BIOS und ROM

Das BIOS ist ein Programm, das in einem nichtflüchtigen Speicher auf der Hauptplatine des PCs abgelegt ist und unmittelbar nach dessen Einschalten ausgeführt wird. 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.

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

• Zum einen ein klassisches Henne-Ei-Problem: 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.
  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.
  

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 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.

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
• 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. Bei klassischen im Real Mode laufenden Betriebssystemen wird das BIOS auch im weiteren Betrieb genutzt. Es übernimmt für das Betriebssystem die Kommunikation mit diverser Hardware, z. B.:

• Tastatur
• Systemlautsprecher
• Grafikkarte
• 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.

Der Nur-Lese-Speicher oder Festwertspeicher ist ein Datenspeicher, der nur lesbar ist, im normalen Betrieb aber nicht beschrieben werden kann und nicht flüchtig ist. Das prädestiniert ihn zur Aufnahme von „fest verdrahteten“ Computerprogrammen wie z. B. dem BIOS. Das Einschreiben von Daten in ein ROM wird als Programmierung des Bausteins bezeichnet und ist nicht mit den Schreibzugriffen in einem Schreib-Lese-Speicher (Random Access Memory, Festplatte) vergleichbar.

Ursprünglich wurden ROMs nur bei der Fertigung „fest verdrahtet“. Da diese Verdrahtung mit einer „Maske“ (einer Art Filmnegativ) auf den rohen Chip direkt aufbelichtet wird, spricht man hierbei von einem maskenprogrammierten ROM oder kurz Masken-ROM. Da sich dieses Verfahren allerdings nur in Großfertigung rechnet, wurde eine ständig wachsende Familie weiterer Speicherbausteine dieses Typs entwickelt, die auch nach der Fertigung mit Informationen befüllt werden können.

Inzwischen gibt es eine recht große Anzahl verschiedener Arten von ROM:

• Masken-ROM – nur zum Fertigungszeitpunkt programmierbar, die preisgünstigste Version bei Massenfertigung
• Programmable Read Only Memory (PROM) - einmalig programmierbar
• Erasable Programmable Read Only Memory (EPROM) - löschbar mit UV-Licht
• Electrically Erasable Programmable Read Only Memory (EEPROM)

Als Ersatz für das ROM wird heute meist Flash-Speicher verwendet.

BIOS (Wikipedia)
Festwertspeicher/ROM (Wikipedia)
Flash Speicher (Wikipedia)