA)

分区表项数据结构:

偏移(十六进制) 字节数描述

00~00 1 可引导标志，0x00 - 不可引导；0x80 - 可引导

01~03 3 分区起始CHS地址

04~04 1 分区类型

05~07 3 分区结束CHS地址

08~0B 4 分区起始LBA地址(Little-endian顺序)

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