BIOS
2024-04-16 10:39:16 
阿炯
英文：Basic Input/Output System，即基本输入输出系统，亦称为ROM BIOS、System BIOS、PC BIOS，是在通电启动阶段执行硬件初始化，以及为操作系统提供运行时服务的固件。其最早随着CP/M操作系统的推出出现在1975年。BIOS预安装在个人电脑的主板上，是个人电脑启动时加载的第一个软件。
现在BIOS的作用是初始化和测试硬件组件，以及从大容量存储设备（如硬盘）加载启动程序，并由启动程序加载操作系统；当加载操作系统后，BIOS通过系统管理模式为操作系统提供硬件抽象。在DOS时代，BIOS为DOS操作系统提供键盘、显示及其他I/O设备的硬件抽象层。许多BIOS程序都只能在特定电脑型号或特定主板型号上执行。早年BIOS存储于ROM芯片上；现在的BIOS多存储于闪存芯片上，这方便了BIOS的更新。
1980年代，IBM发明了IBM PC，但最初BIOS是IBM PC上唯一不开放的组件，给IBM PC的复制（Clone）带来了麻烦。随后COMPAQ复制了IBM PC，Phoenix Technologies等公司亦复制了IBM PC的BIOS部件，可为当时的IBM PC兼容机厂商提供BIOS。
统一可扩展固件接口（UEFI）正在逐步取代旧式BIOS，但仍有很多产品支持兼容模式，通过Legacy选项，不过这种支持已经逐渐减少。目前，UEFI与兼容支持模式（UEFI+CSM）成为主流，但最新的产品已经不再支持兼容模式，仅支持UEFI。
系统启动
当电脑的电源开启，BIOS就会从主板上的ROM芯片执行，执行加电自检（POST），测试和初始化CPU、RAM、直接存储器访问控制器、芯片组、键盘、软盘、硬盘等设备。当所有的Option ROM被加载后，BIOS就试图从启动设备（如硬盘、软盘、光盘）加载启动程序，由启动程序加载操作系统。也可从网卡等设备启动。
设置画面
大约从80386 PC开始，个人电脑的BIOS ROM集成了设置程序（Setup）。主板的CMOS芯片用于存储BIOS设置值及硬件侦测值。主板上的钮扣电池用于让CMOS存储BIOS设置值，以及电脑在断电时依然可以让系统时钟运作。
现代的BIOS可以让用户选择由哪个启动设备启动电脑，如光盘驱动器、硬盘、软盘、U盘等等。现代大多数BIOS支持图形化交互界面，有一些是厂商制作的，用户可以用鼠标键盘完成操作。
BIOS固件
由于BIOS与硬件系统集成在一起（将BIOS程序指令刻录在IC中），所以有时候也被称为固件。在大约1990年BIOS是保存在ROM（只读存储器）中而无法被修改。因为BIOS的大小和复杂程度随时间不断增加，而且硬件的更新速度加快，令BIOS也必须不断更新以支持新硬件，于是BIOS就改为存储在EEPROM或者闪存中，让用户可以轻易更新BIOS。然而，不适当的执行或是终止BIOS更新可能导致电脑无法使用。为了避免BIOS损坏，有些主板有备份的BIOS（“双BIOS”主板）。现在的BIOS有“启动区块”（Boot Block），属于BIOS ROM的一部分，一引导就会被执行。这个程序会在执行BIOS前，验证BIOS其他部分是否正确无误（经由检验和等等）。如果启动区块侦测到主要的BIOS已损坏，则可自动读取U盘/光盘中的特定BIOS文件并更新BIOS。主板厂商/OEM经常发出BIOS升级来更新他们的产品和修正已知的问题。
操作系统服务
BIOS可通过BIOS中断调用为MS-DOS操作系统及MS-DOS程序提供磁盘、键盘、显示等标准服务。通过BIOS中断调用访问视频硬件非常缓慢，因此，有些DOS程序（尤其是游戏）通过直接访问视频硬件提高效率。现代操作系统仅在启动时使用BIOS中断调用。
微代码更新
自P6微架构开始，Intel处理器支持可重新编程的微码。自K7微架构开始，AMD处理器支持可重新编程的微码。BIOS包含处理器微代码更新。微代码被加载到处理器的SRAM中，所以微代码更新并不是持久的，需要在每次系统启动时更新处理器微代码。操作系统也可以更新主处理器的微代码。
其他固件
现代BIOS包括英特尔管理引擎，AMD平台安全处理器和板载Video BIOS固件。
超频：一些BIOS支持超频。
现代用途
BIOS以16位实模式执行。现代操作系统以保护模式或长模式执行，因为使用BIOS的16位实模式服务（如BIOS中断调用）是低效的。在1990年代，BIOS为操作系统提供APM、旧式即插即用、桌面管理接口功能；在2000年代至今，BIOS则为操作系统提供ACPI、SMBIOS功能。
CMOS
BIOS与CMOS的关系
CMOS是计算机上另一个重要的存储器。之所以提到它，是因为BIOS程序的设置值、硬件参数侦测值就保存在CMOS中。而且，在BIOS程序启动计算机时，需要加载CMOS中的设置值。CMOS通常被集成在南桥芯片组中。UEFI系统则多用NVRAM存储设置。
BIOS与CMOS的区别
二者的区别是，BIOS是存储在只读存储器（EEPROM或闪存），而CMOS为随机存储器（RAM）；BIOS中存储的是程序，而CMOS中存储的是普通信息。
CMOS的内容在断电会消失。所以把主板的电池拆出，便可重置其内容。另外，拆出电池也会重置时间。
扩展程序（Option ROM）
扩展卡如硬盘控制器、显卡、网卡可能包含BIOS扩展程序（即Option ROM），为BIOS提供附加的功能。在BIOS启动操作系统前，Option ROM被BIOS执行。部分内置于主板的设备（如板载RAID），其Option ROM可能包含在主板BIOS中。Option ROM通过BIOS启动规范扩展BIOS的启动功能。
系统初始化
系统在加电自检（POST）阶段，查找并执行Option ROM。Option ROM通过BIOS中断调用对硬件进行测试、初始化，并显示诊断信息或显示设置画面。
供应商
目前全球只有四家独立BIOS供应商（IBV），曾经的Award Software与General Software、Microid均被凤凰科技收购，SystemSoft被Insyde Software收购。
Phoenix Technologies，美国凤凰科技。
American Megatrends，美国安迈科技，目前为全球最大的BIOS供应商。之前被凤凰科技超过。
Insyde Software，台湾系微公司。
Byosoft，新兴厂商，来自中国的百敖软件公司。
发展
英特尔于2000年开发出可扩展固件接口（Extensible Firmware Interface），随后由业界多家著名公司共同成立统一可扩展固件接口论坛（UEFI Forum），EFI被更名为UEFI，且由UEFI论坛制定新的UEFI规范。
现UEFI正在取代传统BIOS，且Intel已经于2020年弃用传统BIOS接口，届时Intel产品不再支持基于16位实模式的UEFI CSM（UEFI兼容性支持模块）。
现在BIOS的作用是初始化和测试硬件组件，以及从大容量存储设备（如硬盘）加载启动程序，并由启动程序加载操作系统；当加载操作系统后，BIOS通过系统管理模式为操作系统提供硬件抽象。在DOS时代，BIOS为DOS操作系统提供键盘、显示及其他I/O设备的硬件抽象层。许多BIOS程序都只能在特定电脑型号或特定主板型号上执行。早年BIOS存储于ROM芯片上；现在的BIOS多存储于闪存芯片上，这方便了BIOS的更新。
1980年代，IBM发明了IBM PC，但最初BIOS是IBM PC上唯一不开放的组件，给IBM PC的复制（Clone）带来了麻烦。随后COMPAQ复制了IBM PC，Phoenix Technologies等公司亦复制了IBM PC的BIOS部件，可为当时的IBM PC兼容机厂商提供BIOS。
统一可扩展固件接口（UEFI）正在逐步取代旧式BIOS，但仍有很多产品支持兼容模式，通过Legacy选项，不过这种支持已经逐渐减少。目前，UEFI与兼容支持模式（UEFI+CSM）成为主流，但最新的产品已经不再支持兼容模式，仅支持UEFI。
系统启动
当电脑的电源开启，BIOS就会从主板上的ROM芯片执行，执行加电自检（POST），测试和初始化CPU、RAM、直接存储器访问控制器、芯片组、键盘、软盘、硬盘等设备。当所有的Option ROM被加载后，BIOS就试图从启动设备（如硬盘、软盘、光盘）加载启动程序，由启动程序加载操作系统。也可从网卡等设备启动。
设置画面
大约从80386 PC开始，个人电脑的BIOS ROM集成了设置程序（Setup）。主板的CMOS芯片用于存储BIOS设置值及硬件侦测值。主板上的钮扣电池用于让CMOS存储BIOS设置值，以及电脑在断电时依然可以让系统时钟运作。
现代的BIOS可以让用户选择由哪个启动设备启动电脑，如光盘驱动器、硬盘、软盘、U盘等等。现代大多数BIOS支持图形化交互界面，有一些是厂商制作的，用户可以用鼠标键盘完成操作。
BIOS固件
由于BIOS与硬件系统集成在一起（将BIOS程序指令刻录在IC中），所以有时候也被称为固件。在大约1990年BIOS是保存在ROM（只读存储器）中而无法被修改。因为BIOS的大小和复杂程度随时间不断增加，而且硬件的更新速度加快，令BIOS也必须不断更新以支持新硬件，于是BIOS就改为存储在EEPROM或者闪存中，让用户可以轻易更新BIOS。然而，不适当的执行或是终止BIOS更新可能导致电脑无法使用。为了避免BIOS损坏，有些主板有备份的BIOS（“双BIOS”主板）。现在的BIOS有“启动区块”（Boot Block），属于BIOS ROM的一部分，一引导就会被执行。这个程序会在执行BIOS前，验证BIOS其他部分是否正确无误（经由检验和等等）。如果启动区块侦测到主要的BIOS已损坏，则可自动读取U盘/光盘中的特定BIOS文件并更新BIOS。主板厂商/OEM经常发出BIOS升级来更新他们的产品和修正已知的问题。
操作系统服务
BIOS可通过BIOS中断调用为MS-DOS操作系统及MS-DOS程序提供磁盘、键盘、显示等标准服务。通过BIOS中断调用访问视频硬件非常缓慢，因此，有些DOS程序（尤其是游戏）通过直接访问视频硬件提高效率。现代操作系统仅在启动时使用BIOS中断调用。
微代码更新
自P6微架构开始，Intel处理器支持可重新编程的微码。自K7微架构开始，AMD处理器支持可重新编程的微码。BIOS包含处理器微代码更新。微代码被加载到处理器的SRAM中，所以微代码更新并不是持久的，需要在每次系统启动时更新处理器微代码。操作系统也可以更新主处理器的微代码。
其他固件
现代BIOS包括英特尔管理引擎，AMD平台安全处理器和板载Video BIOS固件。
超频：一些BIOS支持超频。
现代用途
BIOS以16位实模式执行。现代操作系统以保护模式或长模式执行，因为使用BIOS的16位实模式服务（如BIOS中断调用）是低效的。在1990年代，BIOS为操作系统提供APM、旧式即插即用、桌面管理接口功能；在2000年代至今，BIOS则为操作系统提供ACPI、SMBIOS功能。
CMOS
BIOS与CMOS的关系
CMOS是计算机上另一个重要的存储器。之所以提到它，是因为BIOS程序的设置值、硬件参数侦测值就保存在CMOS中。而且，在BIOS程序启动计算机时，需要加载CMOS中的设置值。CMOS通常被集成在南桥芯片组中。UEFI系统则多用NVRAM存储设置。
BIOS与CMOS的区别
二者的区别是，BIOS是存储在只读存储器（EEPROM或闪存），而CMOS为随机存储器（RAM）；BIOS中存储的是程序，而CMOS中存储的是普通信息。
CMOS的内容在断电会消失。所以把主板的电池拆出，便可重置其内容。另外，拆出电池也会重置时间。
扩展程序（Option ROM）
扩展卡如硬盘控制器、显卡、网卡可能包含BIOS扩展程序（即Option ROM），为BIOS提供附加的功能。在BIOS启动操作系统前，Option ROM被BIOS执行。部分内置于主板的设备（如板载RAID），其Option ROM可能包含在主板BIOS中。Option ROM通过BIOS启动规范扩展BIOS的启动功能。
系统初始化
系统在加电自检（POST）阶段，查找并执行Option ROM。Option ROM通过BIOS中断调用对硬件进行测试、初始化，并显示诊断信息或显示设置画面。
供应商
目前全球只有四家独立BIOS供应商（IBV），曾经的Award Software与General Software、Microid均被凤凰科技收购，SystemSoft被Insyde Software收购。
Phoenix Technologies，美国凤凰科技。
American Megatrends，美国安迈科技，目前为全球最大的BIOS供应商。之前被凤凰科技超过。
Insyde Software，台湾系微公司。
Byosoft，新兴厂商，来自中国的百敖软件公司。
发展
英特尔于2000年开发出可扩展固件接口（Extensible Firmware Interface），随后由业界多家著名公司共同成立统一可扩展固件接口论坛（UEFI Forum），EFI被更名为UEFI，且由UEFI论坛制定新的UEFI规范。
现UEFI正在取代传统BIOS，且Intel已经于2020年弃用传统BIOS接口，届时Intel产品不再支持基于16位实模式的UEFI CSM（UEFI兼容性支持模块）。