Basic Input Output System

Le Basic Input Output System ou BIOS (système élémentaire d'entrée/sortie) est , au sens strict, un ensemble de fonctions, contenu dans la mémoire morte (ROM) de la carte mère d'un ordinateur lui permettant d'effectuer des opérations élémentaires lors de sa mise sous tension, par exemple la lecture d'un secteur sur un disque. Par extension, le terme est fréquemment utilisé pour décrire la totalité du micrologiciel («logiciel embarqué» ou «firmware») de la carte mère.

Fournisseurs

Le BIOS est presque toujours développé par le fabricant de cette carte mère car il contient les routines élémentaires pour effectuer les opérations simples d'entrée/sorties évoquées ci-dessus.

Tous les ordinateurs, y compris ceux qui existaient bien avant l'invention du PC (par exemple IBM 1130 et 1800), possédaient par définition un BIOS. Cependant, depuis 1981, ce mot sert à désigner plus particulièrement celui de l'IBM PC.

Depuis 1999, la Fondation pour le logiciel libre soutient coreboot (LinuxBIOS) un BIOS sous licence Licence publique générale GNU car on peut désormais flasher le bios de sa carte mère pour le remplacer par un autre. L'avantage de ce dispositif (machine fonctionnant avec un BIOS) est de ne pas devoir développer un dispositif d'exploitation spécifique pour chaque carte mère.

Peu importe comment le fabricant a développé cette carte mère (quels composants il a choisi, peu importe comment fonctionne le «hardware» de cette carte mère), en utilisant les mêmes fonctions du BIOS sur deux cartes mères différentes, on obtiendra le même résultat. Ce sont ces fonctions que les dispositifs d'exploitation utilisent pour faire fonctionner les applications. Le BIOS comprend aussi le POST (Power-On Self-Test ), exécuté au démarrage de l'ordinateur, qui déclare les disques, configure les composants et recherche un système d'exploitation avant de le lancer. Sa tâche principale est d'apporter un support de bas niveau pour communiquer avec les périphériques. Généralement ceci inclut le support du clavier au moins dans un mode (pas nécessairement l'USB) et d'un mode d'affichage simplifié. Le BIOS est écrit en code machine et a le plus souvent été développé en langage assembleur.

Les deux BIOS historiques du PowerPC se sont appelés successivement PREP et CHRP.

Boot BIOS

Depuis l'introduction des PC compatibles IBM en août 1981, le BIOS émet les premières commandes au dispositif durant la phase de démarrage, pour indiquer par exemple sur quel disque ainsi qu'à quel lieu de ce dernier trouver le chargeur d'amorçage (ou Boot loader) du dispositif d'exploitation, généralement Windows, Linux, Mac OS ou autre. Dans le cas de Windows, il s'agit du NTLDR, dans le cas d'un dispositif en multiboot (possibilité de démarrer plusieurs dispositifs d'exploitation sur un même ordinateur), Lilo dans les cas simples (Windows et Linux), GRUB dans les cas plus particulièrement élaborés (tous dispositifs supportés).

Le BIOS contient aussi des outils de diagnostic pour vérifier sommairement l'intégrité des composants critiques comme la mémoire, le clavier, le disque dur, les ports d'entrée/sortie, etc.

Certains paramètres du BIOS peuvent être réglés par l'utilisateur (ordre des périphériques à scruter pour détecter une zone de boot, type et fréquence du processeur, etc. ). La totalité de ces paramètres est stocké de manière permanente grâce à une mémoire de taille réduite (quelques centaines d'octets) à faible consommation (type CMOS) alimentée par une pile (généralement au lithium) présente sur la carte mère. Cette mémoire est couramment nommée, par abus, «CMOS».

Le code source des premiers PC et AT BIOS était inclus avec le Manuel des Références Techniques IBM. Actuellement, la majorité des cartes mères sont livrées sans le code source du BIOS. L'utilisateur doit télécharger des mises à jour apportées par le constructeur. Ces mises à jour sont quelquefois nécessaires à la prise en charge de certains périphériques.

Historiquement, en plus des fonctions de diagnostic et de configuration, le BIOS apporte un ensemble de services servant à faire le plus abstraction envisageable de la couche matérielle. Ces services sont utilisés par le dispositif d'exploitation et sont accessibles via certaines zones mémoires (40 :00 par exemple) ou certaines interruptions logicielles (10h, 11h, 12h et 13h surtout). Cependant, dans la pratique, les dispositifs d'exploitation récents utilisent peu ces services. Soit parce qu'ils sont quelquefois bogués, soit, parce que les dispositifs récents s'exécutent en mode protégé, rendant complexe l'accès aux services du BIOS, proposés le plus souvent seulement pour le mode réel.

BIOS comme firmware

Le BIOS est quelquefois nommé firmware, car il est particulièrement proche du hardware. Avant les années 1990, les BIOS étaient stockés sur des puces ROM qui ne pouvaient être modifiées. Au fur et à mesure que leur complexité, et le besoin de mises à jour se sont fait sentir, ils furent stockés sur des mémoires EEPROM ou Flash qui pouvaient être modifiées.

Ainsi, il est envisageable de mettre à jour, de manière logicielle, le BIOS d'un ordinateur. Cette action est nommée «Flasher le BIOS». Un problème (coupure d'électricité, mauvaise version de ROM... ) lors de cette opération peut rendre la carte mère définitivement inutilisable. Il est par conséquent conseillé de ne flasher le BIOS que quand cette opération est vraiment indispensable. Certaines cartes mères possèdent deux versions du BIOS : la version actuelle qu'il est envisageable de modifier logiciellement et une copie de sauvegarde, un cavalier permettant d'écraser la version actuelle par la version de sauvegarde. Il existe, qui plus est , des mécanismes permettant d'ajouter une deuxième mémoire flash à une carte mère n'en possédant qu'une, à condition que la puce d'origine du BIOS soit extractible.

Vulnérabilités du BIOS

Le BIOS étant le firmware lancé au démarrage il est régulièrement la cible de logiciels malveillants. En 1999^[1], le BIOS a connu sa première attaque d'envergure avec la propagation du virus CIH. Le virus était particulièrement agressif dans la mesure où il effaçait l'intégralité du contenu des disques^[2].

Depuis que les mises à jour du BIOS peuvent être réalisées à la volée, il est envisageable que ceux-ci soient la cible d'attaques de type homme du milieu.

Le firmware sur les cartes d'extension

Un ordinateur peut héberger plusieurs puces BIOS. En plus du BIOS de boot, qui contient les fonctions pour accéder au matériel important, comme le clavier, des cartes d'extension comme les cartes SCSI ou les cartes vidéo peuvent embarquer leur propre BIOS, perfectionnant ou remplaçant les fonctions du BIOS de boot.

Le signal power good, qui déclenche le BIOS

Le Power-on self-test (POST, l'auto-test au démarrage) sert à désigner la première étape du processus plus général nommé amorçage.

Lors de cette étape, le BIOS teste la présence des divers périphériques et tente de leur attribuer les ressources nécessaires à un fonctionnement sans conflit. Le POST terminé, le contrôle est cédé au dispositif d'exploitation.

Extensible Firmware Interface

L'Extensible Firmware Interface (EFI), actuellement remplacé par l'UEFI (Unified EFI) est un logiciel intermédiaire entre le micrologiciel (firmware) et le système d'exploitation (OS) d'un ordinateur, et est néanmoins un véritable petit système d'exploitation. Cette interface est nommée à être le successeur du BIOS.

Gestion d'un disque

Version actuelle

Les blocs de données d'un disque sont numérotés linéairement et contiennent une quantité donnée de secteurs.

Ancienne version : problème des 1024 cylindres

Un bloc de données était repéré par un triplet de chiffres : cylindre, tête et secteurs. Au maximum, les anciens BIOS étaient conçus pour 1024 cylindres, 256 têtes et 63 secteurs ; donc, si le chargeur d'amorçage se trouvait au-delà du 1024^ème cylindre, le BIOS ne pouvait pas l'atteindre

Bibliographie

• Philippe Mercier - La maîtrise du MS-DOS et du BIOS - (éd. Marabout, coll. "Marabout Service", 1989-1991) - 319 p. - (ISBN 2-501-01214-3)

Voir aussi

Liens connexes

• Firmware
• OpenBIOS

Liens externes

• (fr) Optimisation du BIOS
• (en) BIOS Savior - article sur un mécanisme de sauvegarde du BIOS
• (fr) Flashage du BIOS et procédures de récuperation
• (en) Site officiel de l'UEFI forum

Développeurs de BIOS

• (en) Phœnix - constructeur de BIOS
• (en) AMI - constructeur de BIOS
  • (en) Document PDF décrivant les codes erreur du bios de la société AMI (America Megatrends Inc)
• (en) OpenBIOS - projet de conception de BIOS libre et multi-plateformes
• (en) coreboot - projet de conception d'un BIOS libre pour PC
• (en) BIOS ASM

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