báo cáo bài tâp nghiên cứu về bios rom trong máy tính

- Hoạt động/Nội dung 2: Trình bày hoạt động của chương trình POST trong BIOSROM để thấy được tầm quan trong của BIOS ROM trong máy tính.III.. Bài báo cáo của nhóm gmm năm mnc chính.Chươn

BỘ CÔNG THƯƠNG TRƯỜNG ĐẠI HỌC CÔNG NGHIỆP HÀ NỘI

-*** -BÁO CÁO BÀI TÂP LN

Học phần:

Ki$n tr'c m)y t+nh v- hê  đi0u h-nh

Chủ đ0 : Nghiên cứu v0 BIOS ROM trong m)y t+nh.

Lớp: IT6067.7 Gi)o viên hướng dẫn :Nguyễn Thanh Hải Nhóm: 13

Th-nh viên Nguyễn Duy Hoàng MSV: 2021604165

Võ Anh Dũng MSV: 2022606587 Dương Đức Tâm MSV:2022605730

Lê Văn Thắng MSV: 2021606294 Trần Huy Hoàng MSV: 2022606294

HÀ NỘI – 12/ 2023

PHIẾU HỌC TẬP CÁ NHÂN/NHÓM

I Thông tin chung

1 Tên lớp: IT6067.7

2 Tên nhóm: 13

3 Họ và tên thành viên trong nhóm:

Nguyễn Duy Hoàng MSV: 2021604165

Võ Anh Dũng MSV: 2022606587

Dương Đức Tâm MSV: 2022605730

Lê Văn Thắng MSV: 2021606294

Trần Huy Hoàng MSV: 2022603587

II Nội dung học tập

1 Tên chủ đề: Nghiên cứu về BIOS ROM trong máy tính

2 Hoạt động của sinh viên

- Hoạt động/Nội dung 1: Trình bày được đặc điểm, chức năng tổng quát của BIOS ROM, nhận diện BIOS ROM trên máy tính, nội dung của BIOS ROM

- Hoạt động/Nội dung 2: Trình bày hoạt động của chương trình POST trong BIOS ROM để thấy được tầm quan trong của BIOS ROM trong máy tính

III Nhiệm vụ học tập

1 Hoàn thành báo cáo bài tập lớn theo đúng thời gian quy định (từ ngày 25 tháng 10 năm 2023 đến 20 tháng 12 năm 2023)

2 Báo cáo sản phầm nghiên cứu được giao trước giảng viên và các sinh viên khác

IV Học liệu sử dụng cho b-i tập lớn

1 Tài liệu học tập:

- Vương Quốc Dũng, Giáo trình Kiến trúc máy tính, 2014

- William Stallings, Computer organization an architecture

- Tài liệu điện tử trên internet

1

KẾ HOẠCH THỰC HIỆN BÀI TẬP LN

1 Tên lớp: IT6067.7

2 Tên nhóm: 13

3 Họ và tên thành viên trong nhóm:

Nguyễn Duy Hoàng MSV: 2021604165

Võ Anh Dũng MSV: 2022606587

Dương Đức Tâm MSV: 2022605730

Lê Văn Thắng MSV: 2021606294

Trần Huy Hoàng MSV: 2022603587

Tên chủ đề: Nghiên cứu về BIOS ROM trong máy tính

việc

Phương ph)p thực hiện

26.10.2023–03.11.2023

Nguyễn Duy Hoàng

Võ Anh Đức Dương Đức Tâm

Lê Văn Thắng Trần Huy Hoàng

Nghiên cứu về đặc điểm, chức năng tổng quát của BIOS ROM, nhận diện BIOS ROM trên máy tính, nội dung của BIOS ROM

Sưu tầm, tổng hợp tài liệu 04.11.2023 – 11.11.2023

12.11.2023 – 19.11.2023

20.11.2023 – 27.11.2023 Nguyễn Duy Hoàng

Võ Anh Đức Dương Đức Tâm

Lê Văn Thắng Trần Huy Hoàng

Nghiên cứu hoạt động của chương trình POST trong BIOS ROM để thấy được tầm quan trong của BIOS ROM trong máy tính

Sưu tầm, tổng hợp tài liệu 04.12.2023 – 11.12.2023

12.12.2023 – 20.12.2023 Cả Nhóm Viết báo cáo

Hà Nội,Ngày… ,Tháng… ,Năm 2023

Giảng viên hướng dẫn

Nguyễn Thanh Hải

3

Lời m[ đầu

Nếu muốn làm chủ chiếc máy vi tính của mình bạn chgng thể không biết tới BIOS

Vâ iy BIOS là gì? Và nó có nhkng đă ic điểm, chức năng gì, cách nó hoạt đô ing như thế nào?

Nhkng điều trên là nhkng điều mà nhóm em đl đă it ra để thảo luâ in và nghiên cứu Bài báo cáo của nhóm gmm năm mnc chính

Chương 1: Tổng quan về ROM

Chương 2: BIOS ROM và đă ic điểm, chức năng của BIOS ROM

Chương 3: Nô ii dung của BIOS ROM

Chương 4: Hoạt đô ing của chương trình POST

Chương 5: So quan trọng của BIOS ROM trong máy tính

Bên cạnh mnc tiêu nghiên cứu, bài báo cáo sp là tài liê iu quan trọng giúp chúng em hiểu rõ hơn máy tính, và cách thức hoạt đô ing của nó

Nhóm em xin gửi lời cảm ơn đến thầy Nguyễn Thanh Hải đl tâ in tâm, có nhkng đóng góp kịp thời để nhóm em có thể hoàn thành đề tài nghiên cứu này

Mă ic dr đl cố gắng rất nhiều, nhưng bài báo cáo khó tránh khsi nhkng thiếu sót, chúng em mong nhâ in được nhkng đóng góp của thầy/cô để đề tài nghiên cứu của chúng

em được hoàn thiê in hơn nka

Chúng em xin chân thành cảm ơn!

M\C L\C

Lời m[ đầu……….… 4

CHƯƠNG 1 ROM: 1 Khái niê im……….… 6

2 Phân loại……… … 6

3 Đă ic điểm……… …… 6

CHƯƠNG 2 BIOS ROM 1 Khái niê im……… … 8

2 Đặc điểm của ROM BIOS……… 8

3 Chức năng tổng quát của BIOS ROM ……… 8

4 Nhận diện BIOS ROM……… 9

CHƯƠNG 3 NỘI DUNG CỦA BIOS ROM 1 Bộ đoản trình POST (Power On Self Test) ……… 11

2 Trình CMOS SETUP……… 12

3 Các thủ tnc dịch vn của hệ thống (BIOS Service) ……… 13

CHƯƠNG 4 HOẠT ĐỘNG CỦA CHƯƠNG TRÌNH POST: ………… 14

CHƯƠNG 5 SỰ QUAN TRỌNG CỦA BIOS ROM:……… 16

KẾT LUẬN ……… 17

TÀI LIỆU THAM KHẢO ……… 18

5

CHƯƠNG 1 ROM

1 Khái niệm

+ ROM (Read Only Memory) Đúng nghĩa theo tiếng Viê it là bộ nhớ chỉ đọc, bô i nhớ này có tên như vâ iy là do khi mới xuất hiê in, nó thoc so là bô i nhớ chỉ đọc Ngày nay bô i nhớ ROM đl có thể đọc/ ghi bình thường b|ng điê in và đă ic trưng cơ bản nhất của bôi nhớ ROM là mất điê in ngumn nuôi thì không mất thông tin

2 Phân loại ROM

Theo lịch sử phát triển, có 5 loại bô i nhớ ROM:

- ROM mă it nạ (Masked ROM): Khi chế tạo, nó được ghi luôn thông tin và vĩnh viễn

nô ii dung thông tin đó không thay đổi được Là loại ROM do nhà máy khi xuất xư}ng

đl nạp s~n các thông tin hay dk liê iu lên Khi đl được chương trình hóa như vâ iy thì các bit dk liê iu không thể thay đổi được nka

- PROM (Programmable ROM): Khi chế tao, không có thông tin, song có thể ghi được thông tin vào mô it lần b|ng thiết bị chuyên drng, nếu ghi sai thì bị loại bs Là loại mạch nhớ ROM mà người dử dnng có thể nạp chương trình vào được nhờ sử dnng

mô it thiết bị đốt đă ic biê it gọi là thiết bị đốt PROM PROM thường được làm b|ng transistor lư•ng coc hoă ic MOSFET

- EPROM (Erasable PROM): Là loại PROM, song có thể xóa được Viê ic lưu trk thông tin được thoc hiê in b|ng các điê in tích bẫy } coc gate của MOSFET, c•n xóa nôii dung nhớ người ta chiếu tia coc tím với cường đô i mạnh

+ Ghi thông tin được nhiều lần b|ng thiết bị chuyên drng

+ Trước khi ghi phải xóa nô ii dung cũ b|ng tia coc tím

- EEPROM (Electrically EPROM):

+ Giống RAM nhưng mất ngumn thì không mất thông tin

+ Cần đọc hay ghi thông tin đều được ngay Nó ghi thông tin theo từng byte Thông tin ghi lần cuối không bị mất khi mất điê in ngumn nuôi

- Flash Memory (bô i nhớ tia chớp): Giống EEPROM, nó chỉ cho ph‚p đọc cả khối, ghi

cả khối, chế tạo với dung lượng lớn - ngày nay ít sử dnng Có mô it thời kƒ làm bô i nhớ ngoài cho máy tính xách tay Ngày nay được drng làm bô i nhớ trong của mô it số thiết

bị điê in tử như điê in thoại di đô ing, bút ghi âm…

3 Đặc điểm

- Bộ nhớ ROM: Sp giúp các dk liệu được gik lại kể cả khi máy bị tắt ngumn

- Hoạt động: + ROM hoạt động trong quá trình kh}i động máy tính

+ ROM chỉ có thể đọc và không thể chỉnh sửa điều gì trên nó

- Tốc độ : Quá trình xử lý thông tin, dk liệu bị chậm, tốc độ truy cập dk liệu chậm

- Khả năng lưu trk : Mọi thông tin lưu trk trên ROM đl được lập trình s~n, khó có thể thay đổi cũng như lập trình lại Một chip ROM chỉ thể hiện được 4MB đến 8MB dk liệu

- Hiê in nay, có mô it số loại ROM như EEPROM hoă ic Flash - ROM có thể bị xóa được

lâ ip trình lại với dk liê iu mới Do đó, có thể đối với nhkng loại này, thông tin mô tả sp được câ ip nhâ it lại để ghi rõ ràng hơn về khả năng ghi và đọc dk liê iu của ROM

7

CHƯƠNG 2 BIOS ROM

1 Khái niệm

Bô i nhớ BIOS ROM (Basic Input Output System Read Only Memory): Là bô i nhớ ROM, chứa chương trình kh}i đô ing đầu tiên của máy tính và chương trình điều khiển vào/ ra cơ bản trong hê i thống máy tính đúng nghĩa tên gọi của nó và nó chứa thông tin

cố định trong hê i thống

2 Đặc điểm

+ BIOS là chương trình phần mềm được nhà sản xuất bo mạch chủ tích hợp vào ROM trong quá trình sản xuất

+ BIOS sử dnng Master Boot Record (MBR) để tìm và kh}i động hệ điều hành được cài đặt trên đĩa cứng MBR là một phần nhs của ổ đĩa cứng, chứa ml lệnh có s~n để kh}i động hệ điều hành

+ BIOS được viết b|ng ngôn ngk lập trình cấp thấp gần với ml máy, chủ yếu b|ng ngôn ngk lập trình Assembly

+ BIOS sử dnng trình điều khiển trong ROM try chọn để quản lý phần cứng của máy tính

+ BIOS chỉ chạy } chế độ 16 bit, điều này nh|m giới hạn hiệu suất và chức năng của chính nó

3 Chức năng

Bootstrap Loader: làm tiền đề và xác định hệ điều hành Khi BIOS xác định

được hệ điều hành đl được cài đặt trong máy, nó sp nhượng quyền điều khiển máy tính cho hệ điều hành đó

POST: chịu trách nhiệm kiểm tra và rà soát lại hệ thống máy tính khi mới kh}i

động Chức năng này có tác dnng kịp thời phát hiện lỗi nếu có và đảm bảo quá trình hoạt động của máy tính không gặp phải vấn đề phức tạp

Thi$t lập BIOS hoặc CMOS: chức năng này của BIOS có nghĩa là hỗ trợ các

bạn xác định cấu hình cài đặt của phần cứng bao gmm nhkng cài đặt như: thời gian ngày giờ, mật khẩu của máy tính,…

Chức năng cuối cùng l- trình đi0u khiển BIOS: với chức năng này, BIOS sp

giúp máy tính có thể kiểm soát được nhkng hoạt động cơ bản đối với phần cứng trên máy tính của bạn

4 Nhân diê "n BIOS ROM

- Thông thường, BIOS ROM được lưu trk trên một con chip ROM và có thể được nhận diện b|ng cách xem x‚t các chip ROM trên bo mạch chủ

4.1 Phân loại: doa theo số chân của BIOS ROM

- Bios rom có 40 chân (Thường sử dnng trên các máy tính đời cũ, trung)

Hình 1: BIOS ROM có 40 chân

- Bios rom có 32 chân (Thường sử dnng trên các máy tính đời trung)

Hình 2: BIOS ROM có 32 chân

- Bios rom có 8 chân (thường sử dnng trên các máy đời mới)

Hình 3: BIOS ROM 8 chân cắm Hình 4: BIOS ROM có 8 chân dán 4.2 Hình dáng, kích thước

9

- Hình dáng thông thường của các BIOS ROM là hình chk nhật (vạt 1 góc đối với các BIOS ROM loại 32 chân), hình dạng này tương đối giống với các IC phổ biến Kích thước của các BIOS ROM thường khá nhs từ 5mm đến khoảng 1cm

4.3 Vị trí vật lý

- Đối với các BIOS ROM (40, 32 chân) sử dnng } các máy đời cũ, trung BIOS ROM thường n|m gần chipset Nam

- Đối với các BIOS ROM (8 chân cắm) các BIOS ROM này có vị trí gần các chip SIO, chipset và các khe cắm PCI

- Đối với các BIOS ROM (8 chân dán, trên mainboard nó có bề ngang gần b|ng bề dọc (gần như vuông) Trong khi các IC dán 8 chân khác thì hình chk nhật rs rệt) Nó thường n|m gần Pin CMOS, Jumper Clear CMOS

- Ngoài ra để nhận biết Bios trên máy tính ta có thể doa vào các text có trên BIOS ROM Thông thường các BIOS ROM sp có tên nhà phát triển (hlng sản xuất) trên thân

IC như: Phoenix, Award, AMI, STT…

Hình 5: BIOS ROM

CHƯƠNG 3 NÔI DUNG CỦA BIOS ROM

Một ROM BIOS tiêu biểu thuờng chiếm 128KB trong vrng nhớ trên (Upper Memory Area - UMA), từ E0000h -> FFFFFh (bên trong MB đầu tiên của bộ nhớ PC) và ROM BIOS là nơi chứa chương trình BIOS BIOS thì chứa nhiều chương trình riêng lẻ tương đối nhs BIOS thường có 3 phần sau : bộ đoản trình POST, trình CMOS Setup

và các đoản trình dịch vn của hệ thống Phần cuối crng là phần ml đặc thr của chương trình BIOS, được thi hành tuƒ thuộc vào trạng thái của máy tính và các hoạt động đang diễn ra trên hệ thống tại một thời điểm cn thể

Hình 6: Các thành phần chính của một BIOS tiêu biểu

1 Bộ đoản trình POST (Power On Self Test)

Post có chức năng kiểm tra hệ thống, quản lý toàn bộ giai đoạn kh}i động của hệ thống POST xử lý hầu như tất cả nhkng hoạt động kh}i so của máy PC Nó thoc hiện một cuộc kiểm tra độ tin cậy và chuẩn đoán } mức thấp đối với các thành phần xử lý chính, kể cả các chương trình ROM và RAM hệ thống Nó kiểm tra CPU, kh}i động

bộ chipset của bo mạch chính, kiểm tra 128 bytes trong CMOS xem có nhkng dk liệu

gì về cấu hình hệ thống và thiết lập một bảng chỉ mnc vector ngắt dành cho CPU trong vrng từ 000h đến 02FFh của bộ nhớ hệ thống Sau đó POST thiết lập một vrng ngăn xếp (Stack) cho BIOS trong vrng bộ nhớ thấp từ 0300h đến 03FFh, nạp nội dung cho vrng dk liệu (Data) của BIOS trong vrng bộ nhớ thấp từ 0400h đến 04FFh, phát hiện mọi ROM BIOS bổ sung (các adapter BIOS) có mặt trong hệ thống và tiến hành kh}i động hệ thống

2 Trình CMOS SETUP

Cấu hình của bất kƒ máy tính nào cũng được lưu gik trong một lượng RAM CMOS nhs và cần có một đoản trình (hay thủ tnc) CMOS SETUP cho ph‚p truy cập các thông tin cấu hình của máy Các máy i286, i386 đời cũ cung cấp chương trình CMOS SETUP dưới dạng một tiện ích riêng biệt, được bán kèm theo máy trên một đĩa mềm Trong hầu hết các trường hợp chương trình CMOS SETUP được tích hợp trong BIOS của bo mạch chính Chương trình CMOS SETUP do các nhà chế tạo máy và bo mạch chính khác nhau tạo ra cho nên sp có so khác nhau về các chương trình CMOS SETUP, cho nên không có một tiêu chuẩn chung nào về nhkng thông số được thiết lập

11

trong trong CMOS SETUP (các thông số có thể khác nhau về tên gọi,chức năng và bố cnc sắp xếp)

Hình 7: chương trình CMOS SETUP của Phoenix Technologies

Hình 8: chương trình CMOS SETUP của AMI

3 Các thủ tục dịch vụ của hệ thống

Các dịch vn của hệ thống (c•n được gọi là dịch vn của BIOS - BIOS service) là một bộ các chức năng riêng rp hình thành nên lớp đệm gika phần cứng và hệ điều hành Các dịch vn này được gọi đến thông qua việc sử dnng ngắt (interrupt) nào đó Thoc chất tác dnng của ngắt là khiến CPU tạm dừng công việc nó đang làm lại rmi gửi quyền điều khiển chương trình đến một địa chỉ khác trong bộ nhớ Sp có một chương trình con được thiết kế đặc biệt để xử lý ngắt này, khi chương trình con xử lý hoàn tất tình trạng của CPU sp được khôi phnc lại và quyền điều khiển được trả lại nơi mà hệ thống đl bs ngang lúc ngắt mới xảy ra Có rất nhiều ngắt dành cho CPU và các ngắt đó có thể được tạo ra từ 3 ngumn chính : Bản thân CPU, trạng thái phần cứng, phần mềm BIOS được drng trong một máy có thể cung cấp nhiều hoặc ít chức năng tuƒ thuộc vào nhà sản xuất

Hình 9: mô it số lệnh ngắt.

- Ngắt được tạo b}i CPU gọi là ngắt vi xử lý thường là kết quả bất thường của chương trình

Ví dn, nếu có một chương trình thoc hiện ph‚p chia cho 0, CPU sp tạo lệnh ngắt INT 00h, lệnh ngắt này sp đưa ra thông báolỗi “chia cho 0”

- Ngắt b}i phần cứng được tạo ra khi có một thiết bị cần tài nguyên của CPU để thoc hiện một công việc nào đó Ngắt b}i phần cứng được thoc hiện b|ng cách yêu cầu một mức độ logic trên đường dây ngắt vật lý (IRQ) CPU sp dừng tác vn hiện tại và thoc hiện trình quản lý quắt Khi lệnh ngắt được thoc hiện xong,CPU tiếp tnc hoạt động bình thường

Ví dn, mỗi lần một phím được ấn, bộ đệm bàn phím yêu cầu một đường dây logic trao đổi đến INT 9h (IRQ 1) Điều này sp kích hoạt một lệnh trình quản lý ngắt bàn phím

- Ngắt từ phần mềm: Hê i điều hành và các chương trình khác tạo ra các ngắt để phnc

vn các yêu cầu của người drng, chgng hạn như nhâ ip liê iu từ người drng, tương tác với các thiết bị ngoại vi và hoàn tất các tác vn

Ví dn về ngắt phần mềm là ngắt từ chương trình antivirus Khi chương trình antivirus phát hiê in mô it tê ip đô ic hại hoă ic phần mềm đô ic hại đang chạy trên hê i thống, nó gửi tín hiê iu đến CPU để báo cáo về tình trạng này Mô it chương trình con xử lý ngắt sp được kích hoạt để kiểm tra và xử lý tê ip đô ic hại hoă ic phần mềm đô ic hại Sau khi chương trình con xử lý hoán tất, quyền điều khiển sp được trả lại cho CPU để tiếp tnc xử lý các tác vn khác trên hê i thống

13

CHƯƠNG 4 HOẠT ĐỘNG CỦA CHƯƠNG TRÌNH POST

POST (To kiểm tra khi bật ngumn) là bước đầu tiên của trình to kh}i động Không quan trọng nếu bạn vừa kh}i động lại máy tính của mình hay bạn mới bật ngumn lần đầu tiên sau nhiều ngày, POST sp chạy, bất kể lúc nào POST kiểm tra xem các thiết bị

hệ thống cơ bản có hiện diện và hoạt động bình thường hay không, như bàn phím và các thiết bị ngoại vi khác cũng như các yếu tố phần cứng khác như bộ xử lý, thiết bị lưu trk và bộ nhớ Dưới đây là các bước cơ bản mô tả quá trình POST:

1 Khi bật ngumn, các thành phần trên máy tính được cấp điện từ ngumn máy tính và

bắt đầu hoạt động Một tín hiệu điện theo đường dây dẫn đến CPU để xoá các thanh ghi đmng thời thiết lập thanh ghi IP (Thanh ghi con trs lệnh – Instruction pointer) về giá trị F000 (máy AT) hoặc E000 (máy ATX) Giá trị này chính là địa chỉ chứa lệnh đầu tiên của chương trình POST trong ROM BIOS CPU drng địa chỉ này để tìm và chạy chương trình POST

2 Chương trình POST sp kiểm tra hoạt động của:

CPU : Nếu CPU hoặc bộ tạo xung nhịp bị lỗi, thì công việc tiếp theo của POST sp chấm dứt

BIOS: POST kiểm tra BIOS, tính toán và đưa ra kết quả tổng (Checksum), nếu không phr hợp với giá trị Checksum của hlng sản xuất thì ROM BIOS bị lỗi và một thông báo lỗi được đưa ra

CMOS: có lỗi xảy ra là do CMOS hsng hoặc pin nuôi CMOS yếu

3 Kiểm tra hoạt động của các bus , các thành phần khác (Chipset, DMA, bộ điều

khiển ngắt ….) trên bo mạch chính

4 Kiểm tra mạch điện, bộ nhớ RAM trong mạch điều khiển màn hình (Video card

hay Display Adapter) Lúc này nhkng thông tin đầu tiên về Video card xuất hiện trên màn hình

5 Kiểm tra dung lượng và hoạt động đọc/ ghi của bộ nhớ chính Dung lượng bộ nhớ

sau khi được kiểm tra sp được hiển thị trên màn hình, nếu RAM tốt, dung lượng RAM

sp được hiển thị rõ ràng trên màn hình Nếu RAM không đúng với yêu cầu của bo mạch chủ, module RAM hoặc khe cắm RAM bị lỗi, …thì màn hình hiển thị thông báo lỗi hoặc có tiếng kêu bip đặc trưng

6 Kiểm tra bộ điều khiển bàn phím và kh}i động bàn phím Màn hình xuất hiện

thông báo lỗi - nếu không có bàn phím hoặc lỗi bàn phím

7 Thoc hiện kiểm tra các thiết bị: ổ đĩa mềm, ổ đĩa cứng, cổng nối tiếp, cổng song

song, chuột, … Khi có lỗi xảy ra, thông báo lỗi tương ứng sp được hiển thị

8 Nếu kết quả kiểm tra phần cứng của POST không phr hợp với các thông số được

ghi trong CMOS Setup (có nghĩa là giá trị Checksum là đúng) thì trên màn hình sp hiển thị thông báo lỗi Nếu đúng, POST sp cung cấp nhkng thông tin cấu hình đl ghi trong CMOS Setup lên màn hình

9 Để kết thúc quá trình POST, POST trao quyền điều khiển lại cho chương trình con

phnc vn ngắt INT 19 – thường gọi là chương trình Boot-Strap Loader (chương trình mmi) Chương trình này có nhiệm vn tìm kiếm và nạp hệ điều hành từ đĩa vào bộ nhớ, nếu không tìm thấy, chương trình sp thông báo lỗi trên màn hình