BIOS

El sistema básico de entrada-salida o BIOS (del inglés Basic Input/Output System) es un estándar de facto que define la interfaz de firmware para computadoras IBM PC compatibles[1]. También es conocido como BIOS del sistema, ROM BIOS y BIOS de PC. El nombre se originó en 1975, en el BIOS usado por el sistema operativo CP/M.[2]

BIOS
Basic Input/Output System


Dos chips de BIOS AMD para una computadora Dell 310 de la década de 1980
Información
Tipo Estándar de facto
Software
Fabricante
Almacenado en
Estandarización
Uso Arranque
Cronología
BIOS
Extensible Firmware Interface

El firmware del BIOS es instalado dentro de la computadora personal (PC), y es el primer programa que se ejecuta cuando se enciende la computadora.

El propósito fundamental del BIOS es iniciar, y probar el hardware del sistema y cargar un gestor de arranque o un sistema operativo desde un dispositivo de almacenamiento de datos. Además, el BIOS provee una capa de abstracción para el hardware, por ejemplo, que consiste en una vía para que los programas de aplicaciones y los sistemas operativos interactúen con el teclado, el monitor y otros dispositivos de entrada/salida. Las variaciones que ocurren en el hardware del sistema quedan ocultas por el BIOS, ya que los programas usan servicios de BIOS en lugar de acceder directamente al hardware. Los sistemas operativos modernos ignoran la capa de abstracción provista por el BIOS y acceden al hardware directamente.

El BIOS del PC/XT de IBM original no tenía interfaz interactiva con el usuario. Los mensajes de error eran mostrados en la pantalla, o codificados por medio de una serie de sonidos. Las opciones en la PC y el XT se establecían por medio de interruptores y jumpers en la placa base y en las placas de los periféricos. Las modernas computadoras compatibles Wintel proveen una rutina de configuración, accesible al iniciar el sistema mediante una secuencia de teclas específica. El usuario puede configurar las opciones del sistema usando el teclado y el monitor.

El software del BIOS es almacenado en un circuito integrado de memoria ROM no volátil en la placa base. Está específicamente diseñado para trabajar con cada modelo de computadora en particular, interconectando los diversos dispositivos que componen el conjunto de chips complementarios del sistema. En computadoras modernas, el BIOS está almacenado en una memoria flash, por lo que su contenido puede ser reescrito sin retirar el circuito integrado de la placa base. Esto permite que el BIOS sea fácil de actualizar para agregar nuevas características o corregir errores, pero puede hacer que la computadora sea vulnerable a los rootkit de BIOS.

El MS-DOS (PC DOS) fue el sistema operativo de PC dominante desde principios de la década de 1980 hasta mediados de la década de 1990. Dependía de los servicios del BIOS para las funciones de disco, teclado y visualización de textos. Windows NT, Linux y otros sistemas operativos de modo protegido en general no lo usan después de cargarse en memoria.

La tecnología de BIOS está en un proceso de transición hacia la interfaz de firmware extensible unificada (UEFI) desde el año 2010.[3]

Historia

 
/* C P / M   B A S I C   I / O    S Y S T E M    (B I O S)
                    COPYRIGHT (C) GARY A. KILDALL
                             JUNE, 1975 */
[…]
/*  B A S I C   D I S K    O P E R A T I N G   S Y S T E M  (B D O S)
                    COPYRIGHT (C) GARY A. KILDALL
                            JUNE, 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

El acrónimo BIOS fue inventado por Gary Kildall[4] y apareció por primera vez en 1975 en el sistema operativo CP/M[5][6] describiendo la parte específica de la máquina del CP/M cargado durante el arranque que interactúa directamente con el hardware[2] (por lo general, una máquina de CP/M solo tiene un simple arranque en su ROM).

Las versiones de MS-DOS o PC DOS contienen un archivo denominado bajo alguno de los siguientes nombres: IO.SYS, IBMBIO.COM, IBMBIO.SYS, o DRBIOS.SYS. Este archivo se conoce como el BIOS DOS o Sistema I/O DOS, y contiene la parte de hardware específico de bajo nivel del sistema operativo. Junto con el hardware específico, pero independiente del BIOS del sistema subyacente al sistema operativo que reside en la memoria ROM, este representa el análogo al CP/M BIOS.

En otros tipos de computadoras, se emplean en su lugar los términos monitor de arranque, gestor de arranque, y ROM de arranque. Algunos equipos basados en PowerPC y Sun utilizan Open Firmware para este propósito.

Con la introducción de las máquinas PS/2, IBM dividió el sistema BIOS en porciones en modo real y modo protegido. La porción de modo real estaba destinada a proporcionar retrocompatibilidad con los sistemas operativos como DOS, y por lo tanto fue nombrado CBIOS (para compatibilidad del BIOS), mientras que el ABIOS (por Advanced BIOS) proporcionaba nuevas interfaces adaptadas específicamente para sistemas operativos multitarea como OS/2.

Hay algunas alternativas a la funcionalidad de la legacy BIOS en el mundo x86: Extensible Firmware Interface, Open Firmware (usado en la OLPC XO-1), y Coreboot.

Funcionamiento

Cuando se reinicia el procesador x86, se carga el contador de programa con una dirección fija en la parte superior del espacio de direccionamiento en modo real de 1 megabyte. La dirección de la memoria del BIOS está situado de tal manera que se ejecutará cuando el equipo se pone en marcha primero. Entonces, una instrucción de salto dirige el procesador para iniciar la ejecución de código en el BIOS. Si el sistema acaba de ser encendido o el botón de reinicio fue presionado (arranque en frío), se ejecuta completamente la autoprueba de encendido (POST). Si se inició Ctrl+Alt+Supr ("arranque en caliente"), se detecta un valor de indicador especial en la memoria no volátil (NVRAM) y la BIOS no ejecuta el POST. Esto ahorra un tiempo que es utilizado para detectar y probar toda la memoria. La NVRAM está en el reloj en tiempo real (RTC).

El indicador de pruebas de autodiagnóstico identifica e inicializa los dispositivos del sistema, como la CPU, la RAM, interruptores y controladores DMA y otras partes del chipset, tarjeta de vídeo, teclado, unidad de disco duro, unidad de disco óptico y otro hardware básico. La BIOS localiza el software gestor de arranque localizado en un dispositivo almacenamiento designado como dispositivo de arranque, tal como un disco duro, un disquete, CD o DVD, carga y ejecuta ese software, dándole el control del PC. Este proceso se conoce como arranque o secuencia de arranque.

Actualización Firmware

Para una referencia de placa base el fabricante puede publicar varias revisiones del BIOS, en las cuales se solucionan problemas detectados en los primeros lotes, se codifican mejores controladores o se da soporte a nuevos procesadores.

La actualización de este firmware puede ser realizado con algún programa para quemar una nueva versión directamente desde el sistema operativo, los programas son propietarios de cada compañía desarrolladora del firmware y por lo general pueden conseguirse en internet junto al BIOS propiamente dicho.

La actualización del BIOS es percibida como no exenta de riesgos, dado que un fallo en el procedimiento conduce a que la placa base no arranque. Debido a ello algunos fabricantes usan sistemas como el bloqueo de arranque, que es una porción de BIOS que está protegida y que no es actualizable a diferencia del resto del firmware.

Overclocking

Algunos chips de BIOS permiten el overclocking, una acción en el que la CPU se ajusta a una velocidad de reloj más alta que su ajuste de fábrica. De manera previsora, es altamente recomendable realizar la implementación de un sistema de refrigeración y control de temperatura correcto y confiable que asegure la preservación de la integridad estructural de los componentes electrónicos que serán afectados por la acción del overclocking, incluyendo la protección de componentes como el bus, chips y múltiples dispositivos electrónicos adicionales, considerando la regla de proporcionalidad descrita como el Efecto Joule: "la cantidad de calor producido por un alambre (conductor eléctrico), es proporcional al cuadrado de la corriente que pasa a través del alambre conductor, multiplicado por la resistencia eléctrica del mismo." El overclocking podría comprometer seriamente la confiabilidad del sistema en computadoras insuficientemente refrigeradas y provocar la reducción de la vida útil de sus componentes. De realizarse correctamente, el overclocking puede asegurar la integridad estructural e incremento en el rendimiento de los componentes electrónicos en la placa base, de otro modo podría ocasionar el sobrecalentamiento de los componentes y su autodestrucción instantánea.

Firmware en tarjetas adaptadoras

Un sistema puede contener diversos chips con firmware BIOS además del que existe en la placa base: tarjetas de vídeo, de red y otras cargan trozos de código en la memoria (con ayuda de la BIOS principal) que permite el funcionamiento de esos dispositivos.

El BIOS de video es visible como un integrado separado.

Tarjetas de vídeo

A diferencia de otros componentes del sistema, la tarjeta de vídeo debe funcionar desde el arranque inicial, mucho antes de que cualquier sistema operativo esté siendo cargado en la memoria RAM: en los sistemas con vídeo integrado, el BIOS de la placa base contiene las rutinas necesarias para hacer funcionar el vídeo de la placa.

Los primeros ordenadores (que no poseían vídeo integrado) tenían BIOS capaces de controlar cualquier tarjeta adaptadora MDA y CGA. En 1984 cuando aparecieron sistemas nuevos como el EGA fue necesario agregar una BIOS de vídeo para mantener la compatibilidad con esos sistemas que no tenían las rutinas de manejo para el nuevo estándar; desde esa época las tarjetas de vídeo incluyen un firmware propio.

El BIOS de estas adaptadoras provee herramientas básicas para manejar el hardware de vídeo que ofrece la tarjeta. Cuando el computador inicia, algunas de esas tarjetas muestran en pantalla la marca de la misma, el modelo y la versión del firmware además del tamaño de la memoria de vídeo.

El mercado de los BIOS

La gran mayoría de los proveedores de placas base de arquitectura x86 delegan a terceros la producción de los BIOS. Los fabricantes suelen escribir y publicar actualizaciones del firmware en las cuales se corrigen problemas o se da compatibilidad a nuevos productos.

Los principales proveedores de BIOS son American Megatrends (AMI) y Phoenix Technologies (que compró Award Software International en 1998).

Existen proyectos de BIOS bajo el esquema de Software libre, como Coreboot, que ofrecen firmware alternativos para unas pocas referencias de placas base.

Alternativas y sucesores
Para obtener software comparable en otros sistemas informáticos, consulte Arranque (informática)

La Unified Extensible Firmware Interface (UEFI) complementa el BIOS en muchas máquinas nuevas. Inicialmente escrito para la Arquitectura Intel Itanium, UEFI ahora está disponible para plataformas de arquitectura x86 y ARM; el desarrollo de especificaciones está dirigido por el Unified EFI Forum, un grupo de interés especial de la industria. El arranque EFI solo ha sido compatible con las versiones de Microsoft Windows compatibles con la Tabla de particiones GUID,[7] el Núcleo Linux 2.6.1 y posteriores, y macOS en Mac basados ​​en Intel.[8] A partir de 2014, el nuevo hardware de PC se envía predominantemente con firmware UEFI. La arquitectura de protección de rootkit también puede evitar que el sistema ejecute los cambios de software propios del usuario, lo que hace que UEFI sea controvertido como un reemplazo de BIOS heredado en la comunidad de Hardware libre. Además, Windows 11 requiere UEFI para arrancar.[9][7]

Véase también

Referencias
  1. Kozierok, Charles M. (17 de abril de 2001). «System BIOS». PCGuide (en inglés). Archivado desde el original el 21 de diciembre de 2014. Consultado el 27 de junio de 2021.
  2. Kildall, Gary A. (enero de 1980). «The History of CP/M, THE EVOLUTION OF AN INDUSTRY: ONE PERSONS VIEWPOINT» (en inglés) (Vol. 5, No. 1, Number 41 edición). Dr. Dobb's Journal of Computer Calisthenics & Orthodontia. pp. 6-7. Archivado desde el original el 24 de noviembre de 2016. Consultado el 3 de junio de 2013.
  3. Bradley, Tony. «R.I.P. Bios: A Uefi Primer». PCWorld. Consultado el 27 de enero de 2014.
  4. Swaine, Michael (1 de abril de 1997). «Gary Kildall and Collegial Entrepreneurship». Dr. Dobb's Journal (en inglés). Consultado el 20 de noviembre de 2006.
  5. A. Joseph "Joe", Killian (2001). «Gary Kildall's CP/M: Some early CP/M history - 1976-1977» (en inglés). Thomas "Todd" Fischer, IMSAI. Archivado desde el original el 29 de diciembre de 2012. Consultado el 3 de junio de 2013.
  6. Fraley, Bob; Spicer, Dag (26 de enero de 2007). «Oral History of Joseph Killian, Interviewed by: Bob Fraley, Edited by: Dag Spicer, Recorded: January 26, 2007, Mountain View, California, CHM Reference number: X3879.2007,» (en inglés). Computer History Museum. Archivado desde el original el 14 de julio de 2014. Consultado el 3 de junio de 2013.
  7. «Windows and GPT FAQ» (en inglés). Microsoft. Archivado desde el original el 19 de febrero de 2011. Consultado el 27 de junio de 2021.
  8. «Extensible Firmware Interface (EFI) and Unified EFI (UEFI)» (en inglés). Intel. Archivado desde el original el 5 de enero de 2010. Consultado el 6 de diciembre de 2014.
  9. «Windows 11 Specs and System Requirements». Microsoft. 8 de julio de 2008. Consultado el 27 de junio de 2021.
  10. Bradley, Tony. «R.I.P. Bios: A Uefi Primer». PCWorld. Consultado el 27 de enero de 2014.

Bibliografía
  • Dembowski, Klaus (2003). Gran libro del hardware. Marcombo. pp. 65-80. ISBN 8426713424, ISBN 9788426713421. «Referencia de Hardware: Basic Input Output System - BIOS ».

Enlaces externos
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