计算机——CMOS 设置

什么是 CMOS ?

"CMOS 设置" 是计算机领域一个非常常见的术语,但它其实是一个历史遗留的俗称,有时会让人产生误解。更准确地说,通常指的是进入和配置计算机主板上的 BIOS/UEFI 设置界面。这个界面允许你管理计算机硬件的基本设置,在系统启动前加载操作系统之前运行。

CMOS 是一块小型的、由纽扣电池供电的存储芯片,位于主板上。它存储着计算机启动所需的基本硬件配置信息,以及系统时间和日期。BIOSUEFI 是固化在主板芯片上的固件程序,它是计算机启动时运行的第一个软件。历史上,这块内存芯片采用的是 CMOS 技术 。CMOS 指的是 "互补金属氧化物半导体",是一种低功耗的半导体技术。所以,这块存储配置信息的芯片就被称为 **CMOS RAM。目前。**虽然技术上可能已经不再使用传统的 CMOS 芯片(例如使用集成在芯片组中的 NVRAM),但"CMOS"这个名称仍然被广泛用来指代存储这些设置信息的区域。

为什么进入 CMOS 设置?

目的是查看和修改存储在 CMOS RAM (或现代等效存储区) 中的硬件配置参数。更改启动顺序: 设置从哪个设备(硬盘、SSD、U盘、光盘)启动操作系统(安装系统或重装系统时常用);配置硬件: 查看或调整 CPU、内存、硬盘、风扇等硬件的基本设置(如开启/关闭超线程、虚拟化技术、XMP/DOCP 内存超频);管理安全设置: 设置管理员密码、用户密码、开启/关闭安全启动、配置 TPM;恢复默认设置: 当系统不稳定或配置错误时;启用/禁用集成设备: 如板载声卡、网卡、USB 接口等。

如何进入 CMOS 设置?

在计算机开机自检(POST)过程中,屏幕刚亮起时(通常在出现品牌 Logo 画面之前或同时)屏幕上通常会显示提示信息(例如:Press <DEL> to enter SETUP,Press F2 for BISO Setup)。需要快速、反复地按一个特定的按键。最常见的按键是:

Delete 和 F2 其他的可能用到 F1,F10,F12,Esc,具体使用哪一个按键,取决于主板品牌和型号。开机后立即开始连续、快速地按指定的按键(如 Delete 或 F2),直到进入设置界面。如果错过了时机,电脑会继续启动进入操作系统,此时需要重启再试。

注意

除非你清楚自己在做什么,否则不要随意更改 BIOS/UEFI 设置中的选项。错误的设置可能导致系统无法启动或不稳定。如果不确定,最好保持默认或寻求帮助。

什么是 BIOS ?

BIOS(Basic Input Output System)是基本输入输出系统的简称,全称应该是 ROM - BISO,意思是只读存储器基本输入输出系统,它是存储在计算机主板上一个小芯片(通常是 CMOS 芯片)上的一组固件 程序。它是计算机开机后运行的第一个软件,负责初始化硬件并启动操作系统。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、开机上电自检程序和系统启动自举程序。

为什么进入 BIOS ?

调整启动顺序重装系统时需将U盘或光盘设为第一启动项,从备用硬盘启动系统。

硬件配置与监控查看 CPU/内存状态、硬盘识别情况,启用/禁用集成显卡、网卡等设备,超频设置(如 CPU 频率、电压调整)。

节能与性能配置电源管理(如 ACPI 设置),启用高性能模式。

安全设置设置或移除BIOS密码,启用TPM(用于Windows 11等系统安全),闭 Secure Boot(解决某些系统兼容问题)。

如何进入BIOS?

通用步骤 和进入 CMOS 方法一致(参考进入CMOS 方式);在按下电源按钮开机后,立即开始快速、连续地反复按下 指定的按键(不要按住不放);持续按键,直到你看到进入BIOS/UEFI设置界面。

BIOS 的功能

自检及初始化程序

硬件自检: 检测计算机关键硬件组件(CPU、内存、显卡、存储控制器、键盘等)是否存在、能否正常工作;硬件初始化: 对检测到的硬件进行最低限度的配置,使其处于可操作状态;建立运行环境: 为后续操作系统的加载和运行准备基本的系统环境(如内存布局、中断向量表)提供基本服务: 在操作系统接管前,提供基本的输入输出服务(如屏幕显示、键盘输入、磁盘访问);引导加载: 定位、加载并移交控制权给操作系统的引导加载程序(Bootloader)。

详细步骤 (POST 和初始化流程)
加电复位

当按下电源按钮或主板接收到电源信号时,电源供应器(PSU)开始向主板供电;主板上的电源管理芯片在确认供电稳定(所有电压达到规定值)后,向 CPU 发送 RESET 信号;CPU 接收到 RESET 信号后,内部寄存器被置为预定义的初始状态,并从内存地址 FFFF **:**0000(或 UEFI 中的等效地址)开始执行第一条指令。这个地址通常映射到 BIOS 芯片的起始位置。

CPU 和芯片组初始化

BIOS 代码首先执行,验证自身的完整性(校验和检查);初始化 CPU 的核心功能(如缓存);初始化主板上的核心逻辑芯片组(北桥/南桥,或现代 SoC 中的 PCH)。这包括设置基本的时钟信号、总线频率和芯片组寄存器。

POST 阶段 - 关键硬件检测

CPU 检测确认 CPU 存在并能响应指令。进行基本的 CPU 功能测试(虽然非常基础);

内存检测检测系统安装的内存(RAM)模块(数量、容量、类型);执行基本的内存测试(如快速写入/读取校验模式)以检查是否有严重的故障单元(坏块)。现代 BIOS 通常只进行快速测试(Quick Boot),完整测试(Full Memory Test)可在 BIOS 设置中启用或通过特定按键触发;初始化内存控制器,设置内存时序参数。

显卡检测与初始化检测显卡(集成或独立)是否存在;初始化显卡的核心功能,加载显卡自身的 BIOS(VBIOS);激活显卡输出,通常在屏幕上显示第一个可见信息(通常是制造商的 Logo 或 POST 代码)。

标准外设控制器检测检测并初始化键盘控制器、实时时钟(RTC)、DMA 控制器、可编程中断控制器(PIC)或高级可编程中断控制器(APIC)。

扩展卡 ROM 扫描BIOS 扫描特定的内存区域(通常是 C0000h 到 DFFFFh),寻找安装在 PCI/PCIe 插槽上的设备(如 RAID 卡、网卡)的 Option ROM(扩展 ROM)。如果找到,会加载并执行这些 ROM 中的初始化代码。

错误处理 如果上述任何关键硬件检测失败(如无内存、无显卡、CPU 故障),POST 过程会暂停;通过 蜂鸣声代码 (不同长短/次数的"嘀"声组合)或 POST 状态码(在主板诊断卡或某些高端主板的 LED 上显示两位十六进制代码)报告具体错误;如果错误是致命的(如无 CPU、无内存),系统会挂起,无法继续启动。

初始化阶段 - 配置和枚举

系统资源分配枚举所有检测到的 PCI/PCIe 设备;为设备分配 I/O 端口地址、内存映射地址、中断请求(IRQ)和 DMA 通道。

硬件配置根据 CMOS RAM(由主板电池供电的小容量内存)中存储的用户设置(BIOS Setup 设置)配置硬件参数(如启动顺序、CPU 频率/电压 - 超频设置、内存时序、SATA 模式、USB 设置等);初始化集成在主板上的设备(如板载声卡、网卡、USB 控制器、SATA 控制器)。

构建系统环境 创建和填充 中断向量表 ,为硬件中断和软件中断提供服务程序的入口地址;创建 BIOS 数据区,在内存低端 (00400h - 004FFh) 存储系统配置信息(如安装的内存大小、检测到的硬件信息、键盘缓冲区等),供操作系统和应用程序使用;确定可用的系统内存布局(Conventional Memory, Upper Memory Area, Extended Memory)。

引导阶段

POST 和初始化成功后,BIOS 会根据 CMOS 设置中定义的 启动顺序,依次尝试从配置好的启动设备(如硬盘、SSD、USB 驱动器、光盘、网络)加载操作系统的引导扇区。

当尝试一个设备时BIOS 读取该设备的第一个扇区(主引导记录 MBR,或 GPT 分区表的 Protective MBR)到内存的特定位置;检查该扇区的最后两个字节是否为引导签名。

如果当前设备无法引导(如无签名、找不到活动分区),BIOS 尝试启动顺序中的下一个设备如果所有启动设备都尝试失败,通常会显示错误信息(如 No bootable deveice founsd)。

控制权移交

一旦某个设备的引导扇区被成功加载并执行(例如,MBR 中的引导加载程序),BIOS 的启动任务就基本完成了;引导加载程序(如 GRUB, Windows Boot Manager)会继续加载操作系统的核心部分(内核),最终将系统的控制权完全移交给操作系统。

硬件中断处理

初始化中断向量表

计算机上电后,CPU 工作在 实模式; BIOS 负责在内存的 最低端 1KB (地址 0x00000 到 0x003FF) 建立 实模式中断向量表; 这个 IVT 包含 256 个中断向量,每个向量占 4 字节(CS:IP),指向对应中断号的中断服务程序的入口地址;BIOS 会将自己提供的中断服务程序的入口地址填充到相应的向量位置;BIOS 也会为关键的硬件中断(如时钟中断 IRQ0、键盘中断 IRQ1)设置默认或基本的处理程序入口地址(通常是 BIOS 内部的通用处理例程或占位符)

初始化可编程中断控制器

硬件中断信号(来自键盘、鼠标、时钟、硬盘控制器等)通过 8259A PIC 或其现代衍生物(如 I/O APIC)汇集,再发送给 CPU 的 INTR 引脚;BIOS 负责对 PIC 进行 初始化编程: 设置中断请求线 IRQ0 - IRQ15 的优先级(通常是 IRQ0 最高,IRQ7/IRQ15 最低);指定 PIC 向 CPU 发送哪个 起始中断向量号(例如,通常将主 PIC 设置为 0x08,从 PIC 设置为 0x70)。这决定了 IRQ0 对应 IVT 中的哪个中断号(如 IRQ0 -> INT 0x08);设置中断屏蔽寄存器,通常 BIOS 会先屏蔽掉大部分硬件中断,只保留必要的(如时钟).

提供基本的中断服务程序

在操作系统加载并接管之前,BIOS 需要提供一套 基本的、运行在实模式下的中断服务程序 来支持硬件的初始化和基本操作;硬件中断处理: 为一些关键硬件提供非常基础的处理程序。软件中断服务: 提供一组功能丰富的服务例程,这些例程本身也是通过 INT指令触发的中断来调用的。

中断环境的准备与移交

BIOS 建立的实模式 IVT 和初始化的 PIC 环境,为后续的 操作系统引导加载程序 (如 MBR/VBR)和 操作系统内核 的加载和运行提供了 最基础的硬件交互能力; 引导加载程序(如 GRUB Stage1/Stage1.5)和早期内核初始化代码通常会 依赖 BIOS 中断服务 来完成屏幕输出、读取更多引导代码/内核映像、获取内存布局信息等关键任务;一旦操作系统内核(尤其是其保护模式部分)完全加载并初始化完毕,它就会接管中断控制权。

BIOS 和 CMOS 的联系区别

BIOS 和 CMOS 是计算机系统中两个紧密相关但又截然不同的概念,它们共同协作来完成计算机启动和基础硬件配置的任务。它们经常被混淆,主要是因为它们都与计算机启动过程中的底层设置有关。

区别

本质不同

BIOS 是一个固件程序 。它是存储在主板上一块特定的只读存储器芯片(通常是 SPI Flash ROM)中的软件代码。它的主要职责是:开机自检 计算机通电后,BIOS 首先运行,检测和初始化关键硬件(CPU、内存、显卡、存储设备等);引导加载 在自检通过后,BIOS 按照预设的启动顺序查找可引导设备(硬盘、U盘、光驱等),并加载该设备上存储的主引导记录或 UEFI 引导管理器,从而启动操作系统;提供设置界面 BIOS 提供了一个用户界面(通常通过在开机时按 Del、F2、F10 等键进入),允许用户查看和修改底层硬件配置;提供基本硬件服务 在操作系统加载之前,为其他软件(如引导加载程序)提供基本的硬件访问服务。

CMOS 是一块物理的、低功耗的存储芯片 。它通常是主板上的一个集成芯片或作为南桥芯片组的一部分。它的唯一 作用就是:存储 BIOS 设置和实时时钟数据 保存用户在 BIOS 设置界面中修改的所有配置参数(如日期时间、启动顺序、硬件参数、超频设置、安全选项等)。它还包含一个小的电池供电的实时时钟,用于在计算机关机后保持时间准确。

存储内容不同

BIOS 存储的是可执行的程序代码 。CMOS 存储的是数据(配置信息和实时时间)。

易失性不同

BIOS: 存储在非易失性存储器(如 ROM, Flash)中。这意味着即使断电,BIOS 程序代码本身也不会丢失。你可以更新它(刷 BIOS),但通常不会因为断电而改变。

CMOS: 存储的数据是易失性 的。它需要主板上的一个小电池(纽扣电池)来供电,以在计算机关机或断电时维持存储的设置和时间。如果 CMOS 电池没电或被取下,CMOS 中存储的所有设置(包括日期和时间)都会丢失并恢复为出厂默认值。

修改方式不同

BIOS修改 BIOS 程序本身是一个相对复杂和危险的操作,称为"刷 BIOS"或"固件更新",需要使用专门的工具和文件,通常是为了修复错误、增加新功能或支持新硬件。

CMOS修改 CMOS 中存储的数据非常简单和常见。每次你进入 BIOS 设置界面所做的更改,实际上就是修改了 CMOS 中的数据。清除 CMOS(通过跳线或取下电池)也是一种常见的重置 BIOS 设置到默认状态的方法。

联系

协同工作

BIOS 程序依赖 CMOS 芯片来存储其配置信息 。当 BIOS 启动时,它会读取 CMOS 中存储的设置数据,以了解用户配置的硬件参数、启动顺序等。当用户在 BIOS 设置界面中更改设置并保存退出时,BIOS 程序会将新的配置写入到 CMOS 芯片中。

共同目标

它们共同的目标是确保计算机能够正确初始化硬件、加载操作系统,并按照用户期望的配置运行。

BIOS 是软件(固件程序),负责启动和提供设置界面。CMOS 是硬件(存储芯片),负责保存 BIOS 的设置和系统时间。你在 BIOS 设置里改的东西,实际上存到了 CMOS 里。

什么是 UEFI ?

UEFIUnified Extensible Firmware Interface ,统一可扩展固件接口)是现代计算机用来替代传统 BIOS (基本输入输出系统)的固件接口标准。它是在操作系统启动前运行的一套小型程序,负责初始化硬件、执行开机自检(POST),并最终加载并启动操作系统。

UEFI的关键特点

图形化用户界面 (GUI) UEFI 通常提供更现代、友好的图形化设置界面(支持鼠标操作),而传统 BIOS 主要是蓝底白字的文本菜单;支持大容量硬盘 (GPT 分区);更快的启动速度 UEFI 的初始化过程通常比 BIOS 更高效,并且支持并行初始化硬件,可以显著缩短开机自检和启动操作系统的时间;支持一项称为 "快速启动" 的功能,可以跳过一些非必要的硬件检测步骤。支持 64 位和现代硬件 UEFI 本身可以在 32 位或 64 位模式下运行,更好地支持现代的 64 位操作系统和硬件(如超过 16TB 的内存);独立的体系结构UEFI 规范设计上独立于特定的 CPU 架构(如 x86, ARM, Itanium 等),而传统 BIOS 主要与 x86 架构紧密绑定。

与传统BIOS的区别

架构与模式 BIOS: 运行在古老的 16位实模式 (Real Mode)下。这种模式内存访问受限(最大1MB地址空间),性能较低,与现代64位处理器不匹配;UEFI: 运行在 32位或64位保护模式(Protected Mode)下。可以直接访问所有系统内存和硬件资源,效率更高,为现代硬件和操作系统优化。

磁盘分区与引导 BIOS + MBR 使用 MBR(主引导记录) 分区表格式,MBR位于磁盘最开始的扇区(512字节),包含一小段引导代码和分区表;分区表只能记录 4个主分区 (或3个主分区+1个扩展分区,扩展分区内可再分逻辑分区),最大支持2.2TB的磁盘 。超过此容量的磁盘无法被BIOS+MBR系统识别为启动盘或完全使用。UEFI + GPT 通常使用 GPT(GUID分区表) 格式(也支持MBR,但失去优势),GPT位于磁盘开头和结尾,提供冗余备份,更健壮。支持 几乎无限数量(标准是128个)的主分区;支持超大容量磁盘(理论最大9.4 ZB,远超当前技术)。

安全启动 (Secure Boot) BIOS: 没有 内置的安全启动机制。恶意软件可以轻易劫持引导过程(如Rootkit);UEFI: 核心特性之一。它验证加载的每个引导组件(操作系统引导加载程序、内核、驱动程序)的数字签名是否受信任。这能有效防止未授权或恶意软件在操作系统启动前加载,提升系统安全性。但有时需要为某些硬件或操作系统(如某些Linux发行版)手动添加信任或临时禁用。

用户界面与功能 BIOS: 通常是简陋的蓝底黄字或灰底白字的 文本菜单 ,使用键盘操作。功能有限,主要是基本硬件设置和启动顺序调整;UEFI: 提供 图形化用户界面(GUI) ,支持鼠标操作,布局更友好。功能更丰富,可能包括硬件监控、风扇控制、超频选项、内置诊断工具、固件更新工具等。模块化设计允许厂商添加特定功能。

如何进 UEFI BIOS ?

开机时快速按键(参考上面的方式);Windows 系统内进入设置 → 更新与安全 → 恢复 → "高级启动" → 立即重启 → 疑难解答 → UEFI固件设置。

注:有不当之处,请批评指正!谢谢~

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