Menu
CHIP Speedtest

Jak tiká BIOS

19.04.2010 09:17 | Redakce Chip
Jak tiká BIOS
Během několika sekund po zapnutí počítače otestuje BIOS téměř všechny komponenty. Chip vám vysvětlí, co se během té doby děje a jak můžete změnou několika nastavení urychlit činnost svého počítače.

Když po zapnutí počítače zaslechnete krátké pípnutí, znamená to, že je vše v pořádku a počítač je připraven začít nahrávat operační systém. Jen málo uživatelů ale ví, co se vlastně děje během těch několika sekund, než počítač spokojeně pípne. BIOS (Basic Input Output System) do té doby stihne zkontrolovat většinu hardwarových komponent počítače – zdroj napájení, procesor, paměti, připojení pevných disků, grafickou kartu i řadiče základní desky. V první části našeho nového seriálu vás krok za krokem provedeme jednotlivými fázemi, kterými BIOS kontroluje komponenty počítače předtím, než přistoupí k zavádění operačního systému.

I když je BIOS v podobě, v jaké jej známe z většiny dnešních počítačů a notebooků, již dost zastaralý, stále představuje z funkčního hlediska nejlepší dostupnou variantu. Následovník klasického BIOS již několik let existuje a jmenuje se EFI (Extensible Firmware Interface). Podporuje 64bitové systémy, což představuje výhodu do budoucna. Díky grafickému uživatelskému rozhraní se konfiguruje lépe než BIOS dnešních počítačů. Grafický EFI BIOS v současnosti používají zatím převážně počítače Mac, takže v tomto článku se budeme věnovat klasickému BIOS, který používá 90 procent současných počítačů.

0,0300 s

Okamžitě po zapnutí systému se spouští první fáze BIOS: jedná se o tzv. POST (Power On Self Test), který kontroluje správnou funkčnost klíčových komponent. Po proběhnutí tohoto testu přistupuje počítač k inicializaci čipové sady.

1,7300 s

V tomto okamžiku BIOS přeruší NM interrupt line (non maskable interrupt), a tím resetuje CPU. Za tímto účelem BIOS nastaví Bit 7 vstupně-výstupního portu IO 70h. Téměř ve stejný okamžik se resetuje i řadič klávesnice. Prostřednictvím funkce Reset-Determination BIOS zjistí, zda pro reset řadiče klávesnice stačí tzv. „měkký“ reset. Výhodou měkkého resetu je, že probíhá o několik milisekund rychleji, protože kontroluje pouze 64 KB paměti.

2,6100 s

V této fázi provádí BIOS vlastní kontrolu přepočítáním počtu bitů. Tato kontrola musí končit výsledkem „00“ a předem daným číslem. Jako další krok posílá počítač příkaz řadiči klávesnice. Tím začíná další test, který definuje datový buffer pro programové příkazy. BIOS v této chvíli zapíše do řadiče klávesnice příkaz o délce jednoho bajtu a zkontroluje, zda správně funguje.

Baterie na základní desce je důležitá: Když se baterie na základní desce poškodí nebo vybije, dojde ke smazání všech uživatelských nastavení BIOS včetně systémového času.
Baterie na základní desce je důležitá: Když se baterie na základní desce poškodí nebo vybije, dojde ke smazání všech uživatelských nastavení BIOS včetně systémového času.

4,1100 s

V tomto okamžiku vstupuje do hry čip CMOS (Complementar Metal Oxide Semiconductor), v němž jsou uložena uživatelská nastavení BIOS. BIOS načítá tyto konfigurační soubory při každém startu PC. Háček je v tom, že čip CMOS, stejně jako paměť RAM, dokáže zachovat uložená data, pouze pokud je napájen proudem, který zajišťuje baterie umístěná na základní desce. Systém rovněž provede kontrolní součet dat uložených na CMOS čipu, který tvoří zapisovatelnou část BIOS. I zde dochází ke kontrolnímu součtu dat. Tato procedura může odhalit vybitou či nefunkční baterii na základní desce. Baterie stárne a po několika letech již její napětí nemusí stačit na oživení některých částí CMOS čipu. V takovém případě je uživatel informován o resetování systémového data a času, stejně jako o vymazání všech uživatelsky nastavených položek BIOS.

4,6200 s

V dalším kroku testuje POST funkčnost časovače přerušení, který má na starosti správnou činnost alokátoru IRQ přerušení. IRQ (Interrupt Requests) jsou příkazy, které pevný disk či grafická karta posílají procesoru, který tak zjistí, že k němu směřují data pro následné zpracování. Tyto žádosti jsou pokaždé doprovázeny informací o délce prodlevy, která odpovídá délce mezi IRQ signálem a začátkem zpracování posílaných dat.

BIOS nakonec nastaví vektorovou tabulku IRQ a nahraje uživatelská nastavení uložená v CMOS části BIOS. Žádosti o přerušení jednotlivých zařízení jsou prvními daty, která dorazí do programovatelného řadiče přerušení (Programmable Interrupt Controller), který je dále přeposílá do CPU. Procesor přeruší existující příkazy a potvrdí přerušení na řadiči.

CPU posléze načte z řadiče počet odpovídajících IRQ (vektorově) a použije je jako index vektorové tabulky přerušení. Ta obsahuje odpovídající hodnoty všech jednotlivých IRQ, které musí být spouštěny pro každé zařízení. Jelikož je k dispozici pouze omezené množství IRQ, mohou být v moderních počítačích přerušení sdílená více samostatnými zařízeními.

Háček spočívá v tom, že všechny ovladače musí nastartovat rutinu pro všechna přerušení, která mohla spustit dané přerušení. To může vést k problémům v případech, kdy nejsou jednotlivé ovladače optimálně naprogramovány a systém je zbytečně dlouhou dobu označuje za aktivní. Mezitím se další ovladače zapisují do vyrovnávací paměti a mohou tak snadno překročit časový limit, což vede ke ztrátě dat. V moderních periferiích se proto o dynamickou alokaci jednotlivých IRQ přerušení stará samotný operační systém.

BIOS: 14 let bez výrazně změny
Univerzální systém starající se o start počítačů existuje od 11. ledna 1996, kdy se několik společností dohodlo na zavedení standardu „BIOS Boot Specification“. Od té doby tento standard určuje, jakým způsobem probíhá zavádění operačního systému počítače.

Současný BIOS

Přes všechny grafické a vizuální změny operačních systémů zůstává BIOS stále stejný. Informace, které máme přímo od vývojových pracovníků, se shodují v tom, že výrobci nechtějí, aby se uživatelé příliš „hrabali“ v BIOS, protože místo zrychlení počítače by snadno mohli způsobit kritické poškození systému.

Budoucnost je v barvě

Nový EFI BIOS nativně podporuje 64bitovou architekturu, bohužel však není příliš rozšířen, protože pro něj v podstatě neexistují kompatibilní základní desky. Výjimkou je společnost Apple, která jej používá již od roku 2006. Poradíme vám, jak na PC pomocí EFI triku nainstalovat Mac OS.

4,8200 s

Během prvního megabajtu kontroluje BIOS alokaci a adresní řádky paměti RAM pro zjištění případných chyb. Tato kontrola probíhá pomocí POST, který do paměti zapisuje vzorky dat a následně je porovnává.

V tomto kroku rovněž systém kontroluje činnost videoadaptéru a inicializuje grafickou kartu. BIOS nejprve zjistí typ videoadaptéru a poté do něj a na monitor posílá řadu testů. Až od tohoto okamžiku je možné sledovat potenciální chybová hlášení na obrazovce monitoru.

5,0200 s

Nyní přichází na řadu řadič DMA (Dynamic Memory Access). Spojení mezi CPU a pamětí RAM je na základní desce realizováno prostřednictvím tzv. „host bridge“. Většina datových výměn na této sběrnici probíhá mezi host bridgem a zbývajícími periferiemi. Aby periferie zpracovaly data co nejrychleji, mohou přistupovat přímo k host bridgi a bez zbytečných prodlev zapisovat data přímo do paměti RAM. V rámci testu využívá BIOS opět datové vzorky zapisované systémem přímo do paměti RAM.

V této fázi probíhá rovněž kontrola rozhraní klávesnice a právě v tomto okamžiku dokáže BIOS rozpoznat její závadu. V této chvíli je zapojena klávesa NumLock, která aktivuje numerickou část klávesnice.

Rychlejší PC: Vyšší výkon díky trikům v BIOS
Než půjdete kupovat nový počítač, zkuste nahrát nový BIOS. Jelikož BIOS je většinou uložen na flashovém EEPROM čipu (Electrically Erasable Programmable Read Only Memory), který lze přeprogramovat, je možné jej softwarově aktualizovat. Při této operaci však doporučujeme dávat dobrý pozor, protože pokud něco provedete špatně, hrozí nevratné poškození základní desky. Na druhou stranu, pokud aktualizaci BIOS provedete správně, můžete levně a rychle zvýšit výkon počítače.

Obnova BIOS

Některé základní desky obsahují záchranný systém, který při špatně provedené aktualizaci BIOS dokáže zresetovat čip, na kterém je BIOS uložen, a nahrát záložní kopii původní verze BIOS.

Vyladění BIOS

Správným nastavením BIOS můžete znatelně zvýšit výpočetní výkon počítače. Zrychlení počítače většinou dosáhneme přetaktováním CPU. V položce „Advanced/Jumper Free Configuration/CPU Frequency“ zvyšte udávanou frekvenci procesoru o 20 MHz. Teplota přetaktovaného procesoru by se měla pohybovat okolo 60 °C a ani při nejvyšším vytížení nesmí přesáhnout 90 °C.
Zrychlení počítače můžete dosáhnout i změnou nastavení paměti RAM. V menu „Advanced/Chipset/North Bridge Configuration“ snižte hodnotu „CAS latency“ na „3“. Kdyby po této změně počítač odmítl nastartovat, vstupte opět do BIOS a hodnotu zvyšte na „4“. Stejným způsobem postupujte u položek „RAS# to CAS# Delay“ a „RAS# Precharge“. Hodnotu „RAS# Activate“ nastavte na „10“. Čím nižší hodnoty dosáhnete, tím rychleji bude počítač pracovat.
Vyhledávání OS – přerušení 19: Jakmile BIOS úspěšně otestuje potřebné hardwarové komponenty, předá řízení přerušení IRQ19, které inicializuje začátek nahrávání operačního systému. Pokud nastane chyba, lze její kód vyhledat v chybové tabulce.
Vyhledávání OS – přerušení 19: Jakmile BIOS úspěšně otestuje potřebné hardwarové komponenty, předá řízení přerušení IRQ19, které inicializuje začátek nahrávání operačního systému. Pokud nastane chyba, lze její kód vyhledat v chybové tabulce.

7,6300 s

Nyní nastává poslední test. BIOS naposledy kontroluje funkčnost a připojení disketové mechaniky a pevného disku, než zadá příkaz ke spuštění nahrávání bootloaderu (přerušení 19), který má na starosti nahrání operačního systému a sledování toku dat mezi pevným diskem a patřičným ovladačem. Několik verzí BIOS nabízí možnost vypnout přerušení IRQ 19, to se ale využívá pouze v případě, kdy je v počítači nainstalován řadič dalšího pevného disku, například řadič PCI-RAID.
Pokud nastane kdykoliv v průběhu počátečních testů nějaký problém, počítač několikrát zapípá, popřípadě na monitoru zobrazí odpovídající chybové hlášení. Tabulku, díky níž můžete zjistit, jaké chybové hlášení odpovídá určitému zvukovému signálu, najdete většinou v návodu k základní desce počítače nebo na internetu. K rozpoznání závad zjištěných během kontroly BIOS můžete také použít samostatnou hardwarovou kartu, která překládá POST hlášení do numerické podoby, kterou ukazuje na displeji. Číslo hlášené chyby pak můžete rozkódovat pomocí přiložené tabulky.

Když věci nefungují: Pomocí diagnostické karty můžete snadno zjistit, která komponenta počítače je vadná, a to i v případě, že počítač odmítá nastartovat. Displej této karty zobrazí kódové značení chyby, které lze rozklíčovat pomocí dodané chybové tabulky.
Když věci nefungují: Pomocí diagnostické karty můžete snadno zjistit, která komponenta počítače je vadná, a to i v případě, že počítač odmítá nastartovat. Displej této karty zobrazí kódové značení chyby, které lze rozklíčovat pomocí dodané chybové tabulky.

12,4300 s

Pokud je vše v pořádku a při počáteční kontrole BIOS nezjistí žádnou chybu, počítač jednou krátce pípne a začne z bootovacího disku nahrávat operační systém. Mezi nejčastější chyby patří chybějící Master Boot Record (MBR). Pokud se setkáte s tímto hlášením, můžete se pokusit opravit tabulku MBR pomocí instalačního DVD operačního systému. Máte-li na počítači instalován operační systém Windows XP, stačí nabootovat z instalačního CD a spustit konzoli pro zotavení systému. Na jejím příkazovém řádku zadáte příkaz „fixmbr“ a znovu restartujete systém. Jestliže máte na počítači nainstalován operační systém Vista, stačí jej nastartovat z instalačního DVD a v úvodním menu vybrat možnost „Obnova systému“. Nepomůže-li tento postup, postupujte stejně jako u Windows XP a spusťte konzoli pro zotavení systému. V jejím příkazovém řádku zadejte příkaz „bootrec /fixmbr“. Pokud ani to nepomůže, nehledejte řešení v přeinstalování operačního systému. Místo chybového hlášení ntldr (viz ilustrační obrázek chybového hlášení vlevo nahoře) se v případě systému Windows zobrazí pouze blikající kurzor na černé obrazovce.

I v tomto případě můžete použít konzoli pro zotavení systému, do níž vložte následující posloupnost příkazů:

c
cd boot
attrib c:ootcd –s –h –r
ren c: ootcd bcd.old
bootrec /rebuild


Máte-li na počítači nainstalován operační systém Windows 7, můžete vložit instalační DVD a obnovit poškozený boot sektor pomocí jeho opravné funkce, kterou lze aktivovat na začátku instalace. Ujistěte se o správném nastavení bootovací sekvence v BIOS. Po obnově MBR by měl systém správně najít IRQ 19 a bez problému spustit operační systém.

Nainstalujte MacOS X na PC pomocí EFI BIOS!
Výrobci dnes nejsou příliš nakloněni využití následovníka BIOS, kterým je EFI (Extensible Firmware Interface). Systémy Mac jej používají již dlouhá léta, ale do kategorie PC toto rozhraní proniká jen pomalu a zřídka. Společnost MSI postavila na EFI dvě základní desky, ale ani jedna z nich se zatím nedočkala updatu. Asus si dal také načas a až do loňského listopadu ukazoval jen video s konceptem desky s EFI, dnes však již nabízí EFI pro desky řady P5Q. Ukážeme vám, jak můžete využít PC se základní deskou pracující s EFI, a doufáme, že se výrobci chytí za nos a snad konečně uvedou více podobných desek. Hlavní výhodou je, že už dnes si budete moci zvolit, zda na svém PC chcete provozovat Windows, nebo operační systém MacOS X.

Jak udělat z PC Mac?

Stačí si pořídit EFI-X modul (www.efi-x.com, cca 155 eur). Jedná se o speciální interní USB dongle, který počítač PC přesvědčí, že je Macem. S touto hračkou můžete nainstalovat Mac OS X okamžitě na jakékoliv PC, nezávisle na tom, jakou základní desku používá. Proměna PC v Mac však není tak snadná a musíme se uchýlit k malému triku. Modul EFI-X spolupracuje jen s některým hardwarem, nejdůležitější pak je, aby PC bylo postaveno na procesoru značky Intel. Dalším omezením je, že váš počítač by měl být osazen základní deskou Gigabyte nebo DFI. O typ grafické karty se nemusíte zajímat, jelikož EFI-X funguje jak s grafickými čipy nVidia, tak ATI. Modul EFI-X je určen pro interní použití, a pokud byste jej chtěli připojit k externímu USB portu, musíte cca za 150 korun dokoupit redukci. Pak už stačí z instalačního DVD nainstalovat operační systém Mac OS X.
Firmware modulu EFI-X je poměrně často aktualizován a je do něj dodávána podpora stále většího množství hardwarových komponent. Doporučujeme jej tedy občas aktualizovat prostřednictvím internetu.

Zajímavosti ze světa IT v e-mailu

Stačí odeslat svoji e-mailovou adresu


Odesláním formuláře souhlasíte se zpracováním svých osobních údajů a užitím pro marketingové účely vydavatelství Burda Praha, spol. s.r.o.

Předplatné / nákup chipu Digitální edice chipu Aktuální vydání