Аппаратные интерфейсы ПК. Энциклопедия

12.7. Способы запуска программ

Традиционным способом запуска программ является загрузка их с какого-либо устройства хранения (диска) в оперативную память и исполнение в ОЗУ. До того как пользователь получает возможность такого запуска, требуется множество предварительных действий. По включении питания (и аппаратному сбросу) процессор начинает исполнять процедуру POST (начальный запуск и самотестирование) из ROM BIOS, причем большая часть кода исполняется прямо в ПЗУ. POST инициализирует стандартное оборудование ПК (о котором «знает» ROM BIOS системной платы), а также обнаруживает модули расширения ROM BIOS и запускает их процедуры инициализации. Далее POST определяет загрузочное устройство (обычно диск), ищет на нем загрузочную запись (сектор), загружает этот сектор в фиксированную область ОЗУ и передает управление на его начальный адрес. С этого момента, как правило, начинается процесс загрузки операционной системы с того же носителя: сначала базовой системы, а затем и всех необходимых дополнительных компонентов в виде драйверов и автоматически загружаемых программ. Только после этого пользователь может запускать требуемые программы с любого доступного устройства хранения (в том числе и через сеть). Программы могут загружаться и автоматически, без участия пользователя, по предварительно составленному и сохраненному сценарию (файлы config.sys, autoexec.bat и т. п. средства).

Для ряда специальных применений ПК приходится нарушать эти традиции. Для сравнительно простых систем можно отказаться от использования операционных систем. Программу функционирования компьютера можно «зашить» в ПЗУ, оформив в виде модуля расширения BIOS, и эта программа получит управление от POST. Можно и не связываться с ПЗУ, а загружать программу с устройства хранения простым загрузчиком, первая ступень которого должна совпадать со стандартным начальным загрузчиком. Однако не стоит отказываться от операционной системы без веских причин, поскольку она обеспечивает не только удобное операционное окружение, но и средства разработки и отладки программ. Операционную систему и необходимые программы можно загружать не только с привычных дисков (гибких, жестких, оптических), но и с компактных твердотельных носителей (см. п. 9.3). Эти носители могут подключаться к обычным интерфейсам устройств хранения.

Интересный вариант «твердотельного диска» — DiskOnChip — для микрокомпьютеров и микроконтроллеров, не имеющих стандартных интерфейсов устройств хранения, предлагает фирма M-Systems. Это микросхема, имеющая интерфейс 8/16-битной статической памяти, легко подключаемый к шине ISA (или локальной шине). Модель Millenium Plus объемом 32 Мбайт содержит массив флэш-памяти архитектуры NAND, модуль статической памяти SRAM (1 Кбайт), интерфейсные схемы, логику защиты записи и чтения и схемы обнаружения и исправления ошибок. Микросхема отображается на 8-Кбайтную страницу пространства памяти компьютера в области C8000-EFFFFh. По сигналу аппаратного сброса начальный блок из флэш-памяти выгружается в SRAM; если обнаруживается ошибка, то берется следующий (резервный) блок. Этот блок содержит процедуру инициализации «диска», которая обнаруживается тестом POST как модуль расширения BIOS. Процедура загружает из флэш-массива в системное ОЗУ драйвер своего «электронного диска» (блочного устройства), которое становится первым или последним логическим жестким диском (по выбору при конфигурировании). Далее к этому «диску» можно обращаться обычным способом (через Int 13h), c него же может и загружаться ОС. Интерфейс допускает каскадирование — объединение в единый диск до 4 микросхем, увеличивая его объем до 128 Мбайт, при этом все микросхемы отображаются через общее окно памяти (используют общий сигнал выборки). Встроенное ПО обеспечивает полную эмуляцию диска с прозрачным исправлением ошибок и переназначением дефектных секторов. Микросхема поддерживает длительную скорость записи 750 Кбайт/с, считывания — 2,4 Мбайт/с. Пиковая скорость считывания/записи достигает 20 Мбайт/с. В устройстве имеется уникальный идентификационный номер, область для однократного программирования (OTP), возможность защиты от записи отдельных зон и возможность ограничения доступа по паролю (нечитаемому).

12.8. Сервисы и прерывания BIOS

Системная BIOS предоставляет ряд сервисов низкого уровня, в основном предназначенных для обслуживания ввода-вывода и имеющих отношения к стандартным аппаратным интерфейсам. Традиционные сервисы BIOS обычно вызываются в реальном режиме или V86 посредством инструкций программных прерываний (Int xx). Большинство сервисов может быть вызвано и через фактически стандартизованные точки входа (адреса в области ROM BIOS) дальними вызовами процедур (CALL Far) с предварительным помещением в стек регистра флагов (сервисы построены как обработчики прерываний). Все традиционные сервисы BIOS работают в 16-разрядном режиме процессора, и ими можно пользоваться в реальном режиме, V86 и малопривлекательном 16-разрядном защищенном режиме.

Для процессоров 386+ оптимальным по эффективности является 32-разрядный защищенный режим. Для того чтобы из этого режима можно было пользоваться сервисами BIOS (правда, не всеми) без промежуточных переключений, по инициативе фирмы Phoenix ввели 32-разрядные вызовы BIOS32. Адрес точки входа BIOS32 заранее не известен, но известен способ его нахождения: в диапазоне адресов памяти 0E0000-0FFFFFh на границе параграфов (младшие 4 бита адреса нулевые) ищется строка-сигнатура "_32_" (число 325F5F33h) заголовка, за которой следует физический адрес точки входа. Сами сервисы вызываются дальними вызовами точки входа в сервис. Номер, параметры вызываемых функций и результаты передаются на регистрах процессора.

Прерывания, обслуживаемые системной BIOS, перечислены ниже. Кроме них несколько векторов используются как указатели на различные структуры данных.

Внутренние прерывания:

♦ Int 00h — деление на 0;

♦ Int 01h — пошаговый режим;

♦ Int 03h — точка останова;

♦ Int 04h — переполнение;

♦ Int 06h — недопустимая команда 286+;

♦ Int 07h — вызов отсутствующего NPU.

Аппаратные прерывания:

♦ Int 02h — немаскируемое прерывание;

♦ Int 08h — таймер 8253/8254;

♦ Int 09h — клавиатура;

♦ Int 0Ah — IRQ2/9;

♦ Int 0Bh — IRQ3;

♦ Int 0Ch — IRQ4;

♦ Int 0Dh — IRQ5;

♦ Int 0Eh — IRQ6 — контроллер гибких дисков;

♦ Int 0Fh — IRQ7;

♦ Int 70h — CMOS-таймер;

♦ Int 71h — IRQ9 (перенаправлено на Int 0Ah);

♦ Int 72h — IRQ10;

♦ Int 73h — IRQ11;

♦ Int 74h — IRQ12 (контроллер мыши PS/2);

♦ Int 75h — IRQ13 — исключение сопроцессора;

♦ Int 76h — IRQ14 — контроллер жестких дисков;

♦ Int 77h — IRQ15.

ПРИМЕЧАНИЕ

Прерывания Int 70h– 77h имеют место только в AT.

Функции ROM BIOS (16-битные сервисы):

♦ Int 05h (F000:FF54h) — печать экрана;

♦ Int 10h — видеосервис;

♦ Int 11h — чтение списка оборудования (слово из BDA 0040:0010h), возвращает в АХ:

 • биты 15:14 — число обнаруженных LPT-портов: 00 — 0, …, 11 — 3;

 • бит 13 — резерв;

 • бит 12 — обнаружен игровой адаптер;

 • биты 11:9 — число обнаруженных СОМ-портов: 000 — 0, …, 111 — 7;

 • бит 8 — наличие контроллера DMA;

 • биты 7:6 — число обнаруженных НГМД: 00 — 1, …, 11 — 4;

 • биты 5:4 — активный видеорежим: 00 — резерв, 10 — 80-колоночный цветной, 01 — 40-колоночный цветной, 11 — монохромный;

 • биты 3:2 — размер ОЗУ на системной плате (теперь обычно 00);

 • бит 1 — присутствие математического сопроцессора;

 • бит 0 — присутствие дисководов;

♦ Int 12h — размер непрерывной памяти;

♦ Int 13h — дисковый сервис (блочный ввод-вывод);

♦ Int 14h — обслуживание СОМ-портов;

♦ Int 15h — AT-функции (системный сервис, функции определяются значением АН/АХ):

 • 00-03h — управление и обмен данными с кассетным магнитофоном (были когда-то и такие «стриммеры»!) на старых PC;