BIOS Y CMOS

BIOS

El Sistema Básico de Entrada/Salida (Basic Input-Output System), conocido simplemente con el nombre de BIOS, es un programa informático inscrito en componentes electrónicos de memoria Flash existentes en la placa base. Este programa controla el funcionamiento de la placa base y de dichos componentes. Se encarga de realizar las funciones básicas de manejo y configuración del ordenador

Funcionamiento

Después de un reset o del encendido, el procesador ejecuta la instrucción que encuentra en el llamado vector de reset (16 bytes antes de la instrucción máxima direccionable en el caso de los procesadores x86), ahí se encuentra la primera línea de código del BIOS: es una instrucción de salto incondicional, que remite a una dirección más baja en la BIOS. En los PC más antiguos el procesador continuaba leyendo directamente en la memoria RAM las instrucciones (dado que esa memoria era de la misma velocidad de la RAM), ejecutando las rutinas POST para verificar el funcionamiento del sistema y posteriormente cargando un sistema operativo (de 16 bits) en la RAM, que compartiría funcionalidades de la BIOS.

Actualización

Para una referencia de tarjeta madre el fabricante puede publicar varias revisiones del BIOS, en las cuales se solucionan problemas detectados en los primeros lotes, se codifican mejores controladores o se da soporte a nuevos procesadores.

La actualización de este firmware puede ser realizado con algún programa para quemar una nueva versión directamente desde el sistema operativo, los programas son propietarios de cada compañía desarrolladora del firmware y por lo general pueden conseguirse en internet junto al BIOS propiamente dicho.

La actualización del BIOS es percibida como no exenta de riesgos, dado que un fallo en el procedimiento conduce a que la tarjeta madre no arranque. Debido a ello algunos fabricantes usan sistemas como el bootblock, que es una porción de BIOS que está protegida y que no es actualizable como el resto del firmware.

Tipos de BIOS

El concepto de BIOS y su aplicación concreta han ido evolucionando en los últimos años, tal y como el hardware/software de las computadoras. Desde las antiguas BIOS en memorias de tipo ROM hasta las actuales UEFI a y las iniciativas de código libre.  Y aquí un resumen de los diferentes tipos de BIOS:

ROM BIOS -

Se trata de las primeras BIOSes utilizadas hasta los años '90, grabadas en una memoria no volátil ubicada en la placa base y denominada ROM que garantizaba la independencia del resto del hardware, por ejemplo en caso de malfuncionamiento, y preservaba los datos a pesar de apagar el PC. El inconveniente de este tipo de memoria era la escasa o nula posibilidad de ampliaciones o upgrade (actualizaciones) para adecuarse al aumento de capacidad del PC por ejemplo sustituir un disco duro con otro de mayor tamaño. Precisamente para evitar estos inconvenientes (tener que cambiar la placa base, la BIOS, etc.), comenzaron a utilizarse otros tipos de memoria llamadas EPROM ("ROM programable y borrable") y EEPROM ("ROM programable y borrable eléctricamente").

Shadow BIOS -

Es aquella versión de la BIOS cargada en la memoria RAM a través de un proceso, conocido como "BIOS Shadowing", que permite a la BIOS utilizar la RAM en lugar de la normal memoria ROM durante el proceso de arranque del ordenador, esto a fin de mejorar el rendimiento global del PC.

Flash BIOS -

A partir de las primeras BIOS sobre memorias reprogramables de tipo EPROM y EEPROM la evolución natural han sido las últimas BIOS Flash, introducidas a mediados de los años '90, gracias a las cuales es posible actualizar la BIOS cómodamente por ejemplo con la descarga directa de la nueva versión desde la web del fabricante de la placa madre y no tener que remover físicamente el chip ROM. El mencionado proceso de actualización es comunemente conocido como BIOS Flashing.

PnP BIOS (PnP-aware BIOS) -

Por definición Plug and Play BIOS es aquel Sistema Básico de Entrada/Salida que permite a la computadora reconocer directamente y automáticamente un dispositivo externo de tipo hardware como por ejemplo un monitor, unos altavoces, una tarjea gráfica, un escáner o una impresora, asignando a cada uno de ellos los recursos de sistema necesarios.

BIOS EFI y UEFI -

A pesar de que las BIOS tradicionales se hayan beneficiado de actualizaciones y mejoras con el fin de ampliar sus funciones, como por ejemplo la interfaz ACPI ("Interfaz Avanzada de Configuración y Energía") y funciones más complejas como el hot-swapping, ciertas limitaciones genéticas, como por ejemplo la arquitectura a 16 bits, chocaban con la necesidad de prestaciones superiores y de mayor capacidad por parte de los fabricantes de hardware. En el año 1998 Intel, fabricante de micro procesadores, concibió el proyecto IBI (Intel Boot Initiative), sucesivamente denominado EFI (Extensible Firmware Interface) que en el 2005 fue renombrado UEFI (Unified Extensible Firmware Interface) gracias al Unified EFI Forum. Estos nuevos estándares de BIOS, basados sobre arquitectura de 32 bits y 64 bits, prometen disminuir drásticamente el tiempo de carga del sistema operativo, de soportar el inicio instantáneo e interfaces gráficas más amigables para el usuario.

Coreboot y OpenBIOS -

Las iniciativas de código libre relacionadas con programas de tipo BIOS están lideradas por Coreboot, antiguamente llamado Linux BIOS, publicado bajo licencia GNU GPL y enfocado a sistemas operativos de tipo 32/64 bits, y OpenBIOS una implementación de Open Firmware para la inicialización de hardware.

CMOS

Complementary metal-oxide-semiconductor o CMOS es una de las familias lógicas empleadas en la fabricación de circuitos integrados. Su principal característica consiste en la utilización conjunta de transistores de tipo pMOS y tipo nMOS configurados de tal forma que, en estado de reposo, el consumo de energía es únicamente el debido a las corrientes parásitas.

En la actualidad, la mayoría de los circuitos integrados que se fabrican utilizan la tecnología CMOS. Esto incluye microprocesadores, memorias, procesadores digitales de señales y muchos otros tipos de circuitos integrados digitales cuyo consumo es considerablemente bajo.

En un circuito CMOS, la función lógica a sintetizar se implementa por duplicado mediante dos circuitos: uno basado exclusivamente en transistores pMOS (circuito de pull-up), y otro basado exclusivamente en transistores nMOS (circuito de pull-down). El circuito pMOS es empleado para propagar el valor binario 1 (pull-up), y el circuito nMOS para propagar el valor binario 0 (pull-down). Véase la figura. Representa una puerta lógica NOT o inversor.

Ventajas e inconvenientes

Ventajas

La familia lógica tiene una serie de ventajas que la hacen superior a otras en la fabricación de circuitos integrados digitales:

·         El bajo consumo de potencia estática, gracias a la alta impedancia de entrada de los transistores de tipo MOSFET y a que, en estado de reposo, un circuito CMOS sólo experimentará corrientes parásitas. Esto es debido a que en ninguno de los dos estados lógicos existe un camino directo entre la fuente de alimentación y el terminal de tierra, o lo que es lo mismo, uno de los dos transistores que forman el inversor CMOS básico se encuentra en la región de corte en estado estacionario.

·         Gracias a su carácter regenerativo, los circuitos CMOS son robustos frente a ruido o degradación de señal debido a la impedancia del metal de interconexión.

·         Los circuitos CMOS son sencillos de diseñar.

·         La tecnología de fabricación está muy desarrollada, y es posible conseguir densidades de integración muy altas a un precio mucho menor que otras tecnologías.

Inconvenientes

Algunos de los inconvenientes son los siguientes:

·         Debido al carácter capacitivo de los transistores MOSFET, y al hecho de que estos son empleados por duplicado en parejas nMOS-pMOS, la velocidad de los circuitos CMOS es comparativamente menor que la de otras familias lógicas.

·         Son vulnerables a latch-up: Consiste en la existencia de un tiristor parásito en la estructura CMOS que entra en conducción cuando la salida supera la alimentación. Esto se produce con relativa facilidad debido a la componente inductiva de la red de alimentación de los circuitos integrados. El latch-up produce un camino de baja resistencia a la corriente de alimentación que acarrea la destrucción del dispositivo. Siguiendo las técnicas de diseño adecuadas este riesgo es prácticamente nulo. Generalmente es suficiente con espaciar contactos de sustrato y pozos de difusión con suficiente regularidad, para asegurarse de que está sólidamente conectado a masa o alimentación.

·         Según se va reduciendo el tamaño de los transistores, las corrientes parásitas empiezan a ser comparables a las corrientes dinámicas (debidas a la conmutación de los dispositivos).

Diferencias entre BIOS y CMOS

En le jerga corriente los dos términos se confunden, la literatura técnica tampoco ayuda a mantener la debida claridad sobre el tema, no es de extrañar que una de las preguntas frecuentes de los lectores es: ¿Qué diferencia hay entre la BIOS y el CMOS?

• Por definición la BIOS es un programa o sea un conjunto de instrucciones cuyo objetivo es realizar el inventario del hardware del PC y el arranque del SO, por otro lado el CMOS es una memoria que almacena aquella información que será consultada, y eventualmente modificada, por la BIOS: fecha y hora, número de discos, cantidad de memoria del equipo, etc.
• La BIOS está grabada en una memoria no volátil (ROM o Flash), mientras que los datos del CMOS utilizan un chip de memoria de tipo RAM alimentado con batería.

Los típicos problemas de CMOS derivan de la eventual descarga de la pila, cuyo consumo es muy bajo y cuya recarga se efectúa normalmente encendiendo el ordenador. Sustituir la pila del CMOS (operación comúnmente pero erróneamente conocida como "sustituir la pila de la BIOS") es una intervención requerida en el PC al cabo de algunos años, los síntomas son la necesidad de reconfigurar en cada arranque por ejemplo la fecha y la hora del sistema.