En informática , BIOS ( / ˈb· aɪ · ɒ ·s , -oʊ · s / , BY -oss, -ohss ; Basic Input/Output System , también conocido como BIOS del sistema , ROM BIOS , ROM BIOS o PC BIOS ) es un firmware utilizado para proporcionar servicios de tiempo de ejecución para sistemas operativos y programas y para realizar la inicialización del hardware durante el proceso de arranque (inicio de encendido). [1] El firmware BIOS viene preinstalado en la placa base de un IBM PC o compatible con IBM PC y existe en algunos sistemas basados en UEFI para mantener la compatibilidad con sistemas operativos que no admiten el funcionamiento nativo de UEFI. [2] [3] El nombre se origina del Basic Input/Output System utilizado en el sistema operativo CP/M en 1975. [4] [5] El BIOS originalmente propiedad del IBM PC ha sido sometido a ingeniería inversa por algunas empresas (como Phoenix Technologies ) que buscan crear sistemas compatibles. La interfaz de ese sistema original sirve como un estándar de facto .
El BIOS en las PC más antiguas inicializa y prueba los componentes de hardware del sistema ( prueba automática de encendido o POST para abreviar) y carga un cargador de arranque desde un dispositivo de almacenamiento masivo que luego inicializa un núcleo . En la era de DOS , el BIOS proporcionó llamadas de interrupción del BIOS para el teclado, la pantalla, el almacenamiento y otros dispositivos de entrada/salida (E/S) que estandarizaron una interfaz para los programas de aplicación y el sistema operativo. Los sistemas operativos más recientes no utilizan las llamadas de interrupción del BIOS después del inicio. [6]
La mayoría de las implementaciones de BIOS están diseñadas específicamente para funcionar con un modelo de computadora o placa base en particular , al interactuar con varios dispositivos, especialmente el chipset del sistema . Originalmente, el firmware de BIOS se almacenaba en un chip ROM en la placa base de la PC. En los sistemas informáticos posteriores, el contenido de la BIOS se almacena en la memoria flash para que pueda reescribirse sin quitar el chip de la placa base. Esto permite que el usuario final actualice fácilmente el firmware de la BIOS para que se puedan agregar nuevas funciones o se puedan corregir errores, pero también crea la posibilidad de que la computadora se infecte con rootkits de BIOS . Además, una actualización de BIOS que falla podría bloquear la placa base.
La última versión de Microsoft Windows que admite oficialmente su ejecución en PC que usan firmware BIOS heredado es Windows 10 , ya que Windows 11 requiere un sistema compatible con UEFI (a excepción de las ediciones IoT Enterprise de Windows 11 desde la versión 24H2 [7] ).
La interfaz de firmware extensible unificada (UEFI) es un sucesor del BIOS de PC heredado, cuyo objetivo es abordar sus limitaciones técnicas. [8] Desde 2020, todas las PC para plataformas Intel ya no son compatibles con el BIOS heredado. [9]
/* CP / MBASICI / SISTEMA OS (BIOS) DERECHOS DE AUTOR (C) GARY A. KILDALL JUNIO DE 1975 */[…]/* SISTEMA OPERATIVO DE DISCO BÁSICO (BDOS) DERECHOS DE AUTOR (C) GARY A. KILDALL JUNIO DE 1975 */— Un extracto del encabezado del archivo BDOS.PLM en el código fuente PL/M de CP/M 1.1 o 1.2 para Lawrence Livermore Laboratories (LLL) [4]
El término BIOS (Basic Input/Output System) fue creado por Gary Kildall [10] [11] y apareció por primera vez en el sistema operativo CP/M en 1975, [4] [5] [11] [12] [13] [14] describiendo la parte específica de la máquina de CP/M cargada durante el tiempo de arranque que interactúa directamente con el hardware . [5] (Una máquina CP/M normalmente solo tiene un cargador de arranque simple en su ROM).
Las versiones de MS-DOS , PC DOS o DR-DOS contienen un archivo denominado de diversas formas: " IO.SYS ", " IBMBIO.COM ", "IBMBIO.SYS" o "DRBIOS.SYS"; este archivo se conoce como "DOS BIOS" (también conocido como "DOS I/O System") y contiene la parte de nivel inferior específica del hardware del sistema operativo. Junto con el "System BIOS" subyacente específico del hardware pero independiente del sistema operativo, que reside en la ROM , representa el análogo del " CP/M BIOS ".
El BIOS originalmente propiedad del IBM PC ha sido modificado mediante ingeniería inversa por algunas empresas (como Phoenix Technologies ) que buscan crear sistemas compatibles.
Con la introducción de las máquinas PS/2, IBM dividió el BIOS del sistema en partes de modo real y modo protegido. La parte de modo real tenía como objetivo proporcionar compatibilidad con sistemas operativos existentes como DOS, y por lo tanto se denominó "CBIOS" (por "BIOS de compatibilidad"), mientras que "ABIOS" (por "BIOS avanzado") proporcionaba nuevas interfaces específicamente adaptadas a sistemas operativos multitarea como OS/2 . [15]
El BIOS de los IBM PC y XT originales no tenía interfaz de usuario interactiva. Se mostraban códigos o mensajes de error en la pantalla, o se generaban series de sonidos codificados para señalar errores cuando la prueba automática de encendido (POST) no había avanzado hasta el punto de inicializar con éxito un adaptador de pantalla de video. Las opciones en los IBM PC y XT se configuraban mediante interruptores y puentes en la placa principal y en las tarjetas de expansión . A partir de mediados de la década de 1990, se volvió típico que la ROM del BIOS incluyera una "utilidad de configuración del BIOS" (BCU [16] ) o "utilidad de configuración del BIOS", a la que se accedía al encender el sistema mediante una secuencia de teclas particular. Este programa permitía al usuario configurar las opciones de configuración del sistema, del tipo que antes se configuraba mediante interruptores DIP , a través de un sistema de menú interactivo controlado a través del teclado. En el período intermedio, las PC compatibles con IBM (incluida la IBM AT ) guardaban los valores de configuración en una memoria RAM respaldada por batería y utilizaban un programa de configuración de arranque en un disquete, no en la ROM, para establecer las opciones de configuración contenidas en esta memoria. El disquete se suministraba con la computadora y, si se perdía, no era posible cambiar los valores del sistema. Lo mismo se aplicaba en general a las computadoras con un bus EISA , para las cuales el programa de configuración se denominaba Utilidad de configuración EISA (ECU).
Una computadora moderna compatible con Wintel ofrece una rutina de configuración que no ha cambiado mucho con respecto a las utilidades de configuración de BIOS residentes en la ROM de fines de los años 90; el usuario puede configurar las opciones de hardware mediante el teclado y la pantalla de video. La máquina Wintel moderna puede almacenar los ajustes de configuración de BIOS en una ROM flash, quizás la misma ROM flash que contiene la BIOS misma.
Las tarjetas periféricas, como los adaptadores de bus de host de unidad de disco duro y las tarjetas de vídeo, tienen su propio firmware, y el código de ROM opcional de extensión de BIOS puede ser parte del firmware de la tarjeta de expansión; ese código proporciona capacidades adicionales en el BIOS. El código en las ROM opcionales se ejecuta antes de que el BIOS arranque el sistema operativo desde el almacenamiento masivo . Estas ROM normalmente prueban e inicializan el hardware, añaden nuevos servicios de BIOS o sustituyen los servicios de BIOS existentes por sus propios servicios. Por ejemplo, un controlador SCSI suele tener una ROM de extensión de BIOS que añade compatibilidad con discos duros conectados a través de ese controlador. Una ROM de extensión podría, en principio, contener el sistema operativo, o podría implementar un proceso de arranque totalmente diferente, como el arranque en red . El funcionamiento de un sistema informático compatible con IBM se puede cambiar por completo quitando o insertando una tarjeta adaptadora (o un chip de ROM) que contenga una ROM de extensión de BIOS.
El BIOS de la placa base normalmente contiene código para inicializar y arrancar la pantalla integrada y el almacenamiento integrado. El proceso de inicialización puede implicar la ejecución de código relacionado con el dispositivo que se está inicializando, para localizar el dispositivo, verificar el tipo de dispositivo, luego establecer registros base, configurar punteros , establecer tablas de vectores de interrupción, [17] seleccionar modos de paginación que son formas de organizar registros disponibles en dispositivos, configurar valores predeterminados para acceder a rutinas de software relacionadas con interrupciones , [18] y configurar la configuración del dispositivo utilizando valores predeterminados. [19] Además, las tarjetas adaptadoras enchufables como SCSI , RAID , tarjetas de interfaz de red y tarjetas de video a menudo incluyen su propio BIOS (por ejemplo, BIOS de video ), que complementa o reemplaza el código BIOS del sistema para el componente dado. Incluso los dispositivos integrados en la placa base pueden comportarse de esta manera; sus ROM opcionales pueden ser parte del BIOS de la placa base.
Una tarjeta adicional requiere una ROM opcional si la tarjeta no es compatible con el BIOS de la placa base y la tarjeta necesita ser inicializada o hecha accesible a través de los servicios del BIOS antes de que se pueda cargar el sistema operativo (normalmente esto significa que es necesaria en el proceso de arranque). Una ventaja adicional de la ROM en algunos de los primeros sistemas de PC (entre ellos, el IBM PCjr, en particular) era que la ROM era más rápida que la RAM del sistema principal. (En los sistemas modernos, el caso es muy inverso y el código de la ROM del BIOS normalmente se copia ("se copia") en la RAM para que se ejecute más rápido).
Las ROM opcionales normalmente residen en tarjetas adaptadoras. Sin embargo, el PC original, y quizás también el PC XT, tienen un zócalo de ROM adicional en la placa base (la "placa del sistema" en términos de IBM) en el que se puede insertar una ROM opcional, y las cuatro ROM que contienen el intérprete BASIC también se pueden quitar y reemplazar con ROM personalizadas que pueden ser ROM opcionales. El IBM PCjr es único entre los PC al tener dos ranuras para cartuchos ROM en el frente. Los cartuchos en estas ranuras se asignan a la misma región del área de memoria superior utilizada para ROM opcionales, y los cartuchos pueden contener módulos ROM opcionales que el BIOS reconocería. Los cartuchos también pueden contener otros tipos de módulos ROM, como programas BASIC, que se manejan de manera diferente. Un cartucho PCjr puede contener varios módulos ROM de diferentes tipos, posiblemente almacenados juntos en un chip ROM.
Los procesadores 8086 y 8088 comienzan en la dirección física FFFF0h. [20] El 80286 comienza en la dirección física FFFFF0h. [21] Los procesadores 80386 y x86 posteriores comienzan en la dirección física FFFFFFF0h. [22] [23] [24] Cuando se inicializa el sistema, la primera instrucción del BIOS aparece en esa dirección.
Si el sistema acaba de encenderse o se presionó el botón de reinicio (" arranque en frío "), se ejecuta la prueba automática de encendido (POST) completa. Si se presionó Ctrl+Alt+Supr (" arranque en caliente "), un valor de indicador especial almacenado en la memoria no volátil del BIOS (" CMOS ") probado por el BIOS permite omitir la prolongada prueba automática de encendido (POST) y la detección de memoria.
El POST identifica, prueba e inicializa dispositivos del sistema como la CPU , el chipset , la RAM , la placa base , la tarjeta de video , el teclado , el mouse , la unidad de disco duro , la unidad de disco óptico y otro hardware , incluidos los periféricos integrados .
Las primeras IBM PC tenían una rutina en el POST que descargaba un programa en la RAM a través del puerto del teclado y lo ejecutaba. [25] [26] Esta característica estaba pensada para pruebas de fábrica o fines de diagnóstico.
Después de que el BIOS de la placa base completa su POST, la mayoría de las versiones del BIOS buscan módulos de ROM opcionales, también llamados ROM de extensión del BIOS, y los ejecutan. El BIOS de la placa base escanea en busca de ROM de extensión en una parte del " área de memoria superior " (la parte del espacio de direcciones de modo real x86 en la dirección 0xA0000 y superior) y ejecuta cada ROM que encuentra, en orden. Para descubrir ROM de opción asignadas a memoria, una implementación del BIOS escanea el espacio de direcciones de modo real desde 0x0C0000hasta los límites 0x0F0000de 2 KB (2048 bytes), buscando una firma de ROM de dos bytes: 0x55 seguido de 0xAA. En una ROM de expansión válida, esta firma va seguida de un solo byte que indica la cantidad de bloques de 512 bytes que ocupa la ROM de expansión en la memoria real, y el siguiente byte es el punto de entrada de la ROM de opción (también conocido como su "desplazamiento de entrada"). Si la ROM tiene una suma de comprobación válida, el BIOS transfiere el control a la dirección de entrada, que en una ROM de extensión del BIOS normal debería ser el comienzo de la rutina de inicialización de la extensión.
En este punto, el código de la ROM de extensión toma el control, generalmente probando e inicializando el hardware que controla y registrando vectores de interrupción para que los usen las aplicaciones posteriores al arranque. Puede usar servicios del BIOS (incluidos los que brindan las ROM de opción inicializadas previamente) para proporcionar una interfaz de configuración de usuario, mostrar información de diagnóstico o hacer cualquier otra cosa que necesite.
Normalmente, una ROM opcional debería volver al BIOS después de completar su proceso de inicialización. Una vez que una ROM opcional vuelve (si es que lo hace), el BIOS continúa buscando más ROM opcionales y las llama a medida que las encuentra hasta que se haya escaneado toda el área de ROM opcional en el espacio de memoria. Es posible que una ROM opcional no vuelva al BIOS, lo que evitaría por completo la secuencia de arranque del BIOS.
Una vez finalizada la POST y, en un BIOS que admita ROM opcionales, una vez finalizado el análisis de ROM opcionales y se hayan llamado todos los módulos de ROM detectados con sumas de comprobación válidas , el BIOS llama a la interrupción 19h para iniciar el procesamiento de arranque. Después del arranque, los programas cargados también pueden llamar a la interrupción 19h para reiniciar el sistema, pero deben tener cuidado de desactivar las interrupciones y otros procesos de hardware asincrónicos que puedan interferir con el proceso de reinicio del BIOS, o de lo contrario el sistema puede bloquearse o bloquearse mientras se reinicia.
Cuando se llama a la interrupción 19h, el BIOS intenta localizar el software del cargador de arranque en un "dispositivo de arranque", como un disco duro , un disquete , un CD o un DVD . Carga y ejecuta el primer software de arranque que encuentra, lo que le otorga el control de la PC. [27]
El BIOS utiliza los dispositivos de arranque configurados en la memoria no volátil del BIOS ( CMOS ) o, en las primeras PC, interruptores DIP . El BIOS comprueba cada dispositivo para ver si es arrancable intentando cargar el primer sector ( sector de arranque ). Si no se puede leer el sector, el BIOS procede al siguiente dispositivo. Si el sector se lee correctamente, algunos BIOS también comprobarán la firma del sector de arranque 0x55 0xAA en los dos últimos bytes del sector (que tiene una longitud de 512 bytes), antes de aceptar un sector de arranque y considerar que el dispositivo es arrancable. [b]
Cuando se encuentra un dispositivo de arranque, el BIOS transfiere el control al sector cargado. El BIOS no interpreta el contenido del sector de arranque, salvo para comprobar la firma del sector de arranque en los dos últimos bytes. La interpretación de las estructuras de datos, como las tablas de particiones y los bloques de parámetros del BIOS, la realiza el programa de arranque en el propio sector de arranque o mediante otros programas cargados a través del proceso de arranque.
Un dispositivo que no es un disco, como un adaptador de red, intenta arrancar mediante un procedimiento definido por su ROM opcional o el equivalente integrado en la ROM BIOS de la placa base. Por lo tanto, las ROM opcionales también pueden influir o reemplazar el proceso de arranque definido por la ROM BIOS de la placa base.
Con el estándar de arranque de medios ópticos El Torito , la unidad óptica emula en realidad un disquete de alta densidad de 3,5" en el BIOS para fines de arranque. Leer el "primer sector" de un CD-ROM o DVD-ROM no es una operación definida de manera sencilla como lo es en un disquete o un disco duro. Además, la complejidad del medio dificulta la escritura de un programa de arranque útil en un sector. El disquete virtual de arranque puede contener software que proporcione acceso al medio óptico en su formato nativo.
Si una ROM de expansión desea cambiar la forma en que arranca el sistema (por ejemplo, desde un dispositivo de red o un adaptador SCSI) de forma cooperativa, puede utilizar la API de la Especificación de Arranque del BIOS (BBS) para registrar su capacidad para hacerlo. Una vez que las ROM de expansión se han registrado utilizando las API de BBS, el usuario puede seleccionar entre las opciones de arranque disponibles desde la interfaz de usuario del BIOS. Por este motivo, la mayoría de las implementaciones de BIOS para PC compatibles con BBS no permiten al usuario entrar en la interfaz de usuario del BIOS hasta que las ROM de expansión hayan terminado de ejecutarse y registrarse con la API de BBS. [ cita requerida ]
Además, si una ROM de expansión desea cambiar la forma en que el sistema arranca unilateralmente, puede simplemente enganchar la interrupción 19h u otras interrupciones normalmente llamadas desde la interrupción 19h, como la interrupción 13h, el servicio de disco de la BIOS, para interceptar el proceso de arranque de la BIOS. Luego puede reemplazar el proceso de arranque de la BIOS con uno propio, o simplemente puede modificar la secuencia de arranque insertando sus propias acciones de arranque en ella, evitando que la BIOS detecte ciertos dispositivos como arrancables, o ambas cosas. Antes de que se promulgara la Especificación de Arranque de la BIOS, esta era la única forma en que las ROM de expansión podían implementar la capacidad de arranque para dispositivos que no eran compatibles con el arranque por la BIOS nativa de la placa base. [ cita requerida ]
El usuario puede seleccionar la prioridad de arranque implementada por el BIOS. Por ejemplo, la mayoría de las computadoras tienen un disco duro que es arrancable, pero a veces hay una unidad de medios extraíbles que tiene una prioridad de arranque más alta, por lo que el usuario puede hacer que se arranque un disco extraíble.
En la mayoría de los BIOS modernos, el usuario puede configurar el orden de prioridad de arranque. En los BIOS más antiguos, se pueden seleccionar opciones de prioridad de arranque limitadas; en los primeros BIOS, se implementó un esquema de prioridad fijo, con las unidades de disquete primero, los discos fijos (es decir, los discos duros) en segundo lugar y, por lo general, no se admitían otros dispositivos de arranque, sujetos a la modificación de estas reglas por parte de las ROM opcionales instaladas. El BIOS de una PC antigua también solía arrancar solo desde la primera unidad de disquete o la primera unidad de disco duro, incluso si había dos unidades instaladas.
En la IBM PC y la XT originales, si no se encontraba ningún disco de arranque, la BIOS intentaba iniciar ROM BASIC con la llamada de interrupción a la interrupción 18h . Como pocos programas usaban BASIC en ROM, los fabricantes de PC clónicos lo omitieron; entonces, una computadora que no pudiera arrancar desde un disco mostraría "No ROM BASIC" y se detendría (en respuesta a la interrupción 18h).
Las computadoras posteriores mostraban un mensaje como "No se encontró ningún disco de arranque"; algunas solicitaban que se insertara un disco y se presionara una tecla para volver a intentar el proceso de arranque. Un BIOS moderno puede no mostrar nada o puede ingresar automáticamente a la utilidad de configuración del BIOS cuando falla el proceso de arranque.
El entorno para el programa de arranque es muy simple: la CPU está en modo real y los registros de propósito general y de segmento no están definidos, excepto SS, SP, CS y DL. CS:IP siempre apunta a la dirección física 0x07C00. Los valores que CS e IP tienen realmente no están bien definidos. Algunas BIOS utilizan una CS:IP de 0x0000:0x7C00mientras que otras pueden utilizar 0x07C0:0x0000. [28] Debido a que los programas de arranque siempre se cargan en esta dirección fija, no hay necesidad de que un programa de arranque sea reubicable. DL puede contener el número de unidad, como se usa con la interrupción 13h , del dispositivo de arranque. SS:SP apunta a una pila válida que presumiblemente es lo suficientemente grande como para soportar interrupciones de hardware, pero de lo contrario SS y SP no están definidos. (Una pila debe estar ya configurada para que se puedan atender las interrupciones, y las interrupciones deben estar habilitadas para que la interrupción del temporizador del sistema, que el BIOS siempre utiliza al menos para mantener el recuento de la hora del día y que inicializa durante la POST, esté activa y para que el teclado funcione. El teclado funciona incluso si no se llama al servicio de teclado del BIOS; las pulsaciones de teclas se reciben y se colocan en el búfer de escritura anticipada de 15 caracteres mantenido por el BIOS). El programa de arranque debe configurar su propia pila, porque el tamaño de la pila configurada por el BIOS es desconocido y su ubicación también es variable; aunque el programa de arranque puede investigar la pila predeterminada examinando SS:SP, es más fácil y más corto simplemente configurar incondicionalmente una nueva pila. [29]
En el momento del arranque, todos los servicios del BIOS están disponibles y la memoria que se encuentra debajo de la dirección 0x00400contiene la tabla de vectores de interrupción . La POST del BIOS ha inicializado los temporizadores del sistema, los controladores de interrupción, los controladores DMA y otro hardware de la placa base/chipset según sea necesario para que todos los servicios del BIOS estén listos. La actualización de la DRAM para toda la DRAM del sistema en la memoria convencional y la memoria extendida, pero no necesariamente en la memoria expandida, se ha configurado y está en ejecución. Los vectores de interrupción correspondientes a las interrupciones del BIOS se han configurado para que apunten a los puntos de entrada apropiados en el BIOS, los vectores de interrupción de hardware para los dispositivos inicializados por el BIOS se han configurado para que apunten a los ISR proporcionados por el BIOS y algunas otras interrupciones, incluidas las que genera el BIOS para que los programas las conecten, se han configurado para un ISR ficticio predeterminado que regresa inmediatamente. El BIOS mantiene un bloque reservado de RAM del sistema en direcciones 0x00400–0x004FFcon varios parámetros inicializados durante la POST. El programa de arranque puede utilizar toda la memoria en la dirección y por encima de ella 0x00500; incluso puede sobrescribirse a sí mismo. [30] [31]
La ROM del BIOS está personalizada para el hardware del fabricante en particular, lo que permite que se proporcionen servicios de bajo nivel (como leer una pulsación de tecla o escribir un sector de datos en un disquete) de manera estandarizada a los programas, incluidos los sistemas operativos. Por ejemplo, una IBM PC puede tener un adaptador de pantalla monocromático o a color (que utiliza diferentes direcciones de memoria de pantalla y hardware), pero se puede invocar una única llamada estándar del sistema BIOS para mostrar un carácter en una posición específica de la pantalla en modo de texto o en modo gráfico .
El BIOS proporciona una pequeña biblioteca de funciones básicas de entrada/salida para operar periféricos (como el teclado, funciones rudimentarias de visualización de texto y gráficos, etc.). Al utilizar MS-DOS, se puede acceder a los servicios del BIOS mediante un programa de aplicación (o mediante MS-DOS) ejecutando una instrucción de interrupción 13h para acceder a las funciones del disco, o ejecutando una de varias otras llamadas de interrupción del BIOS documentadas para acceder a la pantalla de video , el teclado , el casete y otras funciones del dispositivo.
Los sistemas operativos y el software ejecutivo que están diseñados para reemplazar esta funcionalidad básica del firmware proporcionan interfaces de software de reemplazo para el software de aplicación. Las aplicaciones también pueden proporcionarse estos servicios a sí mismas. Esto comenzó incluso en la década de 1980 bajo MS-DOS , cuando los programadores observaron que el uso de los servicios de video del BIOS para la visualización de gráficos era muy lento. Para aumentar la velocidad de salida de pantalla, muchos programas pasaron por alto el BIOS y programaron el hardware de visualización de video directamente. Otros programadores gráficos, particularmente pero no exclusivamente en la escena de demostración , observaron que existían capacidades técnicas de los adaptadores de pantalla de PC que no eran compatibles con el BIOS de IBM y que no se podían aprovechar sin eludirlo. Dado que el BIOS compatible con AT se ejecutaba en modo real de Intel , los sistemas operativos que se ejecutaban en modo protegido en procesadores 286 y posteriores requerían controladores de dispositivos de hardware compatibles con la operación en modo protegido para reemplazar los servicios del BIOS.
En las PC modernas que ejecutan sistemas operativos modernos (como Windows y Linux ), las llamadas de interrupción de la BIOS se utilizan solo durante el arranque y la carga inicial de los sistemas operativos. Antes de que se muestre la primera pantalla gráfica del sistema operativo, la entrada y la salida se manejan normalmente a través de la BIOS. Un menú de arranque como el menú textual de Windows, que permite a los usuarios elegir un sistema operativo para arrancar, arrancar en modo seguro o usar la última configuración buena conocida, se muestra a través de la BIOS y recibe la entrada del teclado a través de la BIOS. [6]
Muchas PC modernas aún pueden arrancar y ejecutar sistemas operativos heredados como MS-DOS o DR-DOS que dependen en gran medida del BIOS para su consola y E/S de disco, siempre que el sistema tenga un BIOS o un firmware UEFI compatible con CSM.
Los procesadores Intel tienen microcódigo reprogramable desde la microarquitectura P6 . [32] [33] [34] Los procesadores AMD tienen microcódigo reprogramable desde la microarquitectura K7 . El BIOS contiene parches para el microcódigo del procesador que corrigen errores en el microcódigo inicial del procesador; el microcódigo se carga en la SRAM del procesador , por lo que la reprogramación no es persistente, por lo que la carga de actualizaciones del microcódigo se realiza cada vez que se enciende el sistema. Sin microcódigo reprogramable, se requeriría un costoso cambio de procesador; [35] por ejemplo, el error FDIV del Pentium se convirtió en un fiasco costoso para Intel, ya que requirió un retiro del producto porque el microcódigo defectuoso del procesador Pentium original no podía reprogramarse. Los sistemas operativos también pueden actualizar el microcódigo del procesador principal . [36] [37]
Algunas BIOS contienen una tabla de descripción de licencias de software (SLIC), una firma digital colocada dentro de la BIOS por el fabricante del equipo original (OEM), por ejemplo Dell . La SLIC se inserta en la tabla de datos ACPI y no contiene código activo. [38] [39]
Los fabricantes de computadoras que distribuyen versiones OEM de Microsoft Windows y software de aplicación de Microsoft pueden usar el SLIC para autenticar la licencia en el disco de instalación OEM de Windows y el disco de recuperación del sistema que contiene el software de Windows. Los sistemas con un SLIC se pueden preactivar con una clave de producto OEM y verifican un certificado OEM con formato XML contra el SLIC en el BIOS como un medio de autoactivación (consulte Preinstalación bloqueada del sistema , SLP). Si un usuario realiza una nueva instalación de Windows, necesitará tener posesión tanto de la clave OEM (ya sea SLP o COA) como del certificado digital para su SLIC para evitar la activación. [38] Esto se puede lograr si el usuario realiza una restauración utilizando una imagen personalizada previamente proporcionada por el OEM. Los usuarios avanzados pueden copiar los archivos de certificado necesarios de la imagen OEM, decodificar la clave de producto SLP y luego realizar la activación SLP manualmente.
Algunas implementaciones de BIOS permiten el overclocking , una acción en la que la CPU se ajusta a una frecuencia de reloj más alta que la especificada por el fabricante para garantizar su capacidad. Sin embargo, el overclocking puede comprometer seriamente la confiabilidad del sistema en computadoras con una refrigeración insuficiente y, en general, acortar la vida útil de los componentes. El overclocking, cuando se realiza incorrectamente, también puede hacer que los componentes se sobrecalienten tan rápido que se destruyan mecánicamente. [40]
Algunos sistemas operativos más antiguos , por ejemplo MS-DOS , dependen del BIOS para realizar la mayoría de las tareas de entrada/salida dentro de la PC. [41]
Llamar directamente a los servicios del BIOS en modo real es ineficiente para los sistemas operativos en modo protegido (y modo largo ). Los sistemas operativos multitarea modernos no utilizan las llamadas de interrupción del BIOS después de la carga inicial.
En la década de 1990, la BIOS proporcionó algunas interfaces de modo protegido para Microsoft Windows y sistemas operativos similares a Unix , como Advanced Power Management (APM), Plug and Play BIOS , Desktop Management Interface (DMI), VESA BIOS Extensions (VBE), e820 y MultiProcessor Specification (MPS). A partir del año 2000, la mayoría de las BIOS proporcionan interfaces ACPI , SMBIOS , VBE y e820 para sistemas operativos modernos. [42] [43] [44] [45] [46]
Después de que se cargan los sistemas operativos , el código del modo de administración del sistema sigue ejecutándose en SMRAM. Desde 2010, la tecnología BIOS se encuentra en un proceso de transición hacia UEFI . [8]
Históricamente, la BIOS de los IBM PC y XT no tenía una interfaz de usuario integrada. Las versiones de BIOS de los PC anteriores (clase XT) no se podían configurar mediante software; en su lugar, los usuarios configuraban las opciones mediante interruptores DIP en la placa base. Las computadoras posteriores, incluidas todas las IBM compatibles con CPU 80286, tenían una memoria BIOS no volátil respaldada por batería (chip CMOS RAM) que contenía las configuraciones de BIOS. [47] Estas configuraciones, como el tipo de adaptador de video, el tamaño de la memoria y los parámetros del disco duro, solo se podían configurar ejecutando un programa de configuración desde un disco, no integrado en la ROM. Se insertaba un "disquete de referencia" especial en un IBM AT para configurar configuraciones como el tamaño de la memoria. [48]
Las primeras versiones del BIOS no tenían contraseñas ni opciones de selección de dispositivo de arranque. El BIOS estaba programado para arrancar desde la primera unidad de disquete o, si esta fallaba, desde el primer disco duro. El control de acceso en las primeras máquinas de clase AT se realizaba mediante un interruptor de bloqueo físico (que no era difícil de anular si se podía abrir la carcasa del ordenador). Cualquiera que pudiera encender el ordenador podía arrancarlo. [ cita requerida ]
Más tarde, las computadoras de la clase 386 comenzaron a integrar la utilidad de configuración del BIOS en la propia ROM, junto con el código del BIOS; estas computadoras generalmente arrancan en la utilidad de configuración del BIOS si se presiona una determinada tecla o combinación de teclas, de lo contrario se ejecutan el POST del BIOS y el proceso de arranque.
Una utilidad de configuración de BIOS moderna tiene una interfaz de usuario de texto (TUI) o una interfaz de usuario gráfica (GUI) a la que se accede presionando una tecla determinada en el teclado cuando se inicia la PC. Por lo general, la tecla se anuncia durante un breve período durante el inicio inicial, por ejemplo, "Presione DEL para ingresar a la configuración". La tecla real depende del hardware específico. Las características presentes en la utilidad de configuración de BIOS generalmente incluyen:
Una pantalla de configuración del BIOS moderna a menudo presenta un Estado de salud de la PC o una pestaña de Monitoreo de hardware , que interactúa directamente con un chip de Monitoreo de hardware de la placa base. [49] Esto hace posible monitorear la temperatura de la CPU y el chasis , el voltaje proporcionado por la unidad de fuente de alimentación , así como monitorear y controlar la velocidad de los ventiladores conectados a la placa base.
Una vez que se inicia el sistema, la monitorización del hardware y el control del ventilador de la computadora normalmente se realizan directamente por el propio chip de monitorización de hardware, que puede ser un chip separado, interconectado a través de I²C o SMBus , o venir como parte de una solución Super I/O , interconectada a través de la Arquitectura estándar de la industria (ISA) o Low Pin Count (LPC). [50] Algunos sistemas operativos, como NetBSD con envsys y OpenBSD con sysctl hw.sensors , cuentan con una interfaz integrada con monitores de hardware.
Sin embargo, en algunas circunstancias, el BIOS también proporciona la información subyacente sobre la monitorización del hardware a través de ACPI , en cuyo caso, el sistema operativo puede estar usando ACPI para realizar la monitorización del hardware. [51] [52]
En los ordenadores modernos, la BIOS se almacena en una memoria EEPROM regrabable [53] o en una memoria flash NOR [54] , lo que permite reemplazar y modificar el contenido. Esta reescritura del contenido a veces se denomina flasheo. Puede realizarse mediante un programa especial, normalmente proporcionado por el fabricante del sistema, o en POST , con una imagen de la BIOS en un disco duro o una unidad flash USB. Un archivo que contiene dicho contenido a veces se denomina "imagen de la BIOS". Una BIOS puede ser flasheada para actualizarla a una versión más nueva para corregir errores o proporcionar un rendimiento mejorado o para admitir hardware más nuevo. Algunas computadoras también admiten la actualización de la BIOS a través de un disquete de actualización o una partición especial en el disco duro. [55]
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El BIOS original de IBM PC (y el BASIC en cassette) se almacenaba en chips de memoria de solo lectura (ROM) programados con máscara en zócalos de la placa base. Los usuarios podían reemplazar las ROM, [56] pero no alterarlas. Para permitir actualizaciones, muchas computadoras compatibles usaban dispositivos de memoria BIOS reprogramables como EPROM , EEPROM y dispositivos de memoria flash posteriores (generalmente flash NOR ). Según Robert Braver, presidente del fabricante de BIOS Micro Firmware, los chips Flash BIOS se volvieron comunes alrededor de 1995 porque los chips PROM borrables eléctricamente (EEPROM) son más baratos y más fáciles de programar que los chips PROM borrables ultravioleta ( EPROM ) estándar. Los chips Flash se programan (y reprograman) en el circuito, mientras que los chips EPROM deben retirarse de la placa base para reprogramarlos. [57] Las versiones de BIOS se actualizan para aprovechar las versiones más nuevas de hardware y corregir errores en revisiones anteriores de BIOS. [58]
A partir del IBM AT, las PC admitían un reloj de hardware configurable a través del BIOS. Tenía un bit de siglo que permitía cambiar manualmente el siglo cuando llegaba el año 2000. La mayoría de las revisiones del BIOS creadas en 1995 y casi todas las revisiones del BIOS en 1997 admitían el año 2000 configurando el bit del siglo automáticamente cuando el reloj pasaba de la medianoche del 31 de diciembre de 1999. [59]
Los primeros chips flash se conectaron al bus ISA . A partir de 1998, la memoria flash de la BIOS se trasladó al bus LPC , siguiendo una nueva implementación estándar conocida como "firmware hub" (FWH). En 2005, la memoria flash de la BIOS se trasladó al bus SPI . [60]
El tamaño de la BIOS y la capacidad de la ROM, EEPROM u otros medios en los que se puede almacenar ha aumentado con el tiempo a medida que se han añadido nuevas características al código; ahora existen versiones de la BIOS con tamaños de hasta 32 megabytes. En contraste, la BIOS original de IBM PC estaba contenida en una ROM de máscara de 8 KB. Algunas placas base modernas incluyen circuitos integrados de memoria flash NAND aún más grandes a bordo que son capaces de almacenar sistemas operativos compactos completos, como algunas distribuciones de Linux . Por ejemplo, algunas portátiles ASUS incluían Splashtop OS integrado en sus circuitos integrados de memoria flash NAND. [61] Sin embargo, la idea de incluir un sistema operativo junto con la BIOS en la ROM de una PC no es nueva; en la década de 1980, Microsoft ofreció una opción de ROM para MS-DOS, y se incluyó en las ROM de algunos clones de PC como el Tandy 1000 HX .
En el IBM PC AT y en los primeros compatibles se encontró otro tipo de chip de firmware. En el AT, la interfaz del teclado estaba controlada por un microcontrolador con su propia memoria programable. En el IBM AT, se trataba de un dispositivo con zócalo de 40 pines, mientras que algunos fabricantes utilizaban una versión EPROM de este chip que se parecía a una EPROM. A este controlador también se le asignó la función de compuerta A20 para gestionar la memoria por encima del rango de un megabyte; ocasionalmente era necesaria una actualización de este "BIOS del teclado" para aprovechar el software que podía utilizar la memoria superior. [ cita requerida ]
El BIOS puede contener componentes como el Código de referencia de memoria (MRC), que es responsable de la inicialización de la memoria (por ejemplo, inicialización de SPD y tiempos de memoria ). [62] : 8 [63]
El BIOS moderno [64] incluye el firmware del procesador Intel Management Engine o AMD Platform Security .
IBM publicó las listas completas de BIOS para su PC original, PC XT, PC AT y otros modelos de PC contemporáneos, en un apéndice del Manual de referencia técnica de IBM PC para cada tipo de máquina. El efecto de la publicación de las listas de BIOS es que cualquiera puede ver exactamente qué hace un BIOS definitivo y cómo lo hace.
En mayo de 1984, Phoenix Software Associates lanzó su primer ROM-BIOS, que permitió a los OEM construir clones esencialmente totalmente compatibles sin tener que realizar ingeniería inversa del BIOS del IBM PC, como Compaq había hecho para el Portable , lo que ayudó a impulsar el crecimiento de la industria de los PC compatibles y las ventas de versiones de DOS que no eran de IBM. [67] El primer BIOS American Megatrends (AMI) se lanzó en 1986.
Los nuevos estándares que se incorporan al BIOS normalmente no cuentan con documentación pública completa ni con listados del BIOS. Como resultado, no es tan fácil conocer los detalles íntimos de las numerosas incorporaciones al BIOS que no son de IBM como los de los servicios básicos del BIOS.
Muchos proveedores de placas base para PC obtuvieron la licencia del "núcleo" y el kit de herramientas de la BIOS de un tercero comercial, conocido como "proveedor independiente de BIOS" o IBV. Luego, el fabricante de la placa base personalizó esta BIOS para que se adaptara a su propio hardware. Por este motivo, las BIOS actualizadas normalmente se obtienen directamente del fabricante de la placa base. Los principales IBV incluyeron American Megatrends (AMI), Insyde Software , Phoenix Technologies y Byosoft. Microid Research y Award Software fueron adquiridos por Phoenix Technologies en 1998; Phoenix luego eliminó gradualmente la marca Award (aunque Award Software aún se acredita en las versiones más nuevas de AwardBIOS y en los firmwares UEFI). [ ¿cuándo? ] General Software , que también fue adquirida por Phoenix en 2007, vendió BIOS para sistemas integrados basados en procesadores Intel.
La comunidad de código abierto aumentó sus esfuerzos para desarrollar un reemplazo para las BIOS propietarias y sus futuras encarnaciones con contrapartes de código abierto. Open Firmware fue un intento temprano de hacer un estándar de código abierto para el arranque de firmware. Inicialmente fue respaldado por IEEE en su estándar IEEE 1275-1994, pero fue retirado en 2005. [68] [69] Ejemplos posteriores incluyen los proyectos libreboot , coreboot y OpenBIOS / Open Firmware . AMD proporcionó especificaciones de producto para algunos chipsets y Google está patrocinando el proyecto. El fabricante de placas base Tyan ofrece coreboot junto con la BIOS estándar con su línea de placas base Opteron .
Los chips de memoria EEPROM y Flash son ventajosos porque pueden ser actualizados fácilmente por el usuario; es habitual que los fabricantes de hardware publiquen actualizaciones de BIOS para actualizar sus productos, mejorar la compatibilidad y eliminar errores . Sin embargo, esta ventaja tenía el riesgo de que una actualización de BIOS ejecutada incorrectamente o abortada pudiera dejar inutilizable la computadora o el dispositivo. Para evitar estas situaciones, las BIOS más recientes utilizan un "bloque de arranque"; una parte de la BIOS que se ejecuta primero y debe actualizarse por separado. Este código verifica si el resto de la BIOS está intacto (usando sumas de comprobación hash u otros métodos) antes de transferirle el control. Si el bloque de arranque detecta alguna corrupción en la BIOS principal, generalmente advertirá al usuario que se debe iniciar un proceso de recuperación iniciando desde un medio extraíble (disquete, CD o unidad flash USB) para que el usuario pueda intentar actualizar la BIOS nuevamente. Algunas placas base tienen una BIOS de respaldo (a veces denominadas placas DualBIOS) para recuperarse de las corrupciones de la BIOS.
Existen al menos cinco virus conocidos que atacan la BIOS. Dos de ellos tenían fines demostrativos. El primero que se encontró en circulación fue Mebromi , que atacaba a los usuarios chinos.
El primer virus de la BIOS fue el BIOS Meningitis, que en lugar de borrar los chips de la BIOS, los infectaba. El BIOS Meningitis era relativamente inofensivo, comparado con un virus como el CIH .
El segundo virus de la BIOS fue el CIH , también conocido como el "virus Chernobyl", que era capaz de borrar el contenido de la BIOS de la ROM flash en chipsets compatibles. El CIH apareció a mediados de 1998 y se activó en abril de 1999. A menudo, los ordenadores infectados ya no podían arrancar y la gente tenía que quitar el IC de la ROM flash de la placa base y reprogramarlo. El CIH tenía como objetivo el chipset de la placa base Intel i430TX, que entonces estaba muy extendido, y se aprovechó del hecho de que los sistemas operativos Windows 9x , también muy extendidos en aquella época, permitían el acceso directo del hardware a todos los programas.
Los sistemas modernos no son vulnerables a CIH debido a una variedad de conjuntos de chips que se utilizan que son incompatibles con el chipset Intel i430TX y también otros tipos de IC de ROM flash. También hay protección adicional contra reescrituras accidentales de BIOS en forma de bloques de arranque que están protegidos contra sobrescrituras accidentales o sistemas equipados con BIOS dual y cuádruple que pueden, en caso de falla, usar un BIOS de respaldo. Además, todos los sistemas operativos modernos como FreeBSD , Linux , macOS , Windows NT -based Windows OS como Windows 2000 , Windows XP y más nuevos, no permiten que los programas en modo usuario tengan acceso directo al hardware usando una capa de abstracción de hardware . [70]
Como resultado, a partir de 2008, CIH se ha vuelto esencialmente inofensivo, en el peor de los casos causando molestias al infectar archivos ejecutables y activar el software antivirus. Sin embargo, otros virus de BIOS siguen siendo posibles; [71] dado que la mayoría de los usuarios domésticos de Windows sin el UAC de Windows Vista/7 ejecutan todas las aplicaciones con privilegios administrativos, un virus moderno similar a CIH podría, en principio, obtener acceso al hardware sin usar primero un exploit. [ cita requerida ] El sistema operativo OpenBSD impide que todos los usuarios tengan este acceso y el parche grsecurity para el kernel de Linux también impide este acceso directo al hardware de forma predeterminada, la diferencia es que un atacante requiere un exploit a nivel de kernel mucho más difícil o reiniciar la máquina. [ cita requerida ]
El tercer virus de la BIOS fue una técnica presentada por John Heasman, consultor principal de seguridad de Next-Generation Security Software, con sede en el Reino Unido. En 2006, en la Conferencia de Seguridad Black Hat, mostró cómo elevar los privilegios y leer la memoria física, utilizando procedimientos maliciosos que reemplazaban las funciones ACPI normales almacenadas en la memoria flash. [72]
El cuarto virus de la BIOS fue una técnica llamada "infección persistente de la BIOS". Apareció en 2009 en la Conferencia de Seguridad CanSecWest en Vancouver y en la Conferencia de Seguridad SyScan en Singapur. Los investigadores Anibal Sacco [73] y Alfredo Ortega, de Core Security Technologies, demostraron cómo insertar código malicioso en las rutinas de descompresión de la BIOS, lo que permite un control casi total del PC al inicio, incluso antes de que se inicie el sistema operativo. La prueba de concepto no explota un fallo en la implementación de la BIOS, sino que solo implica los procedimientos normales de actualización de la BIOS. Por lo tanto, requiere acceso físico a la máquina o que el usuario sea root. A pesar de estos requisitos, Ortega subrayó las profundas implicaciones de su descubrimiento y el de Sacco: "Podemos parchear un controlador para eliminar un rootkit que funcione completamente . Incluso tenemos un pequeño código que puede eliminar o desactivar el antivirus". [74]
Mebromi es un troyano que ataca a computadoras con AwardBIOS , Microsoft Windows y software antivirus de dos compañías chinas: Rising Antivirus y Jiangmin KV Antivirus. [75] [76] [77] Mebromi instala un rootkit que infecta el registro de arranque maestro .
En una entrevista de diciembre de 2013 con 60 Minutes , Deborah Plunkett, directora de seguridad de la información de la Agencia de Seguridad Nacional de Estados Unidos , afirmó que la NSA había descubierto y frustrado un posible ataque BIOS por parte de un estado nacional extranjero, dirigido al sistema financiero estadounidense. [78] El programa citó fuentes anónimas que alegaron que era un complot chino. [78] Sin embargo, artículos de seguimiento en The Guardian , [79] The Atlantic , [80] Wired [81] y The Register [82] refutaron las afirmaciones de la NSA.
Las plataformas Intel más nuevas tienen habilitada la tecnología Intel Boot Guard (IBG), que verifica la firma digital del BIOS al iniciarse y la clave pública de IBG se fusiona con el PCH . Los usuarios finales no pueden deshabilitar esta función.
La Interfaz de Firmware Extensible Unificada (UEFI) complementa el BIOS en muchas máquinas nuevas. Inicialmente escrita para la arquitectura Intel Itanium , la UEFI ahora está disponible para plataformas x86 y Arm ; el desarrollo de la especificación está impulsado por el Foro Unificado EFI , un grupo de interés especial de la industria . El arranque EFI ha sido compatible solo en versiones de Microsoft Windows que admiten GPT , [83] el kernel de Linux 2.6.1 y posteriores, y macOS en Mac basados en Intel . [84] A partir de 2014 [actualizar], el nuevo hardware de PC se entrega predominantemente con firmware UEFI. La arquitectura de la protección de rootkit también puede evitar que el sistema ejecute los cambios de software propios del usuario, lo que hace que la UEFI sea controvertida como reemplazo del BIOS heredado en la comunidad de hardware abierto . Además, Windows 11 requiere UEFI para arrancar, [85] con la excepción de las ediciones IoT Enterprise de Windows 11. [7] La UEFI es necesaria para los dispositivos que se envían con Windows 8 [86] [87] y superiores.
Otras alternativas a la funcionalidad del "Legacy BIOS" en el mundo x86 incluyen coreboot y libreboot .
Algunos servidores y estaciones de trabajo utilizan un firmware abierto independiente de la plataforma (IEEE-1275) basado en el lenguaje de programación Forth ; se incluye en las computadoras SPARC de Sun, la línea RS/6000 de IBM y otros sistemas PowerPC como las placas base CHRP , junto con el OLPC XO-1 basado en x86 .
A partir de al menos 2015, Apple eliminó la compatibilidad con BIOS heredada del monitor UEFI en Macs con procesador Intel . Por lo tanto, la utilidad BIOS ya no admite la opción heredada e imprime el mensaje "Modo heredado no compatible con este sistema".
En 2017, Intel anunció que eliminaría la compatibilidad con BIOS heredados para 2020. Desde 2019, las nuevas PC OEM de la plataforma Intel ya no admiten la opción heredada. [88]
+0x1FEde los sectores de arranque es 0x55 0xAA, es decir, 0x55en el desplazamiento +0x1FEy 0xAAen el desplazamiento +0x1FF. Dado que se debe asumir la representación little-endian en el contexto de las máquinas compatibles con IBM PC , esto se puede escribir como una palabra de 16 bits 0xAA55en programas para procesadores x86 (observe el orden intercambiado), mientras que tendría que escribirse como 0x55AAen programas para otras arquitecturas de CPU que utilizan una representación big-endian . Dado que esto se ha mezclado numerosas veces en libros e incluso en documentos de referencia originales de Microsoft, este artículo utiliza la representación en disco byte a byte basada en desplazamiento para evitar cualquier posible interpretación errónea.El 286 comienza la ejecución en modo real con la instrucción en la ubicación física FFFFF0H.
La ejecución comienza con la instrucción a la que se dirige el contenido inicial de los registros CS e IP. Para permitir que el software de inicialización se coloque en una ROM en la parte superior del espacio de direcciones, se establecen los 12 bits superiores de las direcciones emitidas para el segmento de código, hasta la primera instrucción que carga el registro CS, como un salto lejano o una llamada. Como resultado, la obtención de instrucciones comienza desde la dirección 0FFFFFFF0H.
La primera instrucción que se obtiene y ejecuta después de un reinicio de hardware se encuentra en la dirección física FFFFFFF0h. Esta dirección está 16 bytes por debajo de la dirección física superior del procesador. La EPROM que contiene el código de inicialización del software debe estar ubicada en esta dirección.
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