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Basic Input Output System (BIOS) Drucken E-Mail
Als Basic Input Output System (BIOS) bezeichnet man die Firmware bei x86-PCs (für andere Systeme siehe unten im Kapitel Vergleichbare Konzepte). Das BIOS ist ein Programm, das in einem nichtflüchtigen Speicher auf der Hauptplatine des PCs abgelegt ist und unmittelbar nach dessen Einschalten zur Ausführung gelangt. Es ist unter anderem die Aufgabe des BIOS, den PC zunächst „zum Leben zu erwecken“ und im Anschluss das Starten eines Betriebssystems einzuleiten. Dass das griechische Wort Bios zugleich Leben bedeutet, ist vor diesem Hintergrund vermutlich ein „beabsichtigter Zufall“.

Im flüchtigen Sprachgebrauch wird der Begriff BIOS heute manchmal auch synonym für BIOS-Einstellungen verwendet. Hierauf geht der Absatz über BIOS-Einstellungen genauer ein.

Aufgabe des BIOS

Ein BIOS löst zwei Probleme, die beim Kaltstart eines PCs auftreten:

  •  Zum Einen ein klassisches Henne-Ei-Problem oder das Problem des Freiherrn von Münchhausen, der sich „am eigenen Schopf aus einem Sumpf“ herausziehen sollte: Software ist in der Regel auf einem Datenträger gespeichert, der zunächst in den Hauptspeicher des Rechners eingelesen werden muss. Zum Einlesen des Datenträgers benötigt die CPU aber wiederum Software. Frühere Computer und Rechenanlagen lösten dieses Problem dadurch, dass sie die CPU nach dem Einschalten des Rechners grundsätzlich zunächst in den Pausemodus versetzten. Bevor der Rechner gestartet werden konnte, musste zunächst manuell oder mithilfe spezieller Peripherie eine minimale Software (Bootloader, Urlader oder Ladeprogramm genannt) in den Hauptspeicher eingetragen werden. Häufig war die Neueingabe des Urladers beim Starten des Rechners aber gar nicht nötig, da der in den 1960er und frühen 1970er Jahren weit verbreitete Kernspeicher – ganz im Gegensatz zum heute gebräuchlichen Halbleiterspeicher – seinen Inhalt beim Ausschalten nicht verlor und die Programme im Hauptspeicher deshalb zumeist nur neu gestartet werden mussten oder sogar fortgesetzt werden konnten. Das Ladeprogramm ist bei heutigen PCs Teil des BIOS, das in einem speziellen Speicherbaustein, dem Flash-Speicher abgelegt ist, dessen Speicherinhalt auch ohne Stromzufuhr erhalten bleibt. Damit entfällt heute die manuelle Eingabe eines Ladeprogramms.

  • Zum Anderen erfordert unterschiedliche Hardware, die in unterschiedlichen Rechnern verbaut ist, jeweils eine spezielle Ansteuerungssoftware („Treibersoftware“). Ein Betriebssystem musste also früher auf jede Variante jedes Rechnertyps speziell zugeschnitten werden, um darauf lauffähig zu sein. Durch die Auslagerung dieser speziellen Ansteuersoftware in den jeweiligen Rechner wurde es möglich, die gleiche Betriebssystemsoftware auf verschiedenen Rechnern laufen zu lassen. Damit wirkt das BIOS nach neuerer Sprechweise u. a. als Hardware Abstraction Layer (HAL).
      Allerdings lässt sich beobachten, dass moderne Betriebssysteme wieder dazu übergehen, eigene Treibersoftware für die Hardware zu benutzen, da im Protected Mode keine BIOS-Aufrufe mehr möglich sind.


BIOS beim IBM-kompatiblen PC

Funktionen

Durch modernere Hardware hat das BIOS im Laufe der Zeit neue Funktionen hinzugewonnen. Nicht alle der im Folgenden genannten Punkte wurden schon vom Ur-BIOS auf dem ersten IBM PC ausgeführt. Die Weiterentwicklung der Hardware hat im Laufe der Zeit (Stand 2005 ist das BIOS-Konzept bereits über 20 Jahre alt) zu einer Reihe von iterativen, inkompatiblen Ergänzungen geführt, die zunehmend den Charakter von „Flickschusterei“ tragen und nicht mehr zeitgemäß für moderne 64-Bit-Systeme sind. Daher wurde in Form von Extensible Firmware Interface (EFI) bereits ein BIOS-Nachfolger entwickelt.
Ein ROM, auf dem ein BIOS gespeichert ist

Im Wesentlichen führt das BIOS die folgenden Funktionen aus, bevor das Betriebssystem gestartet wird:

    * Power On Self-Test (POST)
    * Initialisierung der Hardware
    * Aufforderung zur Eingabe eines BIOS-Passworts (falls konfiguriert)
    * Aufforderung zur Eingabe eines Festplatten-Passworts (falls konfiguriert)
    * Darstellung eines Startbildschirms
    * Möglichkeit ein BIOS-Konfigurationsmenü („BIOS-Setup“) aufzurufen
    * Aufrufen von BIOS-Erweiterungen einzelner Subsysteme, die entweder auf Steckkarten untergebracht sind oder direkt auf dem Mainboard integriert sind, z. B.:
          o Grafikchip
          o Netzwerkchip
          o SCSI-Controller
          o RAID-Controller
    * Feststellen, von welchem Datenträger gebootet werden kann und soll
    * Laden des Software-Bootloaders von diesem Datenträger.

Danach übernimmt der geladene Bootloader die Kontrolle über den Rechner. Meist lädt und startet er das auf dem entsprechenden Datenträger gespeicherte Betriebssystem entweder sofort oder bietet ein Menü zur Auswahl eines Betriebssystems an (Bootmanager). Bei klassischen im Real Mode laufenden Betriebssystemen (z. B. DOS) wird das BIOS auch im weiteren Betrieb genutzt. Es übernimmt für das Betriebssystem die Kommunikation mit diverser Hardware, z. B.:

    * Tastatur
    * serielle und parallele Schnittstellen
    * Systemlautsprecher
    * Grafikkarte
    * Diskettenlaufwerke
    * Festplatten

Andere, moderne Arten von Hardware werden vom BIOS nicht bedient. Zur Ansteuerung z. B. einer Maus ist unter DOS ein spezieller Hardwaretreiber nötig.

Neuere, treiberbasierte Betriebssysteme wie z. B. Linux oder Microsoft Windows nutzen diese BIOS-Dienste nicht. Sie laden für jede Art von Hardware einen speziellen Treiber. Sie müssen jedoch am Anfang ihres Startvorgangs noch kurz auf die BIOS-Funktionen zur Ansteuerung der Festplatten zurückgreifen, um ihren Festplattentreiber zu laden.

 BIOS-Einstellungen

Um in das Setup-Programm des BIOS zu gelangen, muss beim Einschalten des Rechners eine bestimmte Taste oder Tastenkombination betätigt werden (meist Entf, Einfg, F1, F2, F8, F10 oder F12, bei Baycom-Notebooks Strg / Ctrl+Alt+S, bei Adaptec-SCSI-Karten Strg / Ctrl+Alt+A). Bei einigen wenigen Mainboards muss ein bestimmter Jumper gesetzt werden.

Die Einstellungen werden in einem CMOS-Speicher gespeichert, der über die Mainboard-Batterie auch ohne Netzanschluss mit Strom versorgt wird. Oft ist dieser Speicher mit der Echtzeituhr des Systems kombiniert, da auch diese immer mit Strom versorgt werden muss.

Bei Schwierigkeiten bietet das BIOS meist die Möglichkeit, die Standardeinstellungen des Rechner- oder des BIOS-Herstellers zu setzen. Wenn es nicht mehr möglich ist, ins Setup-Programm zu kommen (etwa weil der Rechner gar nicht mehr bootet), lassen sich die Einstellungen meist über einen Jumper am Mainboard zurückstellen (bei allen neueren Mainboards muss dafür das Netzteil ganz abgeschaltet werden). Wenn das nicht möglich ist, kann der CMOS-Speicher durch das Entfernen der Batterie gelöscht werden. Letzteres benötigt aber einige Zeit, bis auch die Kondensatoren entladen sind.

Sicherheit

Das BIOS ist die zweite Sicherheitsstufe, die unberechtigten Zugriff auf einen Computer verhindern kann. Zuvor gibt es die physische Sicherung mit Schlössern o. ä, welche deutlich wirksamer ist. Im BIOS-Setup kann eine Passwortabfrage für das Starten des Rechners eingerichtet werden. Dies stellt nur auf den ersten Blick eine Sicherung des Systems dar, da diese Einstellungen bei physischem Zugang zum Computer mehr oder weniger leicht durch Manipulationen auf der Hauptplatine ausgehebelt werden können. Zudem wirkt diese Sicherung nur auf die Hauptplatine, auf der sich das BIOS enthaltende ROM befindet. Wird diese ausgetauscht, oder die Festplatte(n) des Systems in einen anderen Rechner eingebaut, kann problemlos auf alle Daten zugegriffen werden. Zudem haben die Hersteller meist ein festes (Recovery-, Master- oder Supervisor-)Passwort eingerichtet, um den Zugang wiederherstellen zu können, wenn der Benutzer sein eigenes Passwort vergessen hat.

Aktualisieren des BIOS

Auf modernen Hauptplatinen ist das BIOS in einem wiederbeschreibbaren Speicher (genauer: EEPROM meist Flash-Speicher) abgelegt. Daher kann es ohne Herausbauen dieses Chips durch neuere Versionen ersetzt werden („Flashen“). Da ein Rechner ohne vollständiges BIOS jedoch nicht funktionsfähig ist, stellt dieser Vorgang immer ein gewisses Risiko dar. Wird er unterbrochen, z. B. durch einen Stromausfall, muss der Chip, auf dem das BIOS gespeichert ist, normalerweise ausgetauscht werden.

Mit der Zeit entwickelten AMI, Award, Phoenix und andere Hersteller „BootBlock“/Recovery-BIOS-Bereiche, die bei einem Flash-Vorgang dann normalerweise nicht mehr überschrieben werden. Schlug der Flash-Vorgang fehl, startet das „BootBlock“/Recovery-BIOS und ermöglicht es, von Diskette zu booten. Bei einigen BIOS-Varianten kann sogar eine spezielle "Recovery-CD/-Diskette" erstellt werden, die auch bei einem defektem BIOS durch Setzen eines Jumpers automatisch das BIOS wiederherstellt. Dazu sind keinerlei Benutzereingaben notwendig und keine grafische Ausgabe nötig, welche bei defektem BIOS ohnehin meist nicht mehr funktioniert.

Einige Hauptplatinen bieten ein so genanntes DualBIOS™ an. Im Fehlerfall kann das zweite (noch intakte) BIOS den Startvorgang übernehmen und die Änderung rückgängig gemacht werden. Das kann beim Flashen des BIOS ein Rettungsanker sein, sollte die neu aufgespielte BIOS-Version nicht funktionieren. Des Weiteren können mit einem DualBIOS verschiedene BIOS-Einstellungen geladen werden.

Dieser Artikel basiert auf dem Artikel Basic Input Output_System aus der freien Enzyklopädie Wikipedia und steht unter der GNU-Lizenz für freie Dokumentation. In der Wikipedia ist eine Liste der Autoren verfügbar.

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