به مقاله بایوس چیست خوش آمدید. BIOS به صورت تعبیه شده در میکروپروسسور دستگاه وجود دارد تا در زمان روشن شدن سیستم، عملیات سختافزاری و سیستم عامل (OS) را آغاز کند.
سیستم ورودی/خروجی ابتدایی یا BIOS به عنوان یک برنامه ثابت و تعبیه شده بر روی میکروپروسسور دستگاه تعریف میشود که به کمک آن عملیات سختافزاری را آغاز کرده و جریان دادهها به سمت و از سمت سیستم عامل (OS) را در زمان روشن شدن سیستم مدیریت میکند. این مقاله هشت نوع BIOS را توضیح داده و اهمیت آن در محیط IT را بررسی میکند.
بایوس (Bios) چیست؟
یک سیستم ورودی/خروجی اساسی یا BIOS برنامهای ثابت و جاسازی شده روی میکروپروسسور دستگاه است که به اجرای عملیاتهای سختافزاری و مدیریت جریان داده به و از سیستمعامل (OS) در زمان راهاندازی کمک میکند.
گری کیلدال، دانشمند کامپیوتری آمریکایی، کلمه BIOS را در سال ۱۹۷۵ اختراع کرد. این برنامه اولین بار در کامپیوتر اصلی IBM در سال ۱۹۸۱ یکپارچه شد و با افزودن کامپیوترهای اضافی در طول سالها محبوبیت کسب کرد و در نهایت به ویژگی اساسی کامپیوترها تبدیل شد. با این حال، فناوری جدیدتری به نام رابط کاربری قابل گسترش و یکپارچه (UEFI)، BIOS را از نظر پذیرش، محو کرده است. اینتل در سال ۲۰۱۷ قصد داشت تا حمایت خود را از پلتفرمهای BIOS قدیمی و منسوخ شده تا سال ۲۰۲۰ متوقف کند و آنها را با UEFI جایگزین کند.
سیستم عامل CP/M در سال ۱۹۷۵ از سیستم ورودی/خروجی اساسی استفاده میکرد که از آن ترم مخفف BIOS بدست آمد. برخی از کسبوکارها BIOS را که ابتدا به اختصاصی کامپیوتر IBM محدود بود، به صورت برگشتیسازی شده تا کامپیوترهای همسانپذیر تولید کنند. این رابط اولیه به عنوان یک معیار معمولی کار میکند. رابط کاربری قابل گسترش و یکپارچه (UEFI) برای کاهش چالشهای فنی BIOS کامپیوترهای قدیمی ایجاد شده است.
عملکرد اصلی BIOS در واسطهگری بین سیستمعاملها و سیستمهایی که بر روی آنها عمل میکنند است. BIOS واسطهگر بین اطلاعات کنترل و داده دستگاههای ورودی/خروجی و CPU است. با این حال، در برخی موارد، BIOS ممکن است برای جریان اطلاعات مستقیم به ذخیرهسازی از دستگاهها، مانند کارتهای گرافیک/ویدیو، که نیاز به جریان داده سریعتر برای کارکرد صحیح دارند، تنظیم شود.
بیشتر پیادهسازیهای BIOS برای کار با یک ماشین خاص یا نسخه مادربورد با اتصال به چندین دستگاه، به ویژه چیپستهای سیستمی طراحی شدهاند.
اولین نسخههای نرمافزار BIOS روی چیپهای ROM مادربورد کامپیوتر ذخیره میشدند. در سیستمهای مدرن، BIOS روی حافظه فلش ذخیره میشود که اجازه میدهد آن را بدون نیاز به خارج کردن چیپها از مادربورد بازسازی کرد. این امکان میدهد تا ارتقاءهای مهندسی دوستانهتر BIOS برای معرفی ویژگیهای جدید یا ر
فع مشکلات صورت بگیرد. با این حال، این همچنین باعث میشود که دستگاه با روتکیتهای BIOS آلوده شود. علاوه بر این، ارتقاء BIOS ناموفق ممکن است باعث بیکاری مادربورد شود. ویندوز ۱۰ آخرین نسخه از مایکروسافت ویندوز است که بر روی کامپیوترها با فریمور BIOS اجرا میشود.
بایوس (Bios)چگونه کار میکند؟
سیستم اصلی IBM PC و XT واسطهگر کاربری تعاملی (UI) را حذف کرد. در آن زمان، تست خودکار روشن شدن (POST) هنوز به طور کامل کارت گرافیک را راهاندازی نکرده بود و سیستمها پیامها یا کدهای خطا را روی صفحه نمایش نشان میدادند یا یک توالی کد شناسهگذاری شده صدا تولید میکردند تا مشکلات را نشان دهند. برای کامپیوترهای IBM PC و XT، توسعهدهندگان از جمپرها و سوئیچها روی مادربورد و کارتهای توسعه برای پیکربندی گزینههای سیستم استفاده میکردند.
از اوایل دهه ۱۹۹۰، رایج شد که ROM BIOS حاوی “ابزار پیکربندی BIOS” (BCU[14]) یا “ابزار پیکربندی BIOS” شود که از طریق یک دنباله کلید مشخص در زمان راهاندازی سیستم قابل دسترسی است. این برنامه به کاربر اجازه میدهد پارامترهای پیکربندی سیستم را که در ابتدا با استفاده از سوئیچهای DIP تعیین شده بودند، با استفاده از یک رابط منو تعاملی کنترل کند.
به کمک فرآیند مشابهی میتوان روی کامپیوترهای Wintelمنسجمپذیر امروزی پارامترهای BIOS را با استفاده از صفحه کلید و نمایشگر ویدئویی انتخاب کرد. اما ممکن است ماشینهای مدرن پارامترهای BIOS را در یک حافظه فلش ذخیره کنند، شاید همان حافظه فلش که BIOS را در برمیگیرد.
ماشینهای مدرن با جدیدترین نسخههای پردازندهها قابلیت اجرای BIOS را از ROM سیستم دارند. اگر سیستم به تازگی روشن شده باشد (“راهاندازی سرد”) یا دکمه ریست فشار داده شود، تست خودکار روشن شدن (POST) کامل اجرا میشود. اگر Ctrl+Alt+Delete استفاده شده باشد (یک “راهاندازی گرم”)، BIOS با تأیید یک نشانگر خاص در حافظه غیرقابل از دسترفتن BIOS (“CMOS”)، فرآیند POST بلند و تشخیص حافظه را میگذراند.
POST اجزای سیستم را شناسایی، تست و راهاندازی میکند، از جمله RAM، مادربورد، چیپست، کارت گرافیک، موس، پردازنده، کیبورد، درایو دیسک سخت، درایو دیسک نوری و غیره.
بعد از اتمام اسکن ROM گزینه، BIOS برای تماس با تمام کامپوننتهای ROM که امضاءهای معتبری دارند، فرمان میدهد و فرآیند بارگذاری را آغاز میکند. برنامههای بارگذاری شده ممکن است پس از راهاندازی مجدد سیستم را مجدداً راهاندازی کنند، اما باید باز کنندهها و دیگر فعالیتهای سختافزار غیرهمزمانی که ممکن است با فرآیند را
هاندازی BIOS تداخل داشته باشند، غیرفعال شوند. در غیر این صورت، ممکن است سیستم در فرآیند راهاندازی مجدد قفل شود یا خراب شود.
BIOS از دستگاههای راهاندازی مشخصشده در حافظه غیرقابل از دسترفتن BIOS (یا CMOS) استفاده میکند. این هر دستگاه را برای امکان راهاندازی با تلاش برای بازیابی بخش اول یا بخش راهاندازی تست میکند. اگر قادر به شناسایی بخشها نباشد، BIOS به دستگاه بعدی پیش میروند. پس از موفقیتآمیز بودن خواندن بخش، برخی از BIOSها دوباره برای امضاء بخش راهاندازی به آخرین دو بایت بخشها (۵۱۲ بایت طول دارند) با نشانگر راهاندازی ۰x55 0xAA تست میکنند.
وقتی BIOS یک دستگاه قابل راهاندازی شناسایی میکند، یک فرمان به بخشهای بارگذاری شده ارسال میشود. BIOS جزئیات بخشهای راهاندازی را به جز احتمالاً تست دو بایت نهایی برای امضاء بخش راهاندازی تجزیه نمیکند. نرمافزار راهاندازی اطلاعاتی مانند بلوکهای پارامتری BIOS و جداول پارتیشن در بخشهای راهاندازی یا توسط دیگر برنامههای بارگذاری شده در طول فرآیند راهاندازی تفسیر میکند.
عملکرد BIOS را میتوان به چهار وظیفه تقسیم کرد:
- CMOS: این برنامه پیکربندی به کاربر اجازه میدهد تنظیمات سختافزار و سیستم را تغییر دهد. CMOS به حافظه غیرقابل از دسترفتن BIOS اشاره دارد.
- بارگذاری آغازین: این عملکرد بارگذاری آغازین راهاندازی سیستمعامل را پیدا میکند.
- نرمافزار/درایورها: این عملکرد درایورهای دستگاه و نرمافزار را شناسایی میکند که با سیستمعامل هماز پیش بارگذاری شدهاند.
- تست خودکار روشن شدن (POST): قبل از بارگذاری سیستمعامل، سختافزار کامپیوتر را تست میکند.
آیا BIOS بهطور کامل امن است؟
امنیت BIOS یک جنبه مغفولگذاریشده از سایبرامنیت است، اما همچنان باید کنترل شود تا از اجرای کدهای مخرب توسط هکرها روی سیستم عامل جلوگیری شود. شرکت امنیتی سیلنس در سال ۲۰۱۷ نشان داد که آسیبپذیریهای فعلی BIOS ممکن است به برنامههای رنسوموئر درون UEFI مادربرد منجر شده و ضعفهای مشابهی در BIOS کامپیوترهای شخصی را بهرهبرداری کنند.
پلاندروولت نیز یک آسیبپذیری منحصربهفرد بود که نیازمند اصلاح BIOS بود. پلاندروولت میتواند هنگام انتقال اطلاعات به حافظه، با منبع تغذیه PC مداخله کند و باعث عدم دقت و آسیبپذیریهایی بدون پوشش شود. اینتل اقدام به انتشار بروزرسانیهای مدیریت پچ BIOS کرد تا بهعنوان اقدامات مقابله با این آسیبپذیری اقدام کند.
سه روش اصلی برای محافظت از BIOS وجود دارد: استفاده از رمزها، ماژولهای سختافزاری پلتفرم اعتمادساز (TPM) و رمزنگاری کامل دیسک:
- رمزها: BIOS قبل از سیستم عامل راهاندازی میشود و کاربر مجبور است کد عبوری را قبل از شروع سیستم عامل وارد کند و سپس برای دسترسی به عملکرد کامپیوتر دومین ورودی را ارائه دهد. استفاده از دو مجموعه رمز علاوه بر امنیت نسبت به نرمافزارهای شکست رمز عادی، امنیت سایبری را افزایش میدهد.
- رمزنگاری: رمزنگاری کامل دیسک اطلاعات موجود در دستگاه ذخیرهسازی را به یک ساختار تبدیل میکند که فقط افراد یا سیستمهای مجاز میتوانند آن را خوانایی دهند. تمام اطلاعات موجود در هارد دیسک سیستم از متن ساده به متن رمزشده تبدیل میشود و همه اسناد در هارد دیسک محافظت میشوند.
- TPM: این نوع فناوری قابلیتهای مرتبط با امنیت را بر اساس سختافزار فراهم میکند. چیپ TPM یک کریپتوپراسسور ایمن است که عملیات رمزنگاری را انجام میدهد. چندین پروتکل امنیتی فیزیکی این چیپ را در برابر تداخل و نرمافزارهای غیرمجاز (مالوار) محافظت میکنند.
انواع BIOS
اصناف اصلی سیستمهای ورودی/خروجی ابتدایی (BIOS) شامل موارد زیر هستند:
۱. BIOS سنتی (نسل اول)
مادربردهای قدیمی از نرمافزار BIOS سنتی برای روشن کردن کامپیوتر استفاده میکنند. BIOS سنتی محدودیتهای اضافی دارد؛ اگرچه مشابه UEFI است، اما شیوه تعامل CPU و اجزاء را مشخص میکند. این نمیتواند دیسکهایی با ظرفیت بیشتر از ۲.۱ ترابایت را تشخیص دهد و سیستم نصب آنها منوهای متنی دارد.
۲. EFI
BIOS به مدت طولانی تنها برنامه نرمافزاری در دستهبندی خود بود، اما اینتل نقصهای آن را متوجه شد. به همین دلیل، شروع به طراحی رابط کاربری قابل گسترش (EFI) کرد. این باعث شد استانداردهای باز برای تولید نرمافزارهای جدید برای دستگاههای سختافزاری بدون نیاز به فرمت جامع و معماریگرا ایجاد شود.
انجمن EFI یکسانسازی رابط کاربری قابل گسترش (UEFI) را که از این برنامه بهوجود آمد، حفظ میکند. این یک گروه از شرکتهای فناوری است که در توسعه مشخصات نرمافزارهای کارتهای سختافزاری علاقهمند هستند. این انجمن شامل اپل، اینتل، مایکروسافت و آیبیام است.
تنها شرکت امکان مقایسه BIOS با UEFI را فراهم نمیکند. با وجود هدف مشترکی که اجرای کامپیوتر و عملکرد پل ارتباطی بین سیستمعامل و سختافزار است، آنها به صورت متفاوت کار میکنند. BIOS سیستمعامل خود را دارد، در حالی که EFI یک پایه قابل تنظیم است.
۳. UEFI
رابط کاربری قابل گسترش یک حافظه با ظرفیت ۲.۲ ترابایت یا بیشتر را با استفاده از روش Master Boot Record (MBR) بهعنوان مقابله با تکنولوژی GUID Partition Table (GPT) ارائه میدهد. با وجود اینکه کامپیوترهای اینتل از BIOS سنتی به نرمافزار UEFI در حال گذار هستند، کامپیوترهای اپل Mac هرگز از BIOS استفاده نکردهاند.
UEFI آخرین نسخه از نرمافزارهای راهاندازی دوگانه میان دو نوع است که در سال ۲۰۰۲ معرفی شد. UEFI از نظر مقیاسپذیری، سرعت، قابلیت برنامهریزی و امنیت به مراتب برتری نسبت به BIOS دارد. UEFI نیاز به یک برنامه راهاندازی جداگانه برای اجرای سیستمعامل ندارد. UEFI همچنین دارای یک رابط کاربری برتر و عملکرد بالاتر به طور کلی است.
۴. معادل BIOS کامپیوترهای اپل مک
هنگامی که مکها به پلتفرم اینتل مهاجرت کردند، آنها از رابط کاربری قابل گسترش اینتل (و در نهایت رابط کاربری قابل گسترش یکپارچه) استفاده کردند. اینتل این سیستم را به عنوان جایگزینی برای سیستم BIOS موجود ایجاد کرد.
UEFI تفاوت چشمگیری با سیستم BIOS قبلی داشت. این نه تنها پشتیبانی از دیسکهای بزرگ را داشت بلکه همچنین دارای درایورها و برنامههای متمایز داخلی فریمور، یک درایور گرافیک یکپارچه، NVRAM و قابلیت
های اجرایی بعد از نصب سیستمعامل بود که هنگامی که سیستمعامل نصب شده بود میتوان از آن استفاده کرد.
در مک، معادلی برای BIOS قبلی وجود ندارد. UEFI چندین جنبه از فرآیند راهاندازی را پیادهسازی میکند. به عنوان مثال، کاربران میتوانند کلید گزینه را هنگام روشن کردن سیستم فشار دهند تا دیسک راهاندازی UEFI را انتخاب کنند یا دستور command-R را برای فعالسازی حالت بازیابی سیستم بزنند. با این حال، امکاناتی برای تغییر ویژگیهای سختافزاری یا فرآیند بارگذاری وجود ندارد.
انواع BIOS بر اساس تولیدکنندگان
هر تولید کننده مادربرد نسخهای منحصربهفرد از BIOS را توسعه میدهد. چون مادربردهای مختلف ترتیبات سختافزاری متفاوتی دارند، BIOS باید بهصورت ویژه برای مجموعه خاصی از سختافزارها سفارشیشده باشد. زمانی که خطاهای سختافزاری رخ میدهد، BIOS پیامهای خطا را به کاربر ارسال میکند تا او را از خرابی سختافزاری مطلع کند. شرکتهای مختلف که انواع مختلف کامپیوتر را ارائه میدهند، نسخههای BIOS خود را تولید و بهروز میکنند.
IBM اولین صاحب نرمافزار BIOS بود. با این حال، شرکتهای دیگر مانند Phoenix Technologies نسخههای خود را با تحلیل معکوس نسخه اصلی IBM ایجاد کردند. با این کار، Phoenix امکان تولید نمونههای مشابه PC IBM و، بهطور مهمتر، سیستمهای غیر-IBM را که با BIOS سازگار هستند، فراهم کرد. Compaq یکی از شرکتهایی بود که این کار را انجام داد.
اکنون تولیدکنندگان مختلف مادربردها با چیپهای BIOS ساخت میکنند. نمونههایی از آنها عبارتند از Asus، Foxconn، Hewlett-Packard (HP) و Ricoh. کاربران ممکن است تصمیم بگیرند BIOS و درایورهای چیپست خود را به نسخههای جدیدتر ارتقاء دهند. ارتقاء درایورها میتواند سرعت کامپیوتر را افزایش دهد یا مشکلات امنیتی سطح BIOS که بهتازگی کشف شدهاند را برطرف کند.
اهمیت BIOS
سیستم ورودی/خروجی ابتدایی یا BIOS کامپیوتر وظایف اساسی زیر را انجام میدهد:
۱. بررسی تامین برق به سیستم
آزمون خودکار برق (POST) اولین وظیفهای است که BIOS انجام میدهد هنگامی که کامپیوتر روشن میشود. در زمان POST، BIOS تایید میکند که معماری کامپیوتر میتواند فرآیند شروع را کامل کند. اگر POST به درستی انجام شود، سیستم به طور معمول صدایی تولید میکند. با این حال، اگر تلاش ناموفق باشد، کامپیوتر معمولاً یک دنباله از صداها تولید میکند. اعداد، فرکانس و ترتیب این صداها میتواند مورد استفاده قرار بگیرد تا دلیل عدم موفقیت آزمون مشخص شود.
۲. کمک به کامپیوتر برای یافتن نرمافزار و تکمیل فرآیند راهاندازی
نرمافزار BIOS معمولاً در حافظه فقطخواندنی (ROM) یا چیپ حافظه فلش متصل به مادربرد کامپیوتر شما وجود دارد. BIOS اولین برنامه است که هنگام روشن شدن کامپیوتر کنترل سیستم را به دست میگیرد؛ بنابراین موقعیت آن در چیپ بسیار حائز اهمیت است. اگر BIOS همیشه در یک موقعیت ثابت در داخل همان چیپ قرار نگیرد، پردازنده میکروکامپیوتر قادر به شناسایی آن نخواهد بود که باعث میشود فرآیند راهاندازی اتفاق نیفتد.
۳. حفاظت از سیستم در برابر تهدیدات امنیتی
معمولاً برای دلیل خاصی یک برنامه امنیتی BIOS منتشر میشود. آسیبپذیریهای امنیتی کشف میشود و بهروزرسانیها آنها را برطرف میکند. برخی از لپتاپهای لنوو دریافتند بهروزرسانی BIOS که چندین باگ امنیتی را که یک حملهکننده ممکن است از آن بهرهبرداری کند برطرف کرد. بیشتر بهروزرسانیهای امنیتی کوچک هستند و احتمالاً کامپیوتر شما را تخریب نمیکنند. با این حال، بهبود امنیت کامپیوتر خود هرگز ایدهی بدی نیست.
۴. کمک به حل مشکلات عملکرد عمیق
در برخی از مادربردها، اغلب باگها و اشکالات دیگر در سطح BIOS کشف و حل میشوند. در واقع، ما بهندرت با BIOS خود تعامل داریم، اما اگر این کار را کنیم احتمالاً آن را توجه نخواهیم کرد. به صورت جایگزین، مشکلات BIOS ممکن است با روشهای مختلفی ظاهر شوند. اگر با شرایط ناخوشایندی در کامپیوتر خود روبرو شدهاید که از طریق چندین بهروزرسان
ی ادامه داشته است (علیرغم اینکه دهها بار آنها را وارد کردهاید) و هنوز هم حل نشدهاند، شاید بخواهید بررسی کنید که آیا مشکل BIOS است و آیا بهروزرسانیای برای برطرف کردن آن وجود دارد.
۵. بررسی و بارگذاری سیستمعامل کارآمد روی کامپیوتر
پس از آن، BIOS تلاش میکند سیستمعامل را از طریق یک نرمافزار به نام بوتاسترپ لودر نصب کند که برای شناسایی هر سیستمعامل قابل دسترس طراحی شدهاست؛ اگر سیستمعامل خوب شناسایی شود، در حافظه قرار میگیرد. همچنین، در این زمان درایورهای BIOS نصب میشوند. این برنامهها برای ارائه کنترل اولیه سختافزارها، از جمله موس، کیبورد، تجهیزات شبکه و دستگاههای ذخیرهسازی، طراحی شدهاند.
۶. امکان ایجاد گذرواژه برای محافظت از فرآیند راهاندازی
بیشتر نسخههای نرمافزار BIOS به کاربران اجازه میدهند تا با رمزعبور روشن شدن را از طریق گذرواژهها محافظت کنند که باید قبل از هر عملیات BIOS وارد شوند. از آنجا که BIOS تقریباً تمام وظایف خود را در هنگام راهاندازی انجام میدهد، در واقع با گذرواژه سایر عملکردهای کامپیوتر را محافظت میکند. با این حال، بازیابی گذرواژهی BIOS فراموش شده ممکن است وقتگیر باشد و نیاز به دستکاری برخی از حساسترین اجزای کامپیوتر دارد.
۷. امکان بهبود نتایج IT به مقیاس
همانطور که تعداد زیادی از دستگاههای سختافزاری با کارایی بالا که قابلیتهای سرویسهای ابری، هوش مصنوعی (AI) و فناوریهای رمزنگاری را فراهم میکنند در مراکز داده افزایش مییابد، عملکرد Peripheral Component Interconnect Express (PCIe) ممکن است برای مجموعه کلیدی از سیستمها به مانع برخورد. تغییرات BIOS میتواند شامل تنظیمهای تجزیه PCIe و تنظیمات تسویه حالت (emphasis/de-emphasis) باشد تا سلامت سیگنال بهبود یابد و خطاهای اتصال کاهش یابد. علاوه بر این، زمانی که اندازههای اتصال PCIe افزایش مییابند، میتوانید BIOS را بهروزرسانی کنید تا با ظرفیت گستردهتر اتصال PCIe هماهنگ شود.
نتجیه گیری
نرمافزار BIOS یا سیستم ورودی/خروجی ابتدایی کامپیوتر یکی از اجزای حیاتی انتها نقطه است. این نرمافزار تقریباً تمام عملکردهای دیگر را آغاز میکند و مشکلات پیکربندی BIOS میتوانند برای عملکرد غیر قابل تحمل باشند. به همین دلیل اهمیت مفهوم و BIOS را در پشتیبانی از انتها نقطه ها باید درک کنید. همانطور که تنظیمات دستگاه شما تغییر میکند، BIOSی خوب (و کاربران آگاه از نقش آن) بهبود بهترین سختافزارهای شرکت شما را تضمین میکند.