Базовая система ввода/вывода

ROM

RAM

Память RAM и ROM

Все компьютеры требуют где-то хранить информацию, которую они обрабатывают. Такое хранилище информации обычно организовывается на двух уровнях: основная память (состоящая из полупроводниковой памяти RAM и ROM) и массовая память (обычно реализуемая с помощью магнитных и оптических дисков разных типов). Память ROM является энергонезависимой и применяется для хранения программ и данных, которые должны сохраняться мри отключенном питании компьютера. Память RAM удерживает информацию только до тех пор, пока на нее подается питание. Лю­бое, самое короткое прерывание питания вызовет потерю содержимого RAM. Такая память называется энергозависимой (volatile). С другой стороны, память ROM является энергонезависимой и продолжает удерживать информацию, даже когда на нее не пода­ется питание.

В зависимости от их внутренней архитектуры полупроводниковые устройства памяти RAM и ROM могут хранить разные объемы данных. Базовой единицей измерения объ­ема полупроводниковой памяти является байт, который состоит из восьми битов ин­формации. Бит (от англ. bit, binary digit — двоичная цифра) — это наименьшая едини­ца информации, которая может быть представлена в цифровой системе.

В большей части архитектуры ПК информация обрабатывается в той или иной кратно­сти байтов, называемой словом. Например, 64-разрядный процессор обрабатывает ин­формацию во фрагментах по 8 байт. Это число и называется словом процессора. Размер слова разных устройств ПК не всегда совпадает. Например, размер слова процессора может быть 8 байт (64 бита), устройства памяти — 4 байта (32 бита), а шины (канала связи между устройствами системы)— 1 байт (8 бит). В случаях, когда требуется вы­полнить обмен данными между устройствами с разными размерами слова, большее слово нужно разбить на слова размера, применяемого в устройстве с меньшим разме­ром слова, и переслать его за несколько раз.

Память RAM для системных плат на основе процессоров Pentium поставляется в виде модулей DIMM (Dual Inline Memory Module, модуль памяти с двухрядным расположе­нием выводов). Эти модули состоят из микросхем памяти, смонтированных на обеих сторонах небольшой печатной платы, которая вставляется в специальные разъемы с защелкивающимися фиксаторами на системной плате. Когда модуль DIMM вставляет­ся до упора в разъем, фиксаторы на обоих концах разъема автоматически защелкива­ются и удерживают модуль памяти в разъеме. Чтобы модуль нельзя было вставить в разъем наоборот, на разъеме модуля имеются пазы, а в разъеме платы — соответст­вующие перемычки. Типичный модуль DIMM показан на рис. 1.12.

Рис. 1.12. Модуль памяти DIMM

Объем информации, вмещающейся в модули DIMM, типично указывается в мегабайтах (Мбайт) или гигабайтах (Гбайт). Типичный модуль памяти может хранить от 256 Мбайт до 1 Гбайт информации. Но по мере развития технологий производства памяти эти объемы продолжают увеличиваться.

Геометрия модуля памяти указывается в формате XÍY, где X означает размер слова в битах, а Y— количество слов. Так, модуль памяти объемом в 512 Мбайт, предназна­ченный для работы с 64-разрядным микропроцессором, будет рассчитан поставлять данные в 8-байтовых словах (64 бита Í 8 млн слов).

ПК обычно продаются, оснащенные не полным объемом RAM. Это позволяет пользо­вателю дешевле приобрести компьютер, который будет удовлетворять его текущим требованиям, но предоставляет возможность установить дополнительную RAM, если это потребуется в будущем.

Каждая системная плата содержит ROM, в которой хранится программа системы базо­вого ввода/вывода BIOS. Программа BIOS содержит инструкции для основных видов взаимодействия между микропроцессором и различными устройствами ввода/вывода системы. До недавних пор информацию в чипах ROM изменить было нельзя и для са­мого незначительного обновления программы BIOS необходимо было менять ROM.

Достижения в технологии производства памяти EEPROM (Electrically-Erasable Programmable Read Only Memory, электрически стираемое программируемое постоянное запоминающее устройство, ЭСППЗУ) позволили выпускать память ROM, называю­щуюся флэш-памятью (от англ. flash memory; процесс записи новой информации в такую память называется flashing), содержимое которой можно обновлять. Новую информацию в ИС ROM можно загрузить с диска обновлений или по сети с другого компьютера. Количество обновлений, которые можно записывать во флэш-память, неограниченно. В отличие от ИС RAM, содержимое флэш ROM не исчезает при от­ключении питания. В любом случае новая программа BIOS должна быть самой по­следней версии, а также совместимой с системной платой, для которой выполняется обновление.

При включении питания компьютера выполняется сброс системы в предопределенное начальное состояние. С этого состояния ПК начинает исполнение инструкций своей программы BIOS. Это небольшая программа, хранящаяся в чипе памяти EEPROM на системной плате.

Информация, хранящаяся в этом устройстве, представляет весь имеющийся интеллект системы, пока не будет загружена дополнительная информация с другого источника, такого как устройство массовой памяти (гибкий или жесткий диск) или удаленный сер­верный компьютер. Вместе взятые программа BIOS (программное обеспечение) и ИС ROM, в которой она хранится (аппаратное обеспечение) называются программно-аппаратным обеспечением или микропрограммным обеспечением (firmware). Некото­рые устройства ввода/вывода, такие как видео или сетевые адаптеры, имеют дополни­тельное программно-аппаратное обеспечение, которое расширяет функции системной BIOS.

При исполнении процедур BIOS выполняются три основные группы операций. Снача­ла выполняется несколько диагностических тестов системы (называющихся тестами POST (Power-On Self Test, самотестирование при включении питания)), чтобы убедить­ся в том, что она работает должным образом. Основные тесты, выполняемые во время POST, показаны на рис. 1.13.

Рис. 1.13. Этапы загрузки операционной системы: первый шаг — тестирование POST

Дальше BIOS инициализирует (т. е. устанавливает начальное состояние) различные программируемые устройства системы. Эти интеллектуальные устройства управляют работой разных компонентов аппаратного обеспечения компьютера. Успешное завер­шение тестирования POST и процесса инициализации устройства обычно обозначается5; звуковым сигналом из динамика компьютера. Процесс инициализации системы пока­зан на рис. 1.14.

Рис. 1.14. Этапы загрузки операционной системы: второй шаг — инициализация

Наконец BIOS исполняет саму программу начальной загрузки операционной системы (bootstrap loader sequence). Эта операция заключается в поиске специальной програм­мы, с помощью которой система может загрузить в память RAM другие программы. Эта программа называется главной загрузочной записью (Master Boot Record, MBR). Загрузочная запись содержит информацию, которая позволяет системе загрузить в па­мять другую, намного более мощную, программу управления системой, называющую­ся дисковой операционной системой (disk operating system, DOS) или просто операци­онной системой. После загрузки операционной системы в память BIOS передает ей управление компьютером. С этого момента управление работой компьютера осуществ­ляется операционной системой. Процесс поиска и загрузки операционной системы на­зывается самозагрузкой (bootup) и показан на рис. 1.15.

Рис. 1.15. Этапы загрузки операционной системы: третий шаг — самозагрузка'

В зависимости от конфигурации системы процесс загрузки операционной системы мо­жет занять несколько секунд. Загрузка при первоначальном включении питания ком­пьютера называется холодной загрузкой (cold boot). А загрузка операционной системы при включенном питании компьютера после выполнения сброса называется теплой загрузкой (warm boot). При теплой загрузке, или если выполнение процедур POST от­ключено, время, требуемое для загрузки операционной системы и приведения компью­тера в рабочее состояние, несколько сокращается.

Программа BIOS является одним из ключевых факторов совместимости компьютеров. Например, чтобы компьютер был совместимым с IBM PC, его программа BIOS должна выполнять те же самые основные функции, что и программа BIOS компьютера IBM PC. Но так как программное обеспечение BIOS компании IBM охраняется авторскими правами, то программа BIOS совместимого компьютера должна выдавать те же резуль­таты, что и BIOS компьютера IBM PC, но достигать их другим путем.

При обновлении любого основного компонента ПК следует также обновить и его BIOS (включая BIOS любых устройств расширения) до последней версии. Все современные ПК имеют возможность обновлять BIOS, не вынимая из системы микросхему ROM, в которой она хранится. Этот процесс называется групповой перезаписью (или перепрограммированием) BIOS (flashing BIOS). Если BIOS не поддерживает новый компонент

и ее микросхему ROM нельзя перезаписывать, то обновление BIOS выполняется путем замены старой микросхемы ROM на новую, содержащую необходимую версию BIOS Если и такая опция невозможна, то обычно необходимо обновить системную плату.

Дата добавления: 2015-04-25