电脑主板CMOS的前世今生

陪多多修电脑 2024-05-08 02:22:40

我们在维修电脑的时候经常会谈到CMOS和BIOS,还有现在的UEFI,这三个英文单词到底是什么意思?有什么区别?今天就在这里给大家讲明白。

一、CMOS、BIOS、UEFI三者区别

1、CMOS

CMOS是Complementary Metal Oxide Semiconductor(互补金属氧化物半导体)的缩写。它是指制造大规模集成电路芯片使用的一种技术或用这种技术制造出来的芯片,是电脑主板上的一块可读写的RAM芯片。因为可读写的特性,所以在电脑主板上用来保存BIOS设置完电脑硬件参数后的数据,这个芯片仅仅是用来存储BIOS设置的开关的数据。

2、BIOS

BIOS是英文"Basic Input Output System"的缩写,直译过来后中文名称就是"基本输入输出系统"。其实,它是一组固化到计算机内主板上一个ROM芯片上的应用程序,它保存着计算机最重要的基本输入输出的程序、系统设置信息、开机后自检程序和系统自启动程序。 其主要功能是为计算机提供最底层的、最直接的硬件设置和控制。

对于电脑操作者和维修者来说,BIOS就是调整和设置电脑底层硬件开关和状态的一种程序,就是一个人机对话界面的应用程序,用来方便我们对电脑的各种硬件参数进行设置。

早期主板的BIOS是存储在EPROM芯片中,需要使用紫外灯才可以擦除数据,进行重写。后来变成EEPROM芯片,直接就可以高电压擦除。现在更简单了,全部都是FLASH芯片,固件也分成多个模块,只要BOOT LOADER不损坏,其他模块都可以更改重写,并且每一次硬件更新,都会有新的数据写入BIOS芯片中。

CMOS是用来保存这些设置参数的一个大约几K容量的静态存储芯片。我们常说的清除CMOS就是清除CMOS芯片中保存的参数,恢复BIOS默认值就是在BIOS设置界面中直接调用默认设置参数。

3、UEFI

是Unified Extensible Firmware Interface缩写,即统一的可扩展固件接口, 是一种用来详细描述类型接口的标准。这种接口用于操作系统自动从预启动的操作环境,加载到一种操作系统之上,启动速度更快。

Extensible Firmware Interface,即EFI,可扩展固件接口是 Intel 为 PC 固件的体系结构、接口和服务提出的建议标准。其主要目的是为了提供一组在 OS 加载之前(启动前)在所有平台上一致的、正确指定的启动服务,被看做是有近20多年历史的 BIOS 的继任者。

与legacy BIOS 相比,UEFI最大的区别在于:

1、程序编码99%都是由C语言完成的。

2、 不再使用BIOS时代的中断和硬件端口的操作方法,而是采用了Driver/protocol的新方式。

3、 也不再支持X86实模式,而是直接采用Flat mode。也就是说UEFI不再提供DOS了,只是现在有些 EFI 或 UEFI 能用是因为做了兼容,但实际上这部分并不属于UEFI的定义层面。

4、 输出也不再是单纯的二进制代码,而是Removable Binary Drivers。

5、 OS操作系统的启动不再是调用Int19中断,而是直接利用protocol/device Path路径。

6、以前对于BIOS的修改只能在小范围内进行模块添加和删除,而UEFI对于第三方的开发提供了更多的便利。

7、BIOS支持2TB以下的硬盘,最多4个主分区,仅支持Legacy启动模式。UEFI支持2TB以上的硬盘,最多128个主分区,同时支持Legacy和UEFI启动模式。

8、BIOS开机启动速度慢,平均10-30秒,UEFI开机启动速度快,平均2-5秒。

9、UEFI弥补了BIOS对新硬件的支持不足。

二、CMOS进化过程

1、跳线时代

在286,386时代的电脑,主板和显卡,声卡,网卡,多功能卡的地址,IO中断和DMA通道是需要使用跳线来设置的,每一个应用部件或者外设都有相应的地址和IO,以及DMA通道。 如果设置不正确,就会导致IO冲突或者地址冲突,致使电脑无法正常工作。

在286和386主板上也有电池,当时的电池一般是镍铬充电电池,三节包在一起,装在主板上,主要是为主板时钟电路提供关机后的电源。

2、专用芯片

在586电脑时代,主板上会有一片专门用来存储BIOS设置参数的芯片,这个芯片就是CMOS芯片。因为这个芯片是静态存储芯片,需要加载一定的电压来维持数据不丢失,所以主板上会有一块电池来提供这个电压。同时这个时候的电脑已经内置了RTC时钟芯片,也需要在关机后由这块电池提供供电。

3、PLUG and PLAY

再到PIV时代,各种外设板卡已经支持即插即用技术,会由系统自动分配地址和IO,不再需要手动设置或调整了。这个时候的电脑组装也系统安装也更加简单,声卡也开始集成在主板上,主板北桥也开始集成显卡了。

4、南桥PCH

在PIV时代 CMOS芯片直接集成在南桥内部,所以这个时候在2032电池也会在南桥附近,同时32.678时钟晶振也会在南桥跟前,所以现在台式机的CMOS参数也是保存在南桥芯片中。

5、单芯片时代

现在的笔记本北桥没有了,南桥也没有了,集成显卡、南桥、北桥、CPU全部集成在一起了,整个笔记本主板只有一个核心芯片,再加上一块EC芯片,高度集成,所以现在笔记本的主板也只有手机大小了。

因为现在芯片集成度高,笔记本内置的电池容量可以支持笔记本连续工作8个小时以上,所以笔记本内部的CMOS电池也取消了,直接由内置电池提供能量。

这个时候的实时时钟也不再由南桥提供了,而又改为之前的外挂单独芯片的方式了。

6、系统登录后时间自动同步

不知道你还记得不,在XP时期,如果主板CMOS电池没电了,关机后时间就不走了或者归零。当再次开机时,需要按F1继续,同时进行桌面后,需要手动设置时间和日期,要不一些软件就会提示错误。不过,进行WIN7和WIN10以后,不管主板时间正确不正确,只要登录桌面就会自动同步当时电脑时钟,连时间也不用调整了。

三、BIOS设置不当引发的故障举例

1、U盘无法启动

现在的台式机和笔记本都同时支持Legacy BIOS和UEFI的启动模式,所以对应的可启动U盘和硬盘也有两种引导模式,而硬盘的分区也有MBR和GUID两种,所以在设置引导方式时,不同磁盘引导方式也不同,设置引导分区或引导文件的操作方法也不同。

如果使用U盘无法启动电脑,这个时候一定要看一看自己的U盘是何种引导类型,同时也要查看主板BIOS中设置的支持引导方式是哪种?如果要开启UEFI引导,还必须启用CSM。

2、电脑无规律死机

电脑BIOS中有一项”Tubro Mode”,如果你的电脑电源性能不佳或者余量不足,这一项功能打开后,就可能导致电脑无规律死机。

还有台式机内存模式的XPM功能,如果你的内存不支持XPM那就不要打开此功能,否则有可能电脑出现死机。

3、晚上笔记本有啸叫声

笔记本电脑或者台式电脑的C State模式打开后,当电脑负荷降低时,CPU供电也会自动降频低功耗运行。但是因为CPU供电的开关电路设计的频率与降频后的频率相差太大,这个时候就可能出现磁芯啸叫。这种高频啸叫声年轻人容易听到,年龄大的人一般听不到,如果听觉敏感,就会认为这是一种噪音,非常烦人的噪音,影响人的正常工作或睡眠。只需要把C State关闭,让CPU始终全功率运行就可以了。

4、电脑运行速度非常慢

还有有些BIOS中可以设置CPU多核是否参与工作,可以设置1核,也可以设置2核,更可以设置全部参与。如果你无意中把多核CPU设置为1核工作,那么你的电脑就会运行非常缓慢,严重影响你的工作效率。

5、电脑所有的USB接口都不能使用

电脑的USB接口因为经常插接外部设置,损坏率也非常高。不过USB接口不能用,我们应该首先检查一下BIOS设置,是不是USB接口被禁用了。BIOS设置不同,可以禁用全部USB接口,也可以禁用台式机的后面或前面,或者笔记本的左侧或右侧的USB接口。

如果BIOS中没有禁用USB接口,那可以测试一下在BIOS中USB接口的鼠标和键盘是不是能够使用,如果能够使用,但在系统中无法使用那就是驱动的问题了。

6、笔记本内置电池消耗特别快,即使不开机一个星期电量就快没有了。

现在的笔记本的USB接口支持对外部设置充电功能,也就是一个大充电宝。即使在关机状态下,也可以对外部设备充电,并且TYPE-C接口还支持多种快充协议,非常的方便。如果你不需要对外部充电,并且希望笔记本内置电池可以使用久一些,那就可以在BIOS中关闭此功能。

7、台式机晚上风扇噪音大

白天因为环境噪音的缘故,我们有时候可能感觉不到电脑工作时风扇转动的声音,但是晚上夜深人静的时候,如果电脑风扇还是高速转动,那就是一种噪音了。我们可以在BIOS中把CPU散热风扇的工作模式设置为自动,根据CPU的温度自动调整转速。现在新型号的主板不但可以设置风扇工作模式,还可以根据散热需求调整散热曲线。

8、电脑晚上无规律自动开机

如果你的电脑晚上不知道什么时间会自动开机,是不是一件很诡异事情?如果你还经常看恐怖片,那你就会更加害怕。我记得之前有一个病毒,大概是10年前的事情,电脑总是在凌晨两三点钟开启,并且屏幕上会出现一个带血的骷髅头,同时喇叭里还会放出恐怖的声音。因为两三点钟是人睡的迷迷糊糊的时候,当你恍惚中睁开眼看到那样一个画面,是不是一下就醒了。关键是当你醒了之后,电脑已经自动关机了。

我记得这个事情还上了新闻,一直以为是屋里闹鬼,最后查出来竟然是电脑病毒。因为所有有台式机在BIOS中都可以设置定时开机或者网络唤醒,还有键盘开机,鼠标开机,来电自动开机功能。

如果你的电脑也会在晚上无规律的自动开机,你可以进入BIOS设置中,查看一下定时开机、网络唤醒,键盘开机、鼠标开机是不是打开了。因为你晚上睡觉时无意中碰到键或鼠标也是可以自动开机的。

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