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5. Il BIOS e il processo di boot

Prima che un PC venga alimentato, la memoria volatile del PC non contiene istruzioni da eseguire. Infatti, quando si alimenta un PC, questo si comporta sempre come se fosse acceso per la prima volta. Sebbene sia facile pensare al computer come un oggetto in grado di gestirsi in modo autonomo, un PC è solo un dispositivo elettrico che deve essere istruito ogni volta. Questo è vero in particolare all'avvio, quando si accende un PC.

Il BIOS (Basic Input/Output System) di un computer segue tutte le funzioni indispensabili per attivare il PC. Contiene la prima istruzione che il computer eseguirà, ulteriori informazioni per verificare che l'hardware sia connesso e disponibile per il funzionamento e altre routine di gestione del computer.

Il BIOS fornisce inoltre l'interfaccia che connette la CPU ai dispositivi di input e output del PC e solleva quest'ultimo dal dover conoscere come dispositivi hardware sono connessi al computer. Quando si aggiunge nuovo hardware al computer, il BIOS elimina la necessità di aggiornare tutti i moduli software nel computer circa la disposizione hardware e dei driver. È sufficiente aggiornare la configurazione dopo aver aggiunto un nuovo dispositivo al PC; il processo è gestito direttamente dal BIOS che, provvede al controllo delle necessità della CPU, dei dispositivi hardware e del software del computer.

Introduzione al BIOS

Il BIOS (Basic Input/Output System) del PC supporta tre funzioni essenziali per il funzionamento del PC.

• Avvio del computer;

• Validazione della configurazione del PC;

• Interfaccia tra l'hardware del PC e il software.

Utility e programmi del BIOS

Oltre ad avviare il PC, il BIOS contiene anche programmi usati dal sistema operativo e software applicativo per interagire con l'hardware, sia interno che esterno. Attualmente, i sistemi operativi includono i driver dei dispositivi e utility integrate per migliorare le prestazioni, mentre la maggior parte dei BIOS contiene software per l'accesso, la lettura la scrittura e il trasferimento dei dati tra i dispositivi hardware.

Produttori di BIOS

Award, AMI (America Megatrends, Inc.) e Phoenix producono i BIOS più noti. Come la maggior parte dei produttori, forniscono le ROM del BIOS in licenza d'uso alle case costruttrici di schede madri, mentre il servizio di supporto del BIOS compete generalmente a produttori delle schede. In passato AMI era l'unico BIOS per Intel, il principale produttore di processori e schede madri. Attualmente, oltre l'60% delle schede madri sono Intel e adottano il BIOS Phoenix. Nel 1998 Phoenix ha acquistato Award e, pertanto, il BIOS Award viene distribuito con marchio Phoenix.

Avvio del computer

Il processo di boot consente l'avvio del PC tutte le volte che quest'ultimo viene alimentato. Il PC è un dispositivo che, quando riceve corrente, si attiva, verifica la propria configurazione hardware, esegue alcuni test funzionali e quindi carica il sistema operativo in memoria per l'esecuzione da parte della CPU. È un processo quasi magico.

Il BIOS controlla il processo di boot e contiene le istruzioni necessarie per verificare, testare e attivare il PC. Nella fase di avvio, è sempre in azione "dietro le quinte" e gestisce le operazioni che si compiono. L'hardware del PC non può eseguire azioni indipendenti e deve quindi essere programmato per svolgere qualsiasi attività con blocchi d'istruzioni che guidano l'hardware per l'esecuzione di attività specifiche.

La sequenza di boot del sistema

L'azione più importante del BIOS è l'avvio del PC. Il processo è una sequenza piuttosto complessa di operazioni che verificano la configurazione del sistema, l'hardware e caricano poi il software. I passaggi inclusi in una determinata sequenza di boot del BIOS possono variare in base al produttore; l'elenco che segue descrive quelli normalmente eseguiti durante il boot del sistema.

1. Quando si attiva l'interruttore del PC, si inizializza l'alimentatore interno. L'alimentatore non fornisce immediatamente l'alimentazione al PC. Non appena in grado di inviare corrente affidabile alla scheda madre, trasmette un segnale di "alimentazione affidabile" al suo chipset, che invia al sistema un comando di reset del processore. A questo punto, esternamente, il PC appare ancora come se non fosse alimentato.

2. Il comando reset di sistema inviato dal chipset della scheda madre richiede alla CPU di leggere la prima istruzione dalla posizione denominata indirizzo di jump, posta sempre in una locazione fissa prestabilita, di solito all'indirizzo FFFF0h di memoria, e che contiene l'indirizzo fisico del programma di boot del BIOS presente nella ROM del BIOS.

3. La CPU esegue la prima istruzione, che copia in memoria i programmi del BIOS e inizia l'esecuzione del BIOS.

4. Il BIOS esegue poi il processo POST (Power-On Self-Test); si veda "il processo POST". Il processo POST verifica e controlla la configurazione hardware memorizzata nelle informazioni di configurazione del BIOS. Nel caso in cui dovesse rilevare un problema invia indicazioni acustiche per mezzo di uno o più beep o beep code, attraverso l'altoparlante del sistema, per indicare la natura del problema o visualizzare un messaggio d'errore e il processo di boot si arresta.

5. Se il POST non incontra problemi, il processo di boot continua. A questo punto, il BIOS del sistema (che effettua il caricamento del PC) cerca il BIOS dell'adattatore video e lo attiva. Quasi tutti i dispositivi periferici di un PC dispongono di un proprio BIOS. Le informazioni sulla scheda video sono visualizzate sullo schermo del monitor.

6. Le informazioni della scheda video sono poi eseguite da dettagli del BIOS del sistema, come produttore e versione del BIOS.

7. Vengono inizializzate la routine del BIOS delle periferiche. Il BIOS della scheda video attiva il display, seguono poi informazioni relative a quello di sistema mentre quello degli altri BIOS sono visualizzate quando essi vengono avviati.

8. Il BIOS effettua poi una serie di test nel sistema, inclusa la dimensione della memoria rilevata. Un contatore progressivo visualizza nello schermo la memoria rilevata e verificata. Poiché è ora disponibile il monitor come periferica di output, il BIOS può quindi visualizzare i messaggi di errore relativi agli eventuali problemi rilevati senza impiegare i codici acustici di segnalazione, come accadeva prima che fosse disponibile il display.

9. Caricati i BIOS delle periferiche, quello di sistema verifica che i dispositivi elencati nei dati di configurazione CMOS (Complementary Metal-Oxide Semiconductor), siano presenti e funzionanti e siano corretti anche gli altri parametri quali velocità, modalità di accesso e così via. In questa sequenza, le porte seriali e parallele sono assegnate alle relative unità logiche (COM1, COM2, LPT1, ecc.). Dopo che ciascun dispositivo è stato esaminato, viene visualizzato un messaggio che comunica che il dispositivo è stato trovato, configurato e verificato.

10. Se il BIOS supporta la tecnologia PnP (Plug and Play), qualsiasi dispositivo PnP rilevato sarà configurato. Vengono visualizzate sullo schermo tutte le informazioni dei dispositivi, tuttavia scorrono in modo troppo veloce per poter essere lette.

11. Alla fine della sequenza di test e configurazione, il BIOS visualizzerà una schermata che riassume i dettagli del PC verificati dal BIOS, per indicare che il sistema è pronto per l'uso. Manca solo un passaggio.

12. Il BIOS dovrà trovare il sistema operativo ed essere in grado di accedervi, per poterlo attivare. I dati di configurazione memorizzati nel CMOS contengono un parametro che indica le unità disco (floppy, hard disk o CD-ROM) e l'ordine di accesso per il caricamento del sistema operativo. Nella maggior parte dei casi, i parametri di boot saranno impostati per la ricerca del sistema operativo nella prima unità a dischetti, quindi nel disco rigido e, infine nell'unità CD-ROM. Tale sequenza può essere modificata secondo le esigenze dell'utente. Se il primo dispositivo di avvio è il disco rigido, il BIOS esaminerà l'MBR (Master Boot Record) per l'avvio del sistema operativo. Se il disco di avvio è un floppy, il BIOS ne esaminerà il primo settore alla ricerca del programma di boot del sistema operativo (OS). Se il programma di boot non viene trovato nel primo dispositivo elencato, verrà ricercato nel dispositivo successivo e così via; se non si trova alcun dispositivo di boot la relativa sequenza si arresta e viene visualizzato un messaggio di errore: "Non è disponibile alcun dispositivo di boot".

Il PC dovrebbe essere ora operativo, in esecuzione e pronto per l'uso.

Quando si avvia un PC, si consiglia di osservare con attenzione la sequenza dei passaggi precedentemente descritta per comprendere come si svolge il processo di boot.

Avvio a freddo e a caldo

La sequenza di boot usata quando un PC spento viene acceso è chiamata avvio a freddo (cold boot). Si verifica quando il computer è avviato da uno stato freddo (o completamente spento). Un avvio a caldo (warm boot) si effettua invece, quando il PC è già acceso, premendo la combinazione dei tasti Ctrl-Alt-Del o il pulsante di reset. Un coul boot provoca un boot completo e il processo POST. Quest'ultimo però non viene eseguito dopo un warm boot.

Il processo POST

Dopo che i programmi di BIOS sono stati caricati in memoria, inizia il processo di POST (Power-On Selt-Test), che verifica i componenti del sistema e il corretto funzionamento dell'hardware specificato nella configurazione del sistema (CMOS). Il processo POST precede l'avvio del BIOS. Il processo POST è veloce e non si avverte, se non, si presentano problemi. Se il processo POST rileva anomalie, lo segnalerà con segnali acustici (beep emessi dall'autoparlante del sistema). Durante l'esecuzione del POST non sono disponibili mezzi diversi per segnalare i problemi poiché le funzioni hardware di I/O non sono state caricate. L'altoparlante di sistema che è un'estensione della scheda madre, è l'unico strumento di cui il POST dispone per segnalare ciò che non funziona, dal momento che il display e la stampante non sono ancora accessibili. I beep code sono simili a un codice Morse del processo POST. Lo schema e il significato della combinazione di beep brevi e lunghi è univoco per ogni produttore di BIOS. Tuttavia, quasi tutti i problemi in POST sono fatali, poiché il processo si limita a verificare i componenti essenziali.

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