新一代主板BIOS技術(shù)

　　隨著電腦朝著功能多樣化的方向發(fā)展，如今傳統(tǒng)BIOS也受到來自CSS、UEFI 新一代BIOS技術(shù)的挑戰(zhàn)……

　　一、什么是BIOS?它在電腦中有何作用?

　　BIOS是英文“Basic Input Output System”的縮略語，直譯過來后中文名稱就是“基本輸入輸出系統(tǒng)”。它的全稱應(yīng)該是ROM-BIOS，意思是只讀存儲器基本輸入輸出系統(tǒng)。其實(shí)，它是一組固化到電腦內(nèi)主板上一個ROM芯片上的程序，它保存著電腦最重要的基本輸入輸出的程序、系統(tǒng)設(shè)置信息、開機(jī)上電自檢程序和系統(tǒng)啟動自舉程序。

　　有人認(rèn)為既然BIOS是“程序”，那它就應(yīng)該是屬于軟件，感覺就像自己常用的Word或Excel。但也很多人不這么認(rèn)為，因?yàn)樗c一般的軟件還是有一些區(qū)別，而且它與硬件的聯(lián)系也是相當(dāng)?shù)鼐o密。它負(fù)責(zé)最低級的、最直接的硬件控制，以及電腦的原始操作，電腦的原始操作都是依照固化在BIOS里的程序來完成的。形象地說，BIOS應(yīng)該是連接軟件程序與硬件設(shè)備的一座“橋梁”，負(fù)責(zé)解決硬件的即時要求。

　　有了BIOS，PC廠商在硬件規(guī)格改變時，只需要更改BIOS程序內(nèi)部即可，而操作系統(tǒng)層級的軟件仍然靠呼叫相同BIOS功能就能完成任務(wù)，操作系統(tǒng)完全不需跟隨硬件修改。另一方面，IBM預(yù)見硬件各種頻率有需要調(diào)校的可能性，因此BIOS也負(fù)責(zé)針對這些電氣特性作初始化、設(shè)定與調(diào)整。一塊主板性能優(yōu)越與否，很大程度上就取決于BIOS程序的管理功能是否合理、先進(jìn)。

　　主板上ROM芯片(Read Only Memory，只讀存儲器)是記錄BIOS程序的載體，讀數(shù)據(jù)與RAM芯片一樣，但寫數(shù)據(jù)要用特殊手段，如高電壓寫，BIOS程序就是由它來保存的。ROM芯片一個特點(diǎn)是沒電時，它里面的信息也不會丟失。ROM芯片從最初的不可刷發(fā)展到了電可刷新芯片，叫EEPROM,通常是5V刷新電壓，CIH病毒就使用BIOS芯片電可刷新原理，往BIOS芯片寫一堆垃圾，使得電腦BIOS程序被破壞，電腦無法啟動。而我們平時說刷BIOS就是使用刷新程序或編程器把新版本的BIOS程序?qū)戇M(jìn)ROM芯片，以增加主板功能和提高主板穩(wěn)定性。

　　自從PC引入南、北橋芯片架構(gòu)后，BIOS就成為一種跟隨主板制化的固件，不再像286之前任一樣BIOS安裝在任何主板上都可以執(zhí)行的狀況。而在Win98/SE時代，BIOS開始遵循APM標(biāo)準(zhǔn)，此時的BIOS稱為APM BIOS，提供關(guān)于CPU及各種周邊的電源管理能力。到WinMe之后，BIOS開始支持由 Intel、Microsoft、HP和Toshiba主導(dǎo)、功能更完整的ACPI標(biāo)準(zhǔn)，控制包括電源、電源狀態(tài)、溫度等項(xiàng)目，稱為ACPI BIOS。

　　BIOS掌握著系統(tǒng)的啟動、部件之間的兼容和程序管理等多項(xiàng)重任。只要按下電源開關(guān)啟動主機(jī)后，BIOS就開始接管主板啟動的所有自檢工作，系統(tǒng)首先由POST (Power On Self Test,上電自檢) 程序來對內(nèi)部各個設(shè)備進(jìn)行檢查。通常完整的POST自檢將包括對CPU、基本內(nèi)存、1MB以上的擴(kuò)展內(nèi)存、ROM、主板、CMOS存儲器、串并口、顯示卡、軟硬盤子系統(tǒng)及鍵盤進(jìn)行測試，一旦在自檢中發(fā)現(xiàn)問題，系統(tǒng)將給出提示信息或鳴笛警告。

　　然后BIOS就按照系統(tǒng)CMOS設(shè)置中保存的啟動順序搜尋軟驅(qū)、IDE設(shè)備和它們的啟動順序，讀入操作系統(tǒng)引導(dǎo)記錄，最后將系統(tǒng)控制權(quán)交給引導(dǎo)記錄，并最終完全過渡到操作系統(tǒng)的工作狀態(tài)。一旦出現(xiàn)故障，就會有蜂鳴器發(fā)出報(bào)警。不過BIOS在電腦啟動過程中的工作實(shí)際上遠(yuǎn)比我們介紹的要復(fù)雜得多。中間任何一個小的步驟出錯都會導(dǎo)致系統(tǒng)無法啟動，崩潰，而且BIOS設(shè)置不當(dāng)也會給系統(tǒng)造成隱患。有經(jīng)驗(yàn)的老鳥可以通過BIOS啟動時候的聲音來判斷故障，而一般用戶可以通過查看Debug卡的檢錯信號，了解POST停滯在哪個階段。

　　值得一提的是，雖然過去如Linux等系統(tǒng)是完全取代BIOS，在Linux電腦系統(tǒng)里BIOS幾乎只在POST階段發(fā)揮作用，但由于ACPI架構(gòu)帶來更多方便性，現(xiàn)在的Linux也開始支持ACPI技術(shù)。對Linux來說，支持ACPI可以提高其兼容性，也能減少系統(tǒng)開發(fā)的復(fù)雜度，但另一方面當(dāng)然也使其核心的精簡度喪失。從系統(tǒng)架構(gòu)的整體觀點(diǎn)來看，這是個選擇性的問題，并沒有絕對的優(yōu)與劣。

　　如今ACPI已發(fā)展到3.0版，并在2004年9月公開其技術(shù)規(guī)格。完整的ACPI 3.0規(guī)格表多達(dá)600余頁，定義各個系統(tǒng)的工作目標(biāo)和內(nèi)容、接口規(guī)范，以及ACPI Tables、Registers等。

　　提示：談到BIOS，隨便解釋一下COMS與BIOS的關(guān)系，因?yàn)橛胁簧倥笥淹鶎烧呋鞛橐徽劇?/P>

　　我們常說的CMOS卻是指主板上一塊可讀寫的存儲芯片，也稱之為“CMOS RAM”。 那么，CMOS與BIOS到底有什么關(guān)系呢?CMOS是存儲芯片，當(dāng)然是屬于硬件，它的作用是具有數(shù)據(jù)保存功能，但它也只能起到存儲的作用，而不能對存儲于其中的數(shù)據(jù)進(jìn)行設(shè)置，要對CMOS中各項(xiàng)參數(shù)的設(shè)置就要通過專門的設(shè)置程序。

　　現(xiàn)在多數(shù)廠家將CMOS的參數(shù)設(shè)置程序做到了BIOS芯片中，在電腦打開電源時按特殊的按鍵進(jìn)入設(shè)置程序就可以方便地對系統(tǒng)進(jìn)行設(shè)置。也就是說BIOS中的系統(tǒng)設(shè)置程序是完成CMOS參數(shù)設(shè)置的手段，而CMOS RAM是存放設(shè)置好的數(shù)據(jù)的場所，它們都與電腦的系統(tǒng)參數(shù)設(shè)置有很大關(guān)系。正因如此，便有“CMOS設(shè)置”和“BIOS設(shè)置”兩種說法。

　　一般來說，通過固化在ROM BIOS的軟件進(jìn)行BIOS參數(shù)的調(diào)整過程就稱之為BIOS設(shè)置，而通過BIOS設(shè)置中的"標(biāo)準(zhǔn)CMOS設(shè)置"調(diào)試CMOS參數(shù)的過程就稱為CMOS設(shè)置。我們平常所說的CMOS設(shè)置與BIOS設(shè)置只是其簡化說法，所以在一定程度上造成兩個概念的混淆。

　　二、傳統(tǒng)的BIOS有何不足?

　　作為連接操作系統(tǒng)和硬件體系之間的橋梁，BIOS(Basic Input Output System，基本輸入輸出系統(tǒng))為PC的發(fā)展做出了重要的貢獻(xiàn)，但也存在許多天生架構(gòu)的限制。例如，不能完全達(dá)到即插即用，需要對硬件的驅(qū)動和IO資源進(jìn)行調(diào)整，而這一切操作不是必須在操作系統(tǒng)中完成，尤其是對中斷分配這個技術(shù)環(huán)節(jié)上，必須進(jìn)入BIOS手動進(jìn)行調(diào)整，這往往令初學(xué)者感到困難;字符化的BIOS設(shè)置界面把很多人搞得一頭霧水，更為夸張的是當(dāng)出現(xiàn)某些新硬件的時候，為了達(dá)到支持新硬件的目的，必須要手動刷新BIOS的版本，雖然有不少圖形界面更新BIOS版本的工具，但并不是每一塊主板都支持此功能，許多初學(xué)者甚至沒有接觸過DOS，刷新BIOS如何談起?

　　此外，ACPI BIOS所支持的即插即用也遠(yuǎn)非完美。通過硬件及系統(tǒng)廠商的不斷努力，如今要讓一塊硬件正常運(yùn)轉(zhuǎn)起來，所花費(fèi)的時間已經(jīng)比以往減少了很多，但這遠(yuǎn)非完美。很多時候我們?nèi)匀粫庥鲇布g的沖突，而此時就要進(jìn)行硬件驅(qū)動及分配資源的手動調(diào)整，沒有一定專業(yè)知識的人根本無從做起。

　　一般來說，只有當(dāng)今所謂電腦高手才利用BIOS來對硬件性能做些超頻調(diào)校，除了專業(yè)人士外，已經(jīng)很少有人再利用BIOS進(jìn)行低端工作。因?yàn)橛布l(fā)展迅速，傳統(tǒng)式BIOS成為進(jìn)步的包袱。因此，考慮到硬件環(huán)境已大幅改變，并考慮未來技術(shù)發(fā)展的前提下，BIOS的確有需要改革。

　　三、BIOS的新挑戰(zhàn)者—CSS與EFI(UEFI)新一代BIOS技術(shù)

　　雖然BIOS一路演進(jìn)到具有ACPI支持能力，但本質(zhì)上的變化并不大，業(yè)界也一直醞釀著要做改變的聲音。不過，BIOS由于在業(yè)界已經(jīng)根深蒂固、并不能說改就改，因此，直到近年來才有所謂的 CSS (Core System Software)和EFI(UEFI)。

　　1、CSS技術(shù)

　　CSS是在2003時由 微軟和BIOS供貨商Phoenix共同制定，當(dāng)時號稱所謂真正圖形接口BIOS，被譽(yù)為將取代傳統(tǒng)BIOS的新希望。從本質(zhì)上，CSS是直接嵌入微軟操作系統(tǒng)中的軟件，微軟長久以來就一直希望能跳過BIOS直接控制硬件，但從來沒有真的成功過。就算Window NT已將許多BIOS工作納入核心，但像磁盤控制等功能，仍然無法不靠BIOS來完成。通過直接納入Windows底層的CSS BIOS，上層圖形接口用戶就可以直接訪問并管理所有硬件資源。

　　從技術(shù)角度來看，CSS在操作系統(tǒng)高度和硬件結(jié)合的優(yōu)勢下，比傳統(tǒng)BIOS具有較佳數(shù)字安全、網(wǎng)絡(luò)管理等好處;Phoenix在CSS架構(gòu)下建立了許多現(xiàn)在頗為熱門的信賴式運(yùn)算與核心碼，就是一種與操作系統(tǒng)結(jié)合的軟件。正因?yàn)镃SS BIOS是操作系統(tǒng)的一部分，所以包括病毒攻擊等防護(hù)，都可以靠系統(tǒng)中的防毒軟件來完成。在微軟的理想中，CSS BIOS將融入數(shù)字版權(quán)管理系統(tǒng)，自動對軟件的版權(quán)直接進(jìn)行檢測，以此防止軟件盜版。

　　而對用戶來說，CSS的最大好處在于將電腦操作變得更加簡單可靠，同時擁有著更高的安全性能。例如，CSS BIOS軟件檢測到病毒復(fù)制，修改硬件資源的時候會發(fā)出警報(bào)來通知上層界面，而上層界面就可以通過操作來進(jìn)行調(diào)整或修復(fù)起到防止病毒的作用。除此以外，CSS技術(shù)將具有更強(qiáng)的可維護(hù)性，配置管理界面都有大幅度的改善，這樣的BIOS或者只是Windows中的一個組件，只需要打開控制面板做出相應(yīng)的調(diào)整就可以簡單明了地調(diào)整硬件設(shè)置，并且即時生效。此外，微軟官方表示CSS BIOS還將集成數(shù)字版權(quán)管理系統(tǒng)(DRM)，在此功能上，BIOS將自動對軟件的版權(quán)直接進(jìn)行檢測，也是防止盜版的重要手段之一。

　　雖然聽起來不錯，但CSS也有許多缺點(diǎn)。首先，CSS只是把放在Flash等非揮發(fā)內(nèi)存中的固件，換成軟件的型式存在操作系統(tǒng)中，本質(zhì)上的變革有限。其次，操作系統(tǒng)直接包含BIOS能力固然可強(qiáng)化對硬件的控制能力，但假若惡意程序取得操作系統(tǒng)掌控權(quán)，就能直接對系統(tǒng)安全做出更具破壞力的動作，或更容易對電腦使用者的動作進(jìn)行監(jiān)視、竊取數(shù)據(jù)。同時CSS BIOS技術(shù)賦予管理者的權(quán)限過大，使得通過電腦偷窺用戶如何使用電腦在技術(shù)上成為簡單的事情，而且就算是用戶使用盜版軟件，對用戶進(jìn)行懲罰的也應(yīng)該是執(zhí)法或相應(yīng)的部門，而不是操作系統(tǒng)。

　　當(dāng)然，CSS BIOS能否成為BIOS的最大挑戰(zhàn)者，在于整個市場的接受力度。盡管Phoenix是目前最大的BIOS供貨商，但在包括Intel、微軟、其它BIOS業(yè)者和軟/硬件制造商都表態(tài)支持UEFI的狀態(tài)下，CSS也許只能成為Phoenix BIOS的一種特色，而無法成為標(biāo)準(zhǔn)。

　　2、EFI/UEFI技術(shù)

　　EFI的出現(xiàn)第一次被正式提出，是在2000年的Intel春季IDF上，經(jīng)過幾次修訂，現(xiàn)在已經(jīng)到了EFI 1.10版，而2.0版正由UEFI這個組織制定中(故EFI也現(xiàn)稱為UEFI)。EFI早在2000年時由Inetl提出的標(biāo)準(zhǔn)，從某個角度來講，Intel在當(dāng)時推出EFI主要為將來電腦固件能兼容于各種不同架構(gòu)平臺布局;例如EFI可運(yùn)用在Itanium、Pentium甚至XScale平臺上。最初，共同發(fā)展EFI的業(yè)者包括Intel、AMI和***業(yè)者Insyde，后來由于EFI確實(shí)具有足夠的前瞻性，產(chǎn)業(yè)間成立了UEFI(Unified EFI)論壇，共同開發(fā)適用于各平臺的PC固件標(biāo)準(zhǔn)。基本上，UEFI是基于原有的EFI 1.10為基礎(chǔ)，正在進(jìn)行UEFI 2.0的制定工作。

　　在UEFI的架構(gòu)中間綠色的H型區(qū)塊部分，包括平臺驅(qū)動程序、UEFI驅(qū)動程序、兼容性支持模塊和最底層"準(zhǔn)UEFI模塊"等，就是BIOS業(yè)者所提供的程序范圍。在Intel的定義里，準(zhǔn)UEFI模塊即與現(xiàn)有BIOS相當(dāng)。

　　UEFI的最大特點(diǎn)，采用模塊化設(shè)計(jì)的UEFI BIOS，基本上區(qū)分成硬件控制和OS軟件兩大模塊，前者只要是相同版本的UEFI BIOS，就會有相同的功能，后者則是給廠商用C語言撰寫應(yīng)用功能的開放接口。通過這個開放接口，廠商就可以自行編寫出各種功能的插件(Plug-in)，像是類似Ghost的系統(tǒng)備份/還原插件、類似IE的瀏覽器插件、類似Anti-Virus的防病毒插件等功能來增加自家產(chǎn)品的功能特色。從前面的內(nèi)容來看，UEFI BIOS完全不同于傳統(tǒng)BIOS的樣貌，幾乎就是一個專用的微型操作系統(tǒng)。而隨著UEFI BIOS內(nèi)建功能的多樣化，它的數(shù)據(jù)體積自然是不容小視，再加上擴(kuò)展性的需要，UEFI BIOS將不再是存放在主板上的只讀存儲器中，而是在硬盤劃分出一塊FAT 32格式的扇區(qū)(ESP;UEFI BIOS System Partition)，來存放UEFI BIOS的相關(guān)數(shù)據(jù)。

　　可以說，UEFI系統(tǒng)的固件就相當(dāng)于一個簡單的操作系統(tǒng)，在開機(jī)程序完成后，使用者可選擇執(zhí)行UEFI Shell當(dāng)做命令接口，或指定任一其它操作系統(tǒng)。這種情形就有點(diǎn)像早期的DOS一樣，Windows只是另一個使用者接口系統(tǒng)。包括AMI和Insyde，現(xiàn)在的UEFI BIOS都是以Intel所撰寫的UEFI功能核心Framework(開發(fā)代號為Tiano)為基礎(chǔ)，再加掛其編寫的架構(gòu)模塊。甚至于微軟的下一代操作系統(tǒng)Longhorn，也在IDF中宣布支持UEFI，按照微軟的計(jì)劃，未來所有新的操作系統(tǒng)都將支持UEFI。在模塊化分工的概念下，加入一個新的中介接口的確能將系統(tǒng)變動帶來的其它改變減至最少。

　　因?yàn)閁EFI的這種架構(gòu)特性，所以很多人認(rèn)為在UEFI成為電腦固件后，對BIOS廠商和微軟都是威脅----BIOS業(yè)者將不再有絕對的主控地位，而用戶在開機(jī)后執(zhí)行系統(tǒng)的選擇性增加，就不見得一定得依賴微軟的Windows了。不過，UEFI BIOS也象CSS一樣存在不少缺點(diǎn)。比如真正的UEFI是在硬盤中隔離出一個區(qū)域來作為存儲空間的，如果硬盤這一小塊空間出現(xiàn)物理損壞，后果怎樣?由于UEFI更像是種軟件，所以對病毒、外部程序侵入的防御能力就比傳統(tǒng)的BIOS削弱了不少。再說，現(xiàn)在會用C語言來編程的人不少，可能很多人都可以很容易破譯UEFI，這對UEFI的安全性提出了更高的要求。

　　從傳統(tǒng)BIOS的角度來看，目前市場上并不需要所謂的圖形化接口BIOS;主要原因是現(xiàn)有BIOS改成圖形接口須做的工太多太復(fù)雜，且圖形接口占用額外的內(nèi)存空間，以使用率來講并不符合效益。對于BIOS的未來發(fā)展方向，從電腦應(yīng)用趨勢變化的觀點(diǎn)思考，BIOS能做且應(yīng)該做的事遠(yuǎn)超過現(xiàn)有產(chǎn)品。

　　至于CSS、UEFI對產(chǎn)業(yè)來說還是一個發(fā)展中的技術(shù)。不過，與需要重新開發(fā)新技術(shù)的CSS BIOS比較起來不需要投入太大資本的UEFI BIOS更加讓硬件廠商動心，安全角度來分析，也是UEFI BIOS更具有優(yōu)勢和安全性，而且Intel官方宣布微軟的下一個操作系統(tǒng)將會支持UEFI BIOS，與遙遙無期的CSS BIOS相比，真正取代傳統(tǒng)BIOS的技術(shù)UEFI BIOS已經(jīng)快要到來了。