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认识BIOS芯片

    BIOS(Basic Input Output System，基本输入/输出系统)是被固化到计算机主板上的ROM芯片中的一组程序，为计算机提供最低级的、最直接的硬件控制。和其它程序不同的是，BIOS是储存在BIOS芯片中的，而不是储存在磁盘中，由于它属于主板的一部分，因此大家有时就称呼它一个既不同于软件也不同于硬件的名字“Firmware”（固件）。BIOS ROM芯片在主板上很引人注目（图1），一般而言，BIOS ROM 芯片是主板上唯一贴有标签的芯片，上面印有“BIOS”字样，虽然有些主板上的BIOS 芯片没有明确印出“BIOS”，但凭借外贴的标签也能很容易地将它认出。在486电脑之前，很少有人知道并在意BIOS的存在，进入Pentium时代后，由于BIOS芯片采用了Flash ROM，电脑爱好者才在升级BIOS的过程中对BIOS有了一个比较直观的认识。CIH病毒的出现，则给我们每个人都上了一堂“代价”极大的硬件课，其毁灭性的破坏能力无疑使几乎所有的计算机使用者都对BIOS的功能和其重要性有了一个无法磨灭的认识，也从此把一直深藏在后台默默无闻的BIOS推到了前台。由于主板生产厂家不同，采用的BIOS ROM也不同，下面我们看一下它的分类。

一、以芯片类型区分

    在微机的发展初期，BIOS都存放在ROM（Read Only Memory，只读存储器）中。ROM内部的资料是在ROM的制造工序中，在工厂里用特殊的方法被烧录进去的，其中的内容只能读不能改，一旦烧录进去，用户只能验证写入的资料是否正确，不能再作任何修改。如果发现资料有任何错误，则只有舍弃不用，重新订做一份。ROM是在生产线上生产的，由于成本高，一般只用在大批量应用的场合，图2是8088主板上的BIOS ROM芯片。

    由于ROM制造和升级的不便，后来人们发明了PROM（Programmable ROM，可编程ROM）。最初从工厂中制作完成的PROM内部并没有资料，用户可以用专用的编程器将自己的资料写入，但是这种机会只有一次，一旦写入后也无法修改，若是出了错误，已写入的芯片只能报废。PROM的特性和ROM相同，但是其成本比ROM高，而且写入资料的速度比ROM的量产速度要慢，一般只适用于少量需求的场合或是ROM量产前的验证。

    EPROM（Erasable Programmable ROM，可擦除可编程ROM）芯片可重复擦除和写入，解决了PROM芯片只能写入一次的弊端。EPROM有两种，一种是不带窗口的，其特性和PROM类似，在专用编程器上只能写入一次，如果写错了，芯片只能报废，这种芯片在各种显卡、声卡和以前的解压卡上都能见到，如图3是S3375显卡上的这种EPROM芯片，由于使用不便，我们平常意义上的EPROM一般是指带窗口的EPROM，这种EPROM芯片有一个很明显的特征，在其正面的陶瓷封装上，开有一个玻璃窗口，透过该窗口，可以看到其内部的集成电路，紫外线透过该孔照射内部芯片就可以擦除其内的数据，完成芯片擦除的操作要用到EPROM擦除器（图4）。EPROM内资料的写入要用专用的编程器，并且往芯片中写内容时必须要加一定的编程电压（VPP=12—24V，随不同的芯片型号而定）。EPROM的型号是以27开头的，如图5所示的27C020(8*256K)是一片2M Bits容量的EPROM芯片。EPROM芯片在写入资料后，还要以不透光的贴纸或胶布把窗口封住，以免受到周围的紫外线照射而使资料受损。

    EPROM虽然已具备了可重复写入的能力，可是还要借助于EPROM擦除器和专用编程器擦除与写入程序，在使用时既费时又不便。鉴于EPROM操作的不便，后来出的主板上的BIOS ROM芯片大部分都采用EPROM（Electrically Erasable Programmable ROM，电可擦除可编程ROM）。EPROM（图6）的擦除不需要借助于其它设备，它是以电子信号来修改其内容的，而且是以Byte为最小修改单位，不必将资料全部洗掉才能写入，彻底摆脱了EPROM Eraser和编程器的束缚。EPROM在写入数据时，仍要利用一定的编程电压，此时，只需用厂商提供的专用刷新程序就可以轻而易举地改写内容，所以，它属于双电压芯片。借助于EPROM芯片的双电压特性，可以使BIOS具有良好的防毒功能，在升级时，把跳线开关打至“ON”的位置，即给芯片加上相应的编程电压，就可以方便地升级；平时使用时，则把跳线开关打至“OFF”的位置，防止CIH类的病毒对BIOS芯片的非法修改。所以，至今仍有不少主板采用EPROM作为BIOS芯片并作为自己主板的一大特色。

    Flash ROM（快闪ROM，图7）则属于真正的单电压芯片，在使用上很类似EPROM，因此，有些书籍上便把Flash ROM作为EPROM的一种。事实上，二者还是有差别的。Flash ROM在擦除时，也要执行专用的刷新程序，但是在删除资料时，并非以Byte为基本单位，而是以Sector（又称Block）为最小单位，Sector的大小随厂商的不同而有所不同；只有在写入时，才以Byte为最小单位写入；Flash ROM芯片的读和写操作都是在单电压下进行，不需跳线，只利用专用程序即可方便地修改其内容；Flash ROM的存储容量普遍大于EPROM，约为512K到至8M KBit，由于大批量生产，价格也比较合适，很适合用来存放程序码，近年来已逐渐取代了EPROM，广泛用于主板的BIOS ROM，也是CIH攻击的主要目标。

二、以芯片容量区分

    在BIOS ROM芯片的容量方面，现在主板上常用的Flash ROM的容量一般多为1M（图8）或2M（图9）一直到4M（图10）。在486时代，一般只用512K Bits的BIOS ROM，从Pentium级以后就主要采用1M Bits的BIOS ROM了，随着BIOS的功能越来越多，支持的硬件越来越多，因此程序码也越来越长，1M Bits的容量已不使用，目前出的主板上大多采用2M甚至4M Bits的BIOS ROM。

    因为各类芯片上的型号标识都严格遵循集成电路编号规则，因此从芯片的编号上我们就可以得知芯片的类型、容量和读写速度，如W29C020－12，就是一片32脚封装的Flash ROM芯片，在芯片上容纳了256个存储单元，每个单元占1个字节长度，所以每片的容量为256K×8位，其读写速度为120ns。

三、以芯片内部烧录的BIOS区分

    目前市面上较流行的主板BIOS主要有 Award BIOS、AMI BIOS、Phoenix BIOS三种类型。Award BIOS（图11）是由Award Software公司开发的BIOS产品，在目前的主板中使用最为广泛。Award BIOS（图12）功能较为齐全，支持许多新硬件，目前市面上多数586主机板和PⅡ主板都采用了这种BIOS；AMI BIOS是AMI公司出品的BIOS系统软件，开发于80年代中期，早期的286、386大多采用AMI BIOS，它对各种软、硬件的适应性好，能保证系统性能的稳定，到90年代后，绿色节能电脑开始普及，AMI却没能及时推出新版本来适应市场，使得AMI BIOS失去了大半壁江山；Phoenix BIOS是Phoenix公司产品，Phoenix意为凤凰，有完美之物的含义。Phoenix BIOS 多用于高档的586原装品牌机和笔记本电脑上，其画面简洁，便于操作，该公司目前已与AWARD合并。

    早期的BIOS芯片大多采用DIP（双列直插）形式的封装，随着半导体封装技术的发展，SOJ、TSOP、PSOP、PLCC等多种封装形式相继出台。目前台式机主板上的BIOS大多是DIP封装，有的为节省空间，采用了PLCC形式的封装，如图13。笔记本电脑上的BIOS大多采用SOJ封装。为了方便更换BIOS芯片，现在主板上都安装有插座，使用工具可以取下、更换BIOS芯片。

其实，不光主板上有BIOS，其它设备上如网卡、显卡、MODEM、数字相机、硬盘等也有所谓的BIOS，象显卡上的BIOS（图15），来完成显卡和主板之间的通讯；硬盘的启动和使用也需要HDD BIOS来完成。这些外部设备上的BIOS也和主板的BIOS一样，采用FLASH ROM作BIOS ROM芯片，同样也可以方便地升级，以修改其缺陷及增强其兼容性。

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