bmw1系諜影攻略(全新bmw諜照)

BIOS的歷史背景

提到BIOS，就不得不提IBM這個行業巨頭，它不僅發明了BIOS，同時催生了一個商業模式：IBV（Independent BIOS Vendor）獨立BIOS供應商；時至今日，IBV已成為了計算機產業生態中重要的一個組成部分。

IBM起初只是生產計時器、穿孔卡、統計分類機等產品的小公司，在經過創始人Thomas J. Watson和他兒子Thomas J. Watson Jr的苦心經營下，逐漸成長為計算機行業的巨頭，并開創了個人計算機的新時代。很多計算機領域的技術都來自于IBM，比如制造了第一個硬盤驅動器、第一個軟盤驅動器、第一個廣泛使用的高級編程語言FORTRAN、關系數據庫、第一臺超級科學計算機、第一個RISC設計和第一塊DRAM芯片等等。

第二次世界大戰期間，由于美國軍方在計算導彈彈道軌跡的過程中涉及流體力學的海量數據計算已無法通過手工方式完成，因此產生了通用計算機的現實需求。此時以馮·諾伊曼（Von Neumann）、毛奇萊（John Mouchly）和艾科特（Presper Eckert）為首的科學家為美國軍方設計了世界第一臺存儲程序通用電子計算機EDVAC，這其中就包含影響至今的“馮·諾伊曼-電子計算機體系結構”，由此開啟了通用計算機的時代。

19世紀30年代，剛起步的IBM主要從事收銀機、制表機和穿孔卡的研發和銷售，由于其制表機主要面向政府和公司，因此IBM平安渡過了1929-1939的經濟大蕭條并發展壯大，到1940年，IBM員工上萬，營業收入達到4500萬美元。二戰過后，掌權的小沃森（Thomas J. Watson Jr）看到了電子計算機在今后社會中的重要作用和深遠影響；因此在1951年，IBM決定開發商用電腦，并聘請馮·諾伊曼擔任科學顧問，于1952年研制出了IBM第一臺存儲程序計算機，即通常意義上的電腦：IBM 701， 這臺大型計算機使得IBM成功在計算機領域站穩了腳跟，IBM又相繼推出了702、704、705等多款機型，將計算機全面引入商業領域，通過不斷的發展壯大，最后成為行業巨頭，到今天為止，IBM也是大型計算機和小型計算機的巨頭，最大的開源Linux設備的提供商。

1978年，Intel發布了自己的首枚16位微處理器8086；當時IBM占有了大型機和小型機的絕大部分市場，IBM為了短而快的推出個人電腦產品，決定放棄自己研發，轉而采用組裝第三方軟硬件的方案；于是在1981年8月12日，基于Intel-8086處理器和微軟的MS-DOS 1.14等第三方的軟硬件，推出了自己的首款個人電腦產品IBM 5150，又稱為IBM Personal Computer，簡稱IBM PC；IBM PC一經推出，就得到了市場的歡迎，廣受好評，而且銷量巨大，短短兩年時間，銷售就突破了750000臺。IBM PC的誕生具有劃時代的意義，它不僅創造了Personal Computer的概念，同時也為PC（個人計算機）制訂了全球通用的工業標準。

IBM PC及其兼容計算機的組成框圖--《Linux內核完全注釋》

在IBM PC 5150中，所有的硬件包括CPU（處理器）以及操作系統都來自第三方，但IBM也有自己的技術，自研了BIOS，即基本輸入輸出系統，其主要的作用是在計算機開機時，進入操作系統之前，對硬件進行狀態檢測和初始化，BIOS在檢測CPU（處理器）、內存、鍵盤等硬件一切正常后，才會加載操作系統的引導代碼，并將控制權轉交給操作系統，即通過IBM的BIOS，將上下游的處理器和操作系統，以及其他的外設硬件連接起來，就像粘合劑一樣，讓所有的硬件軟件一起有效的運行。

在推出5150的同時，IBM還出售《IBM PC Technical Reference Manual》這本技術手冊，而這份資料中包括一段ROMBIOS源代碼。同時因為BIOS由匯編語言編寫，且代碼量不算大，于是乎，很多公司通過這份手冊中的源碼參考和對BIOS程序的逆向工程，“山寨”了IBM的BIOS，再組裝上軟硬件，推出了更加便宜的PC（個人計算機）兼容機，對IBM的市場形成了極大的沖擊。雖然后來IBM通過法律途徑告倒了一大批山寨企業，但也因此摧毀了自己在PC（個人計算機）領域的大好形勢。

雖然眾多山寨公司都被IBM成功阻斷了發展道路，但仍有一家名為康柏的公司，通過參考IBM的技術手冊，采用“凈室(Clean Room)”的方法自研了兼容的自主BIOS，包括后來的Phoenix也通過“凈室”方法自研了第一個獨立的PC BIOS，并于1984年發布。獨立BIOS供應商（IBV, Independent BIOS Vendor）就此誕生，一眾的公司也由此崛起，如AMI、Award、Chips & Technologies、General Software、Microid Rearch、Quadtel、Unicore等；IBV也漸漸形成產業鏈中的重要一環，直到后來Intel、AMD和微軟聯合推出了更加開放和更加安全的UEFI行業標準，BIOS才慢慢退出了歷史的舞臺。

X86體系有著開放的生態環境， 有OS（操作系統）廠商，如Windows、Ubuntu等；有CPU（處理器）廠商如AMD、Intel；有硬盤、顯示器、主板、內存等各種不同的硬件廠商；Wintel的之所以能夠大放異彩，同樣也是因為這開放的生態，眾多的企業都能從中分一杯羹，IBV（BIOS獨立供應商）的成功壯大同樣如此。

BIOS被稱作計算機產業鏈中的鹽，IBV一端面向CPU（處理器）廠商，一端面向各種硬件廠商，還有一端面向操作系統廠商；BIOS可通過中斷控制器告訴CPU（處理器）各類硬件的中斷號，以便CPU（處理器）知道硬件中斷該交給哪個中斷服務例程處理，因此CPU（處理器）廠商也樂于IBV的存在，因為不用去考慮兼容市面上眾多的硬件，從而能專心自己的技術研究，由IBV負責整合所有的硬件。另一方面，BIOS能與各類硬件直接交互，通過掃描探測獲取所有硬件信息，并將操作系統所需要的硬件信息傳遞給操作系統，包括可用的物理內存映射，硬盤參數、ACPI（Advanced Configuration and Power Interface：高級電源管理接口）表等信息。由此可見，BIOS在CPU（處理器）和操作系統之間充當著橋梁的角色，起著承上啟下的過渡作用。

BIOS有三大主要功能：開機檢查、引導操作系統和提供中斷服務；

在開機后，首先由BIOS檢查硬件的狀態是否正常，并對硬件設備相關寄存器進行適當的初始化，讓其進入到Enable的狀態；通過BIOS也能設置各種硬件參數，比如系統時間，啟動設備的先后檢測順序、電源管理參數的配置，IDE（Integrated Drive Electronics：電子集成驅動器）接口設置等。

在使用Legacy BIOS（傳統BIOS）啟動計算機的過程中，CPU（處理器）上電復位后，CS段寄存器被置為0xFFFF，IP寄存器被置為FFF0，即CPU（處理器）第一條加載的指令地址為0xFFFFFFF0h，而這個地址就是BIOS的入口地址，之后由BIOS完成CPU（處理器）和內存等硬件一系列檢測和初始化，之后BIOS會轉到內存地址0x7C00處加載整個磁盤的MBR（主引導記錄），然后在MBR（主引導記錄）的分區表中找到活動分區，由活動分區中最開始的扇區，即OBR（操作系統引導記錄），也稱為OS內核加載器，引導CPU（處理器）一步步進入操作系統，最終由操作系統接管整個計算機的資源。

在實模式下，由于能夠尋址的范圍只有1M，能夠給操作系統使用的也只有640K，所加載的程序有限，因此一些基本的硬件I/O操作需要借助BIOS來完成；BIOS在硬件之上形成一層軟件抽象，通過端口號與硬件直接交互；CPU（處理器）通過INT軟中斷，調用BIOS對應的中斷服務例程，完成相應的硬件操作，比如屏幕顯示，讀寫硬盤，軟盤的馬達操作等。

Legacy BIOS（傳統BIOS）的不足隨著X86的越來越繁榮而被暴露出來, Legacy BIOS（傳統BIOS）主要存在以下不足：

1. 安全防護弱

只有簡單的密碼口令保護，極弱的防護能力，極高的權限，讓一開始的Legacy BIOS（傳統BIOS）成為很多木馬和病毒的首選目標，其中就有著名的CIM，BMW，諜影等；后來的BIOS拒絕任何寫入，起到了一定的安全防護。

2. 性能低

經過幾十年的發展，各類硬件技術都在迅速的發展，CPU（處理器）已從當初的16位發展到64位，同時各種擴展設備也在不斷的加入到操作系統中；而在這變化的30多年里，BIOS卻始終停留在16位，最多能尋址1M的內存，而一次也只能讀取64K的磁盤數據，性能表現較差；

3. 支持的硬盤容量有限

Legacy BIOS（傳統BIOS）只能識別MBR（主引導記錄）引導的硬盤，但MBR（主引導記錄）由于在早期設計時沒有考慮的足夠周全，最多只能支持4個主分區，而硬盤的最大容量也只能支持到2TB，無論是對于企業還是個人來說，都已經有點相形見絀。

4. 擴展設備支持有限

現在的主板可配置的擴展設備越來越豐富，越來越多，而Legacy BIOS（傳統BIOS）缺乏大數量的外圍設備的優化，因此初始化過程很低效，嚴重影響開機速度；需要30秒以上甚者1分鐘的開機時間，給用戶帶來很不好的體驗。

5. 擴展能力有限

Legacy BIOS（傳統BIOS）要添加較復雜的硬件，就需要把“驅動(Option ROM)”加載到一段地址固定長度僅128KB的內存空間，由此可能造成內存空間不足，無法對硬件進行初始化；

6. Legacy BIOS（傳統BIOS）使用匯編進行開發，維護難度高；

由于在實模式下，內存空間的限制，只能使用匯編語言進行編碼，在如今高級語言普及的大環境下，開發和維護的難度都相當高；

可以看見，傳統（Legacy）BIOS的設計已經無法跟上時代的步伐，無法滿足呈指數級發展的計算機行業需求，大家都在尋找一種新的技術來引導計算機系統，并且涌現出了多種新技術，而其中發展的最好的就是由Intel設計，微軟主推的開源規范：UEFI (Extensible Firmware Interface）可擴展固件接口；現在基本上Legacy BIOS（傳統BIOS）已經完全被UEFI取代，消失在了歷史的長河中。

BIOS或者類似的系統是必需的嗎，如果沒有BIOS，計算機能否正常使用呢？下面我談一下個人看法。

各硬件廠商在生產制造硬件的時候，并不希望成為只適用于特定平臺和特定場景下的定制化產品，所以通常會給硬件搭配控制系統，通過對控制系統中的寄存器設置不同的狀態值，兼容不同平臺對硬件的要求。

計算機的發明主要是為了解決巨量數據計算，而主要依賴的硬件就是CPU（處理器）。按照CPU（處理器）的設計原理，CPU（處理器）在上電復位后，會從固定的內存地址加載第一條指令并往下執行，這是CPU（處理器）工作的起始點。在早期，可能因為電壓不穩，導致CPU（處理器）無法正常工作，還需要等到電壓穩定后才能讓CPU（處理器）開始工作。另一方面，操作系統在運行之初就需要用到內存，存儲介質（硬盤/軟盤），鍵盤，顯示器等硬件，也就是說，操作系統需要這些硬件在確定可用的狀態。

再次想一想，BIOS是必需的嗎，我認為是的，因為這些硬件始終都要被置為某種平臺下的可用初始狀態，而不同平臺對于硬件的初始狀態要求有可能不一樣，因此必須用一種方式來保證各種硬件在特定平臺上的初始狀態是可用的，使得各種硬件能在一起協同工作。換個角度來看，計算機的產業發展過程可被視為各類硬件在不同層次的統一標準化的過程，而BIOS則是最底層，最接近硬件的標準化，所以BIOS的存在是必需也是必然的。也許Legacy BIOS（傳統BIOS）已經被時代所淘汰，但是新的類BIOS技術會隨著產業的發展不斷更新迭代，今天是UEFI，明天可能是別的技術，如最新的 AMI的Aptio? V， LinuxBoot，VaultBoot等，都聲稱是下一代的BIOS。

參考資料：

《浪潮之巔》—— 吳軍

UEFI和BIOS探秘（https://www.zhihu.com/column/UEFIBlog )