BIOS и тонкая настройка ПК. Легкий старт

Донцов Дмитрий

■ Объем кэш-памяти. Процессор работает значительно быстрее, чем оперативная память, и при обращении к ней ему приходится некоторое время простаивать в ожидании результата. Чтобы снизить простои, непосредственно на кристалле процессора устанавливается небольшой объем очень быстрой памяти, называемой кэш-памятью.

Современные процессоры имеют двухуровневую организацию интегрированной кэш-памяти. У кэш-памяти первого уровня (L1) наивысшая скорость и небольшой объем (обычно 16-32 Кбайт). Кэш-память второго уровня (L2) обладает несколько меньшим быстродействием, но объем может составлять от 128 Кбайт до 1 Мбайт. В некоторых новых процессорах также встречается кэш-память третьего уровня (L3) объемом от 1 Мбайт.

Для современных процессоров характерны дополнительные функции и технологии, расширяющие их возможности:

■ для работы с мультимедиа и большими объемами данных используются технологии 3DNow!, ММХ, SSE, SSE2, SSE3;

■ для защиты от некоторых вирусов в процессорах AMD применяется технология NX-bit (No Execute), в процессорах Intel – XD (Execute Disable Bit).

■ для снижения энергопотребления существуют технологии Cool\'n\'Quiet (в AMD), ТМ1/ТМ2, С1Е, EIST (в Intel);

■ для выполнения 64-битных инструкций используются AMD64 или ЕМТ64 (Intel);

■ для выполнения нескольких потоков команд одновременно некоторые процессоры Intel поддерживают технологию НТ (Hyper-Threading Technology).

Системная плата и чипсет

Наиболее важные компоненты компьютера располагаются на системной плате,

типичный пример которой показан на рис. 1.2. Основа любой системной платы – чипсет, то есть набор микросхем, обеспечивающих взаимодействие между процессором, памятью, накопителями и другими устройствами. В его состав входят два основных чипа, которые обычно называются северным (Northbridge) и южным (Southbridge) мостами. Иногда северный мост называют системным контроллером, южный – функциональным контроллером.

Рис. 1.2. Системная плата

Основная задача северного моста – обеспечить связь процессора с оперативной памятью и видеосистемой. Данные между процессором и северным мостом обмениваются с помощью шины FSB, между северным мостом и оперативной памятью – с помощью специальной шины памяти, между северным мостом и видеосистемой – с помощью шины AGP или PCI Express.

Южный мост обменивается данными с северным мостом и различными периферийными устройствами, и большинство контроллеров периферийных устройств интегрировано непосредственно в южный мост. Вот функциональный состав типичного южного моста:

■ контроллер IDE;

■ контроллер Serial AT А/RAID;

■ контроллер дисковода;

■ контроллер шин PCI и ISA;

■ USB-контроллер;

■ звуковой контроллер;

■ сетевой интерфейс;

■ контроллеры портов ввода/вывода.

Кроме того, южный мост взаимодействует с микросхемами BIOS и CMOS. Во многих современных чипсетах микросхема CMOS интегрирована в состав южного моста.

Оперативная память

Оперативная память – один из важнейших компонентов системы, она необходима для работы операционной системы и приложений, для обработки и временного хранения данных. Для оперативной памяти может использоваться обозначение ОЗУ (оперативное запоминающее устройство) или RAM (Random Access Memory – память с произвольным доступом).

Во всех современных компьютерах применяется так называемая динамическая память, или DRAM (Dynamic RAM); подобное обозначение можно встретить в названиях некоторых параметров BIOS. Динамическая память бывает различных типов, но в последние годы применяются следующие.

■ SDRAM (Synchronous DRAM). Этот тип памяти широко внедрялся в системы класса Pentium I/II/III, в первые выпуски Pentium 4, а также в аналогичные модели, имеющие процессор AMD.

■ DDR SDRAM (Double Data Rate SDRAM) , или просто DDR.

В отличие от обычной SDRAM, в DDR за один такт передается два пакета данных, поэтому эта память работает в два раза быстрее. Модули памяти DDR широко используются в современных компьютерах и выпускаются в нескольких вариантах, различающихся тактовой частотой. Модули могут иметь следующие обозначения: DDR266 (РС2100), DDR333 (РС2700), DDR400 (РС3200).

■ DDR2 . В этой памяти развиваются технологии DDR: в ней за один такт передается уже четыре пакета данных. На момент написания книги она использовалась только в новых чипсетах Intel, например i945/955.

Оперативная память выполняется в виде модулей, которые бывают нескольких типов. Память SDRAM, DDR/DDR2 выпускается в виде модулей DIMM – небольшой платы с несколькими чипами памяти, которая устанавливается в соответствующий разъем на системной плате (рис. 1.3). В отличие от ранее выпускавшихся модулей SIMM, в модулях DIMM применяется двухстороннее расположение выводов.

Рис. 1.3. Модуль памяти DIMM

Шины

Несомненное преимущество ПК – открытая архитектура, позволяющая в широких пределах изменять конфигурацию компьютера, адаптируя его для решения определенных задач. Для этого на системной плате есть периферийная шина с несколькими разъемами, куда можно вставлять необходимые платы расширения. Существует несколько основных типов шин.

■ ISA. Была единственной периферийной шиной для компьютеров 1980-х годов, в 1990-х существовала параллельно с шиной PCI. Лишь в платах последних лет разъемов для ISA нет.

■ PCI. Разработана в 1992 году компанией Intel для замены медленной шины ISA и является основной шиной для большинства компьютеров. Пожалуй, ее наиболее важное преимущество – поддержка технологии Plug and Play, позволяющей автоматически настраивать все подключаемые устройства.

■ AGP. Скоростной вариант шины PCI, специально оптимизированный для работы видеоадаптера.

■ PCI Express. Новая шина, предназначенная для замены шин PCI и AGP. На момент выхода книги использовалась в основном для подключения видеоадаптеров.

Порты

К портам подключаются периферийные устройства ввода/вывода. Разъемы портов обычно устанавливаются прямо на системную плату и выносятся на заднюю стенку компьютера. Их также называют интерфейсами.

В современных компьютерах используется несколько портов.

■ Последовательный порт (СОМ). Присутствует в компьютерах вот уже более двух десятков лет, однако в последнее время применяется не очень часто, в основном для подключения модемов.

■ Параллельный порт (LPT). К нему подключаются некоторые модели принтеров, сканеров и другие устройства.

■ Игровой порт. К нему подключаются в основном устаревшие джойстики, рули и другие игровые манипуляторы.

■ Порт PS/2. В большинстве компьютеров есть два таких специализированных порта: первый для подключения клавиатуры, второй – для мыши.

■ USB. Наиболее популярный интерфейс для самых разнообразных периферийных устройств. Позволяет подсоединять устройства при включенном питании и автоматически их настраивать.

■ IEEE 1394 (FireWire). Высокоскоростной последовательный порт для цифровых видеоустройств.

■ Инфракрасный порт (IrDA). Позволяет подключать периферийные устройства (мобильные телефоны и др.) без проводов, при этом информация передается с помощью инфракрасного излучения.

■ Bluetooth. Относительно новый и быстро развивающийся беспроводный интерфейс, который имеет лучшие характеристики, чем инфракрасный порт.

На рис. 1.4 показана задняя панель типичной системной платы с разъемами портов. Подробнее о настройке портов см. разд. 6.

Рис. 1.4. Разъемы портов на задней панели системной платы

Жесткие диски

Жесткий диск, или винчестер, — основное средство хранения информации в компьютере. Сейчас можно встретить жесткие диски с тремя различными интерфейсами подключения.

■ IDE, или АТА. Наиболее популярный интерфейс, который поддерживает каждая системная плата. Жесткие диски подключаются к контроллеру с помощью 40– или 80-жильного шлейфа, однако, кроме того, что нужно правильно подключить их физически, необходимо верно выставить перемычки на накопителе и проверить параметры этого накопителя в BIOS (см. разд. 4).

■ Serial ATA, или SATА .

Этот интерфейс имеет более высокую скорость, чем АТА, и поддерживается практически всеми новыми платами. В отличие от IDE, данные передаются последовательно по семижильному кабелю, и накопители конфигурируются упрощенно и в большинстве случаев автоматически.

■ SCSI. Высокопроизводительный параллельный интерфейс, применяющийся обычно в серверных системах. Системные платы со встроенной поддержкой SCSI встречаются очень редко, поэтому для подключения SCSI-дисков обычно приходится устанавливать дополнительный SCSI-контроллер.

Устройства со сменными носителями

■ Дисководы. Устаревшее средство хранения информации, но в некоторых случаях без них нельзя обойтись, например при обновлении BIOS.

■ Приводы для CD и DVD. Компакт-диски и DVD – наиболее популярное средство распространения прикладных программ, игр, фильмов, музыки и другой цифровой информации, поэтому практически каждый компьютер оснащается приводом для работы с ними. Все приводы для CD и DVD используют IDE-интерфейс, их конфигурация почти не отличается от настройки жестких дисков с IDE-интерфейсом (см. разд. 4).

■ Устройства на основе flash – памяти. Flash-память – относительно новое средство хранения данных, которое, однако, уже успело завоевать широкую популярность благодаря надежности, компактности и удобству использования. Накопители с интерфейсом USB на основе flash-памяти являются хорошей альтернативой как гибким, так и оптическим дискам.

Системные ресурсы

Современный компьютер состоит из большого количества разнообразных устройств; и для нормальной работы они должны поддерживаться процессором, им нужен доступ к оперативной памяти и возможность обмена данными с периферией. Необходимо также, чтобы устройства не мешали друг другу, что достигается распределением между ними системных ресурсов. Их несколько.

■ Прерывания. С их помощью устройства используют процессор, чтобы обработать возникшие в них события. Далее мы рассмотрим распределение прерываний более подробно.

■ Каналы прямого доступа к памяти (DMA). Используются для обмена данными между устройством и оперативной памятью без участия процессора. Для реализации этой технологии в каждой системной плате есть контроллер DMA, поддерживающий до восьми каналов обмена данными.

■ Порты ввода/вывода. Служат для обмена данными между устройством и процессором. Для этих портов выделен диапазон в 64 Кбайт, большая часть которого свободна, поэтому конфликты с их использованием очень редки.

■ Области оперативной памяти, специально выделенные для определенного устройства. Как и в случае с портами ввода/ вывода, конфликты с областями памяти встречаются редко.

Прерывания

В работе компьютера часто возникают ситуации, когда процессору необходимо отложить на время выполнение основной программы и обработать нажатие клавиши на клавиатуре, щелчок кнопкой мыши или другое событие, возникшее в одном из устройств. Для реализации этой задачи во всех компьютерах используется механизм прерываний. Прерывание (INT) – приостановка процессором выполнения основной программы для обработки события, поступившего от внешнего устройства. В стандартном компьютере обычно доступны 16 прерываний, которые распределяются следующим образом:

■ 0 – системный таймер;

■ 1 – клавиатура;

■ 2 – контроллер прерываний;

■ 3 и 4 – последовательные порты СОМ 2 и СОМ 1;

■ 6 – контроллер дисковода;

■ 7 – параллельный порт;

■ 8 – часы реального времени (RTC);

■ 12 – PS/2-мышь;

■ 13 – математический сопроцессор;

■ 14 и 15 – первичный и вторичный каналы IDE-контроллера.

Прерывания с номерами 5, 9,10,11 изначально свободны и могут назначаться любому устройству. Прерывания 3, 4, 6, 7,12,14 и 15 в некоторых случаях могут быть переназначены другим устройствам, а прерывания 0,1,2, 8 и 13 – системные и изменить их невозможно.

...

ПРИМЕЧАНИЕ

В большинстве современных компьютеров используется так называемый расширенный контроллер прерываний (APIC), который разрабатывался для многопроцессорных систем. APIC ускоряет обработку прерываний и увеличивает их количество до 24.

Технология Plug and Play

В старых компьютерах ресурсы для некоторых плат расширения настраивались вручную, при этом нередко возникали конфликты, особенно после установки новой платы расширения. Решить проблему распределения ресурсов позволила технология Plug and Play, которая автоматически конфигурирует подключаемые устройства.

Чтобы воспользоваться всеми преимуществами Plug and Play, необходима поддержка этой технологии со стороны BIOS, операционной системы и подключаемого устройства. На сегодняшний день она полностью применяется как в аппаратном, так и программном обеспечении, а устройства без ее поддержки уже редкость.

2. Устройство и работа BIOS Программа BOIS Setup

BIOS (Basic Input/Output System – базовая система ввода/вывода) – это программа для первоначального запуска компьютера, настройки оборудования и обеспечения функций ввода/вывода.

В этом раздела мы ближе познакомимся с назначением BIOS и с программой настройки BIOS, которая может называться BIOS Setup Utility, CMOS Setup Utility или иначе. Часто используются сокращенные названия этой программы, например BIOS Setup или просто Setup. Иногда программу настройки называют просто «BIOS», но это не совсем корректно, поскольку BIOS Setup – это всего лишь один из компонентов BIOS. Далее в этой книге будет применяться термин BIOS Setup.

Назначение и функции BIOS

BIOS записывается в микросхему постоянной памяти, которая расположена на системной плате. Изначально основным назначением BIOS было обслуживание устройств ввода/вывода (клавиатуры, экрана и дисковых накопителей), поэтому ее и назвали «базовая система ввода/вывода». В современных компьютерах BIOS выполняет несколько функций.

■ Запуск компьютера и процедура самотестирования (Power-On Self Test – POST). Программа, расположенная в микросхеме BIOS, загружается первой после включения питания компьютера. Она детектирует и проверяет установленное оборудование, настраивает его и готовит к работе. Если обнаруживается неисправность оборудования, процедура POST останавливается с выводом соответствующего сообщения или звукового сигнала.

■ Настройка параметров системы с помощью программы BIOS Setup. Во время процедуры POST оборудование определяется в соответствии с параметрами BIOS, хранящимися в специальной CMOS-памяти. Изменяя эти параметры, пользователи могут настраивать работу отдельных устройств и системы в целом по своему усмотрению. Редактируются они в специальной программе, которую также называют BIOS Setup или CMOS Setup. Настройке системы с помощью программы BIOS Setup будет посвящена большая часть этой книги.

■ Поддержка функций ввода/вывода с помощью программных прерываний BIOS. В составе системной BIOS есть встроенные функции для работы с клавиатурой, видеоадаптером, дисководами, жесткими дисками, портами ввода/вывода и др. Эти функции широко используются в операционных системах, подобных MS-DOS, и практически не применяются в современных версиях Windows.

Микросхемы BIOS и их расположение

В первых персональных компьютерах код BIOS записывался в микросхему постоянной памяти ПЗУ, или ROM (Read-Only Memory), которая создавалась на заводе. Во всех современных компьютерах BIOS хранится в микросхеме на основе flash-памяти (Flash Memory), которая является одной из разновидностей памяти EEPROM (Electrically Erasable Programmable Read-Only Memory). Такая микросхема может быть перезаписана с помощью специальных программ прямо на компьютере. Запись новой версии BIOS обычно называется «перепрошивкой». Эта операция может понадобиться, чтобы добавить в код BIOS новые функции, исправить ошибки или заменить поврежденные версии.