Exposé sur le basic input operating system

1. LE BIOS

2. SOMMAIRE
I. PRESENTATION DU BIOS.
II. BIOS DE LA CARTE MERE.
III. MISE A JOUR DU BIOS.
IV. SPECIFICATION DES PARAMETRES
CMOS.
V. BIOS PLUG AND PLAY.
VI. MESSAGES D’ERREUR DU BIOS.

3. PRESENTATION DU BIOS
INTRODUCTION
Beaucoup de gens éprouvent des difficultés à distinguer le matériel du
logiciel dans un système PC. Les différences sont difficiles à identifier
puisque le matériel et le logiciel dépendent fortement l’un de l’autre dans
la conception, construction et le fonctionnement du système. Il est
essentiel de comprendre ces différences pour comprendre le rôle du Bios
au sein du système.
Le BIOS (Basic Input/output system, système d’entrées/sorties de base) est,
au niveau le plus basique, un logiciel de bas niveau contrôlant le matériel
système et servant d’interface entre le système d’exploitation et le
matériel. Ce terme est souvent connu sous un autre nom, celui de pilotes
de périphériques ou simplement de pilote. Autrement dit, le terme BIOS
représente tous les pilotes. Il constitue le lien entre le matériel et le
logiciel d’un système.

4. Historique
Dans les premiers PC, le BIOS contenant tous les pilotes de périphériques
étaient gravés dans une ou plusieurs puces de mémoire non volatiles en
lecture seule (ROM, Read Only Memory).
La ROM contenait :
• Le BIOS
• Un programme d’autotest (POST, Power-On/Self Test)
• Un chargeur d’amorce
Au début, tous les pilotes de périphériques nécessaires étaient dans le BIOS,
stockés dans la ROM de la carte mère.
Ex : pilotes pour : clavier, adaptateurs vidéos, ports séries et parallèles,
contrôleurs de disquette/disques dur, manette de jeu, horloge…

5. HISTORIQUE (suite)
Tout cela fonctionnait parfaitement tant qu’on ajoutait pas de nouveau
matériel dont le pilote n’était pas dans la ROM…
Deux approches étaient possible dans une telle situation :
• Si le périphérique matériel était une carte adaptateur, elle pouvait
intégrer une ROM contenant les pilotes nécessaires. La ROM de la carte
mère était programmée pour assimiler la ROM des cartes adaptateurs,
exécutant leur code et ajoutant leurs fonctions au BIOS existant, pour
augmenter les fonctionnalités générales.
• Si le périphérique n’est pas une carte adaptateur : un programme
chargeait en mémoire les pilotes nécessaires, qui étaient placés sur le
disque de démarrage pour les associer à ceux du BIOS, augmentant les
fonctionnalités générales.

6. HISTORIQUE (suite)
A ce stade, les pilotes provenaient donc de trois sources :
• ROM de la carte mère.
• ROM des cartes adaptateurs.
• Disque de démarrage.
C’est l’association de ces 3 éléments qui constitue le BIOS dans son ensemble.
Avec l’évolution des PC, plus de matériel, plus d’accessoires et donc plus de
pilotes. Alors que la puce ROM de la carte mère est figée à 128 Ko (ainsi
que celle des cartes adaptateurs), déjà presque utilisée par les pilotes
existants ( POST, programme de config du BIOS et chargeur d’amorce).
Par manque de mémoire disponible en ROM et pour des raisons financières,
les sociétés qui développaient du matériel pour le PC se sont misent à
charger des pilotes en RAM au cours du processus de démarrage, jusqu’à
aujourd’hui où tous les pilotes 32 ou 64 bit sont chargés depuis le disque
et remplacent tous les pilotes de la ROM de la carte mère.

7. PRESENTATION (suite)
Un système PC présente 4 couches
principales :
•L’objectif de cette conception est de
permettre à un système d’exploitation et à
une application donnée de s’exécuter sur
différents matériels.
•L’API (interface de programmation
d’application) permet le dialogue entre les
programmes et logiciels d’application et le
système d’exploitation.
•L’application est conçue pour dialoguer
avec le système d’exploitation plutôt qu’avec
le matériel.
•Quel que soit le matériel, la couche BIOS
présente une interface analogue au
système.
• BIOS : interface entre matériel et logiciel.
Il sert à masquer la les différences entre les
matériels pour qu’un système d’exploitation
donné puisse s’exécuter .

8. BIOS DE LA CARTE MERE
Le BIOS de la carte mère est beaucoup plus souvent associé au matériel
qu’au logiciel car cette partie du BIOS se trouve sur une puce ROM (lecture
seule) enfiché sur la carte mère.
Cette puce fournit les pilotes initiaux requis pour exécuter le système.
Plutôt que de faire évoluer le BIOS de la carte mère pour supporter les
nouvelles unités, il était beaucoup plus simple et plus pratique de copier
les nouveaux pilotes sur le disque dur du système et de configurer le
système d’exploitation pour qu’il charge ces pilotes au démarrage de la
machine.
Cependant pour certains périphériques comme le disque dur, les pilotes
doivent être actifs pendant le démarrage de l’ordinateur. La ROM de la
carte mère du PC a été conçue pour parcourir les connecteurs logiques à
la recherche de cartes disposant de ROM.

9. BIOS DE LA CARTE MERE
La carte mère contient aussi une puce appelée RTC/NVRAM, qui signifie
horloge temps réel/RAM non volatile. C’est l’endroit où sont stockées les
informations de configuration du BIOS. Aussi appelée puce CMOS d’après
sa technologie qui consomme très peu d’énergie.
Le BIOS contient un programme Setup pour stocker des informations sur la
configuration de l’ordinateur dans la mémoire CMOS alimentée par une
pile sur la carte mère. Aussi appelée NVRAM (non volatile) parce qu’elle
est alimentée par un courant électrique de 1 microAmper seulement et
qu’elle peut stocker des données pendant des années grâce à une petite
pile au lithium.
Il existe une relation entre le BIOS et la RAM CMOS, mais il s’agit de deux
éléments distincts du système ; à ne pas confondre.

10. BIOS DE LA CARTE MERE
Le BIOS est une série de programmes incorporés à une ou plusieurs puces
mémoires, selon le modèle d’ordinateur, qui est la première chose que
l’ordinateur charge (avant même de charger le système d’exploitation)
quand il est mis sous tension. Le BIOS de la plupart des PC est composé de
quatre éléments importants :
• POST : L’autotest qui vérifie les principaux composants de l’ordinateur
quand celui-ci est mis sous tension.
• Setup BIOS : Il permet de paramétrer les options de la carte mère et du
chipset, la date et l’heure, et d’autres options du système de base.
• Chargeur d’amorce : qui charge le début du VBR (volume boot record) ,qui
charge ensuite le premier fichier du système d’exploitation qui prend le
relais…
• BIOS : il intègre une série de pilotes servant d’interface de base entre le
système d’exploitation et le matériel. Ex : mode sans échec

11. BIOS DE LA CARTE MERE
1. La mémoire ROM : mémoire capable de stocker des données de façon
permanente ou semi-permanente. Presque impossible d’écrire dessus.
Carte de mémoire PC
montrant le BIOS ROM

12. BIOS DE LA CARTE MERE
• Duplication de la ROM : Les modules de mémoire ROM sont très lent
(temps d’accès de 150 ns) comparés aux mémoires DRAM (10 ns).
Ainsi on copie souvent le contenu des modules ROM sur les puces RAM lors
du démarrage pour un accès plus rapide pendant le fonctionnement
normal. On appelle ça le shadowing .
TYPES DE PUCES ROM
• ROM (mémoire en lecture seule).
• PROM (ROM programmable).
• EPROM (ROM programmable effaçable).
• EEPROM (PROM effaçable électriquement, aussi appelée ROM Flash).
Quel que soit le type utilisé, les données stockées sont permanentes jusqu’à
effacement ou modification volontaires.

13. BIOS DE LA CARTE MERE
Un
programmateur
d’unité
standard
(bruleur de
PROM).

14. BIOS DE LA CARTE MERE
Une EPROM
avec sa
fenêtre de
quartz pour
un
effacement
ultraviolet

15. BIOS DE LA CARTE MERE
Un effaceur
d’EPROM
professionnel

16. BIOS DE LA CARTE MERE
Les fabricant de BIOS en ROM
Plusieurs fabricants de BIOS se partagent aujourd’hui le marché et fournissent
le code destiné aux ROM de la majorité des constructeurs de cartes mères
et de systèmes.
Plusieurs sociétés sont spécialisées dans le développement de BIOS pour
ordinateurs compatibles PC. Les trois plus connues sont :
• American Megatrends, Inc (AMI).
• Phoenix Technologies.
• Award Software (aujourd’hui dans le giron de Phoenix Technologies).
Chacun signe avec des fabricants de cartes mères des contrats de licence les
autorisant à utiliser son BIOS, ce qui permet aux fabricants de ne plus
avoir à se soucier que du matériel, non des logiciels.

17. BIOS DE LA CARTE MERE
OEM :
• De nombreux fabricants OEM (fabricants d’équipements spécifiques)
passent des contrats avec AMI ou Phoenix pour le BIOS de leur cartes
mères puis apportent leurs propres adaptations. Certains développent
aussi indépendamment leur propre BIOS compatibles en interne comme
Dell, HP/Compaq, AT&T et Acer après avoir parfois commencé avec AMI
ou Phoenix.
• Les mises à jour du BIOS pour votre système doivent être obtenues auprès
du fabricant du système ou de la carte mère. C’est particulièrement vrai
lorsque le fabricant du système ou de la carte mère apporte ses propres
modifications au BIOS.

18. BIOS DE LA CARTE MERE
Format de la
chaîne
d’identification
1 du BIOS AMI
Hi-Flex ( pas
complet).

19. MISE A JOUR DU BIOS
Les mises à jour du BIOS doivent être recueillies auprès du fabricant de la
carte mère ou d’une entreprise spécialisée qui prend en charge la carte
mère en question. En général ceci ne se demande pas à la société qui
développe le BIOS originel.
Voici plusieurs raisons de mettre à jour le BIOS :
• Prise en charge des processeurs plus récents et plus rapides ;
• Prise en charge des lecteurs SATA (Serial ATA) en mode natif AHCI ;
• Corrections de bogues de calendrier et d’années bissextile ;
• Prise en charge de WOL (Wake On Lan) et du démarrage réseau;

20. MISE A JOUR DU BIOS
1. Déterminer la version du BIOS :
Pour rechercher une mise à jour du BIOS d’une certaine carte mère, les
informations suivantes sont indispensables :
- La marque et le modèle de la carte mère (ou du système) ;
- La version du BIOS existant ;
Par ailleurs, les informations d’identification du BIOS sont généralement
données dans les écrans du programme de configuration du BIOS
2. Vérifier la date du BIOS :
Pour déterminer l’âge et les possibilités de la ROM de votre carte mère, vous
pouvez consulter la date du BIOS.
Elle indique généralement la date de la dernière mise à jour du BIOS. Elle
donne une indication sur les fonctionnalités présentes ou non dans le
BIOS.

21. MISE A JOUR DU BIOS
• L’outil DEBUG fourni avec Windows et DOS permet de
consulter ces adresses.
Utiliser DEBUG pour afficher la date du
BIOS de la carte mère.

22. MISE A JOUR DU BIOS
3. Sauvegarder le BIOS :
Avant de mettre à jour le BIOS, il est préférable d’essayer d’en créer une copie
de sauvegarde. On peut ainsi revenir à une version précédente en cas de
problèmes.
Une manière
de procéder
depuis l’invite
de commande
pour
enregistrer les
segments E000
et F000 avec
DEBUG.

23. MISE A JOUR DU BIOS
4. Sauvegarder les paramètres de configuration du BIOS (RAM
CMOS) :
La mise à jour du BIOS efface souvent les paramètres de configuration du
BIOS enregistrés dans la RAM CMOS.
• Il faut donc sauvegarder ces paramètres, en particulier les plus
importants, comme ceux des disques durs.
• Il est préférable d’enregistrer manuellement les paramètres de
configuration du BIOS et/ou des les imprimer.
• Dans tous les cas, il faut conserver les paramètres des disques durs car
ils peuvent empêcher le démarrage du système et l’accès aux données.

24. MISE A JOUR DU BIOS
5. Mettre à jour un BIOS Flash :
Depuis 1996, presque tous les PC utilisent une ROM Flash pour contenir le
BIOS. Il s’agit d’une puce EEPROM comme évoquée précédemment, qui
est intégrée au South Bridge.
La plupart des mises à jour d’une ROM Flash entrent dans les quatre
catégories suivantes :
• Programme Windows exécutable : plus simple et plus répandue ;
• Image de support amorçable : simple et fonctionne avec toutes les OS ;
• Support amorçable créé par l’utilisateur : disque, cd-rom ou clé usb ;
• Support de récupération d’urgence ; bloc d’amorce, cavalier de
configuration du BIOS

25. MISE A JOUR DU BIOS
• La plupart des cartes mères, y compris celles d’Intel, disposent d’un
cavalier de configuration du BIOS, dont l’un des modes correspond à la
procédure de récupération.
Cavalier de
configuration
du BIOS.

26. Spécification des paramètres CMOS
Le BIOS doit être configuré avec les informations spécifiques au système
avant de pouvoir utiliser l’ordinateur. Le programme Setup livré avec le
système permet de sélectionner les options.
1. Exécuter ou accéder au programme de configuration (Setup) CMOS
Pour exécuter le programme Setup BIOS, il faut redémarrer l’ordinateur et
appuyer sur une touche particulière pendant le déroulement du test
POST. Ex: BIOS AMI, appuyer sur F1 ou Suppr pendant le POST.
2. Les menus de configuration du BIOS
Les menus des BIOS les plus récents apparaissent dans une barre en haut de
l’écran principal. Cette barre permet de se déplacer dans les principaux
menus.

27. Spécification des paramètres CMOS
• Le Setup BIOS possède aussi d’autres fonctions comme le Virus Warning
ou encore le ROM Shadowing comme vu précédemment.

28. BIOS PLUG AND PLAY
L’installation et la configuration des périphériques dans les PC ont toujours
été des opérations difficiles.
Avec la technologie PnP, les problèmes de configuration sont supprimés et
l’utilisateur peut aisément faire évoluer son PC. Il lui suffit d’enficher la
nouvelle carte et le système se charge de la configurer automatiquement.
PnP est constitué de trois éléments principaux :
 BIOS Plug and Play ;
 ESCD (Extended System Configuration Data, données de configuration
système étendues);
 Système d’exploitation Plug and Play;

29. BIOS PLUG AND PLAY
1. Identifier les paramètres PnP :
Les périphériques Plug and Play doivent pouvoir être identifiés de façon
unique par le système d’exploitation qui doit charger les pilotes
appropriés.
 ACPI : Advanced Configuration and Power Interface
Méthode standard pour intégrer la gestion de l’énergie et les fonctions de
configuration du système dans un PC, y compris le matériel, le système
d’exploitation et les applications.
Cette méthode est plus aboutie que la précédente (APM : Advanced Power
Management ), qui concernait principalement le processeur, le disque
dur et l’affichage.
ACPI contrôle l’alimentation, la configuration matérielle Plug and Play du
système. Ces aspects ne sont plus contrôlés depuis le BIOS, mais
entièrement par le système d’exploitation.

30. BIOS PLUG AND PLAY
2. Initialiser un périphérique PnP
Pendant le déroulement de l’autotest POST, le BIOS PnP est chargé de la
détection et de l’initialisation de toutes les cartes d’extension PnP.
• Il doit leur attribuer un numéro de carte valide (CSN, Card Select
Number).
• Une fois le CSN affecté, le BIOS du système peut alors attribuer les
ressources aux cartes.
• Le BIOS s’intéresse uniquement à la configuration des périphériques
d’amorçage.
• Tous les autres périphériques PnP pourront être configurés
dynamiquement par le système d’exploitation.

31. BIOS PLUG AND PLAY

32. Messages d’erreur du BIOS
Quand un système PC est mis sous tension, celui-ci exécute le test POST
(Power-On Self Test, test automatique à la mise sous tension).
Si des erreurs se produisent pendant ce test :
• Un message d’erreur s’affiche à l’écran dans la plupart des cas ;
• Si l’initialisation de la carte vidéo n’a pas eu lieu, elles ne pourront être
signalées à l’écran, deux autres moyens permettent de transmettre le
message :
 Emission de bips suivant un certain code selon les erreurs détectées ;
 Envoyer un code d’erreur hexadécimal vers le port d’entrées/sorties 80h,
qui pourra être lu par le biais d’une carte spéciale insérée dans un des
connecteurs de bus ;

33. Messages d’erreur du BIOS
Carte POST standard avec affichage hexadécimal sur deux
chiffres (à gauche) et une carte en action (à droite).

34. Messages d’erreur du BIOS
1. Messages d’erreur du BIOS au démarrage.
Au cours du processus de démarrage, le chargeur d’amorce contenu dans le
BIOS de la carte mère lit le premier secteur physique de chaque lecteur
ou périphérique amorçable.
Si aucun MBR valide n’est trouvé, le BIOS déclenche une interruption (18h)
qui invoque le code d’affichage d’un message d’erreur. Le texte du
message varie selon le fabricant et la version du BIOS.
Messages du
BIOS
D’IBM
( très ancien)

35. Messages d’erreur du BIOS
Affichage
d’un message
par le BIOS
d’IBM
indiquant un
MBR invalide.

36. Messages d’erreur du BIOS
Messages d’erreurs affichés lorsqu’aucun MBR valide ou périphérique
amorçable n’est trouvé :
 Message du BIOS Compaq :
 Messages du BIOS Award :
 Messages du BIOS Phoenix :