【操作系统】BIOS开机自检

本文主要是介绍【操作系统】BIOS开机自检，希望对大家解决编程问题提供一定的参考价值，需要的开发者们随着小编来一起学习吧！

一.BIOS的基本功能

BIOS 全称 Basic Input/Output System，中文可译为基本输入/输出系统。电脑在按下电源键后的第一反应就是执行BIOS这个程序。之所以会被称之为“基本”，是因为它主要负责了一些开启计算机所需要最最基本的东西，其它更加复杂的操作它也干不了，会交给后续的其他程序做，它主要实现功能如下：

进行第一次最基本的开机自检，挑一些重要的、能够保证计算机正常运行的检查，比如风扇、灯控、CPU等
检查完成后开始硬件初始化操作，确定设备的启动顺序
完成以上操作后将电脑的控制权交给下一位嘉宾（也就是MBR），然后继续睡觉

有了上面的基本认识后，我们会产生几个疑问：

BIOS放在哪里？
什么东西运行了BIOS？
为什么那个东西可以找到它的位置？
BIOS里面放了什么东西？

二.第一第二个问题答案

先回答第一个和第二个问题：BIOS作为第一个被启动的程序，总不能自己启动自己，它是被固化在主板的一个ROM存储器上面，安安静静地等着被翻牌子，等着被谁翻牌子呢？等着被CPU翻牌子。

知识补充：RAM（random access memory）即随机存储内存，这种存储器在断电时将丢失其存储内容，故主要用于存储短时间使用的程序。ROM（Read-Only Memory）即只读内存，是一种只能读出事先所存数据的固态半导体存储器，断电后也能保存数据，一般保存那种一成不变的内容，写进去后便不再变更。如果对存储器为什么可以断电也能保存数据，可以参考我之前写过的一篇文章：【计算机组成原理】寄存器的本质——锁存器

三.第三个问题答案

再来回答第三个问题：CPU怎么知道BIOS程序在哪里？注意在上面描述BIOS的位置的时候，用了“固化”两个字，说明它的位置已经是确定不变的了，CPU直接来到这个位置找到它就行。那么BIOS具体的位置在哪里呢？在0XFFFF0这里。这是什么东西？这是BIOS的地址，CPU打开了导航，把这个地址输入进去，跟着导航走，就能直接找到BIOS。

这里又引申出来一个问题：

为什么这个地址就是BIOS？而不是其他的地址？

这里就得从X86架构的CPU鼻祖——Intel 8086微处理器开始说起，传说中8086CPU一共有20条地址总线，所以这个CPU的寻址访问就是：2的20次方=1048576=1MB，如果将用16进制表示，则是0X00000到0XFFFFF。而这每一个地址都有它需要存储的东西：

PS：这个表格如果看不懂，那么你就可以理解为，因为8086CPU最多只能找到0X00000到0XFFFFF这么大的地址范围（滴滴司机最多就认识本区域内的路是怎么走的，超出这个区域司机就不认路了，也不会走了），为了快速找到需要的功能（司机为了又快又准地把顾客送往目的地），所以规定了每个地址的具体用途（司机自己记住了每个地方的名字），等有指令来的时候就可以直奔那个地址去（顾客说要去公积金中心，司机就知道是去二片区三街道办），不用再花时间找这个数据究竟在那个地址了（司机就不用再从一片区一街道办开始从头到尾地找）。

从表格中里面可以看到，地址0X00000~0X9FFFF处一共占据640KB的容量，这块地址对应的是DRAM（Dynamic Random Access Memory），也就是动态随机访问内存，也就是对应了插在主板上的内存条。0XA0000~0XEFFFF是预留给外设用的，比如显存、硬盘控制器等，最后的0XF0000~0XFFFFF则是我们的主人公BIOS。

这里需要再次重申一个细节，这些地址是地址总线的参数输入，与内存条完全没有关系。CPU可以通过地址访问到数据，是由地址总线通过映射完成的，地址总线把某个ROM存储器绑定了这个地址，或者把某个外设的内存绑定了那个地址，等到CPU要使用时就可以直接访问地址，而不需要知道究竟数据放在哪个物理存储单元。

PS：看到这里，如果你的觉悟够深，那么你可能会遇到和我一样的疑问：

该问题的答案是直接被CPU执行的，无需加载到内存中运行，此技术叫做XIP eXecute In Place，芯片内就地执行。后续如果我更新了该技术的文章会及时更新链接，如果没有请自行百度，但是懂不懂这个技术都不影响本文章的核心内容。

回到最先提出的那个问题：为什么这个地址就是BIOS？而不是其他的地址？因为人家就是这么规定的……就相当于为什么1+1=2而不是1+1=10086一样，只是我一开头就和你说你不一定能相信，反正现在估计也不信就是了。

四.第四个问题答案

最后一个问题：BIOS里面放了什么东西？这个问题的答案可以用BIOS被启动运行的过程来解答，当电源键被按下的一瞬间，CPU中的一对寄存器CS和IP（如果不知道这是什么东西，可以参考我之前写过的一篇文章：【汇编语言】CS:IP寄存器）就被强制初始化成0XF000和0XFFF0，由于开机是在实模式下的，CS和IP再该模式下的段基址会左移四位，所以这对寄存器组合在一起就是BIOS的入口地址。但是从上面那个内存布局表格就可以看到，整个BIOS一共也就16B，这么小的地方又要检查基本硬件又要做各类初始化工作，显然是不够容量的，说明真正进行检查的代码并不在0XFFFF0到0XFFFFF这个位置，这个位置或许只是一个条状指令，让CPU跳转到真正进行的BIOS自检的代码区域那边去。

可以看到CS:IP寄存器来到了0XFFFF0这个地址，而这个地址里面保存了一个指令，跳转到0XFE05B这个位置，而这个地方才是BIOS真正的代码开始的地方，检测内存、显卡等外设信息，初始化硬件，建立向量表等等，完成这些工作后，BIOS将控制权交给下一位嘉宾，也就是MBR。