معرفی بایوس (BIOS) و برسی وظیفه آن

بایوس (BIOS)، به عنوان یکی از اولین و حیاتی‌ترین نرم‌افزارهای سیستمی در رایانه‌ها شناخته می‌شود که بدون آن، ارتباط بین سیستم‌عامل و سخت‌افزار ممکن نیست. این نرم‌افزار کوچک و قدرتمند، در آغاز هر بار روشن شدن سیستم، دستوراتی را اجرا می‌کند تا از سلامت و آماده بودن بخش‌های مختلف سخت‌افزار مطمئن شود. اما بایوس دقیقاً چیست و چرا نقش آن در عملکرد دستگاه‌ها تا این حد مهم است؟

در این مقاله، با نگاهی عمیق‌تر به ساختار و کاربردهای بایوس، به بررسی نحوه تأثیرگذاری آن بر کارایی و بهینه‌سازی سیستم‌های کامپیوتری خواهیم پرداخت، پس با آکادمی محسن نصرالهی همراه باشید تا با BIOS و وظیفه آن بهتر آشنا شوید.

بایوس چیست؟

بایوس (BIOS) یا سیستم ورودی/خروجی پایه، نرم‌افزاری است که در تراشه‌ای روی مادربرد کامپیوتر قرار دارد و اولین برنامه‌ای است که هنگام روشن شدن سیستم اجرا می‌شود. وظیفه بایوس، بررسی و آماده‌سازی سخت‌افزارها برای شروع به کار سیستم‌عامل است. BIOS پس از روشن شدن، یک سری تست اولیه به نام POST را انجام می‌دهد تا از سلامت قطعاتی مانند رم، پردازنده، و هارد دیسک اطمینان حاصل کند. سپس سیستم‌عامل را بارگذاری می‌کند و تنظیمات پایه سخت‌افزار و دستگاه‌های ورودی و خروجی مانند کیبورد و ماوس را انجام می‌دهد.

وظیفه بایوس چست؟

بایوس (BIOS) یکی از اجزای کلیدی و اولیه در هر کامپیوتری است که بدون آن، هیچ‌کدام از قطعات سخت‌افزاری قادر به فعالیت و راه‌اندازی سیستم نخواهند بود. BIOS وظایف متعددی دارد که هرکدام برای عملکرد بهینه و صحیح سیستم ضروری هستند. در ادامه به شرح وظایف اصلی بایوس پرداخته شده است.

۱. تست اولیه سیستم (POST)

یکی از اولین وظایف BIOS پس از روشن شدن سیستم، انجام تست اولیه‌ای به نام POST (Power-On Self-Test) است. این تست خودکار، سلامت و کارکرد صحیح اجزای سخت‌افزاری مهم مانند رم، پردازنده، کارت گرافیک و دیسک‌های سخت را بررسی می‌کند. اگر هر گونه مشکلی در این قطعات وجود داشته باشد، BIOS از طریق بوق‌ها یا پیام‌های خطا آن را به کاربر اطلاع می‌دهد. هر بوق یا پیام خطا معنی خاصی دارد و کاربر می‌تواند با توجه به آن، مشکل سخت‌افزاری را شناسایی کند.

۲. راه‌اندازی سیستم‌عامل

پس از انجام موفقیت‌آمیز تست POST، BIOS به دنبال محل ذخیره سیستم‌عامل در دیسک سخت یا حافظه فلش می‌گردد. این فرآیند که با عنوان بوت شدن (Booting) شناخته می‌شود، شامل یافتن و بارگذاری سیستم‌عامل در حافظه RAM است. BIOS با اجرای این فرآیند، سیستم را برای شروع کار آماده می‌کند و به سیستم‌عامل اجازه می‌دهد تا کنترل کامل دستگاه را به عهده بگیرد.

۳. تنظیمات سخت‌افزاری

BIOS به عنوان یک رابط، تنظیمات ابتدایی سخت‌افزارهای مختلف سیستم را کنترل و پیکربندی می‌کند. این شامل مواردی مانند سرعت پردازنده، ولتاژ رم، و ترتیب بوت درایوها (Boot Order) است. BIOS به کاربر اجازه می‌دهد که این تنظیمات را بر اساس نیاز و ترجیح خود تغییر دهد. تنظیمات بایوس از طریق منوی BIOS که هنگام راه‌اندازی سیستم در دسترس قرار می‌گیرد، قابل دسترسی و ویرایش است.

۴. کنترل و مدیریت دستگاه‌های ورودی و خروجی

BIOS نقش واسط بین سیستم‌عامل و دستگاه‌های ورودی و خروجی (I/O) مثل کیبورد، ماوس، مانیتور و پورت‌های USB را ایفا می‌کند. این وظیفه مهم باعث می‌شود که سیستم‌عامل بتواند به راحتی از این دستگاه‌ها استفاده کند. بایوس، دستورات ابتدایی برای شناسایی و تنظیم این دستگاه‌ها را فراهم می‌آورد و آنها را برای تعامل با سیستم‌عامل آماده می‌کند.

۵. مدیریت انرژی

BIOSدارای قابلیت‌های مدیریت انرژی است که به بهبود مصرف برق و عملکرد بهتر سیستم کمک می‌کند. ویژگی‌هایی مانند حالت آماده به کار (Standby) و خواب (Sleep) از طریق BIOS کنترل می‌شوند. این امکانات به سیستم کمک می‌کنند تا در هنگام عدم استفاده، به حالت کم‌مصرف رفته و انرژی کمتری مصرف کند، که این امر علاوه بر کاهش مصرف برق، باعث افزایش عمر قطعات سخت‌افزاری نیز می‌شود.

انواع بایوس

BIOS در طول زمان به دلایل مختلفی همچون پیشرفت تکنولوژی و نیاز به عملکرد بهتر و سریع‌تر توسعه یافته‌اند. در زیر به بررسی انواع بایوس‌ها و ویژگی‌های هر کدام به صورت کامل پرداخته و ارائه شده است.

۱. بایوس‌های سنتی (Legacy BIOS)

این نوع بایوس‌ها قدیمی‌ترین نسل بایوس‌ها هستند و سال‌ها در سیستم‌های کامپیوتری استفاده شده‌اند. BIOS سنتی به دلیل محدودیت‌های خود، قادر به پشتیبانی از دیسک‌های سخت با ظرفیت بالا نبود و تنها با درایوهایی تا حداکثر ۲ ترابایت سازگار بود. همچنین، بایوس‌های قدیمی از رابط کاربری ساده و متنی استفاده می‌کردند و زمان بوت نسبتاً طولانی داشتند. به دلیل این محدودیت‌ها، امروزه به ندرت در سیستم‌های جدید از BIOS سنتی استفاده می‌شود.

۲. UEFI (Unified Extensible Firmware Interface)

UEFI نسخه‌ی پیشرفته‌تری از BIOS است که برای رفع محدودیت‌های بایوس‌های سنتی طراحی شده است. این نوع بایوس دارای ویژگی‌هایی است که در ادامه توضیح داده شده است.

• پشتیبانی از دیسک‌های با ظرفیت بالا: برخلاف بایوس‌های سنتی، UEFI می‌تواند با دیسک‌های بزرگتر از ۲ ترابایت نیز کار کند.
• رابط گرافیکی: UEFI دارای رابط کاربری گرافیکی است که استفاده از آن را نسبت به رابط متنی BIOS سنتی آسان‌تر می‌کند.
• زمان بوت سریع‌تر: UEFI به دلیل طراحی بهینه‌تر، سیستم را سریع‌تر بوت می‌کند.
• امنیت بیشتر: UEFI دارای ویژگی‌های امنیتی مانند Secure Boot است که از بوت شدن نرم‌افزارهای مخرب و بدافزارها جلوگیری می‌کند.

۳. EFI (Extensible Firmware Interface)

EFI نسخه اولیه UEFI است که توسط اینتل توسعه داده شد و بعدها به UEFI تبدیل شد. EFI ویژگی‌های پیشرفته‌تری نسبت به بایوس‌های سنتی داشت و اولین گام برای جایگزینی بایوس‌های قدیمی به شمار می‌رفت. اما پس از توسعه UEFI، EFI عملاً کنار گذاشته شد و تمامی پیشرفت‌ها به UEFI منتقل شد.

۴. Coreboot

Coreboot یک BIOS اپن‌سورس (Open-Source) است که برای سیستم‌هایی با کاربردهای خاص طراحی شده است. هدف از Coreboot، کاهش زمان بوت سیستم و ارائه یک نرم‌افزار سبک و بهینه است. این نوع BIOS بیشتر در سیستم‌های اختصاصی، مانند سیستم‌های ابری و مراکز داده استفاده می‌شود. از آنجا که Coreboot اپن‌سورس است، امکان شخصی‌سازی زیادی به کاربران حرفه‌ای و توسعه‌دهندگان می‌دهد.

۵. OpenBIOS و SeaBIOS

این دو BIOS نیز از دسته بایوس‌های اپن‌سورس هستند و عمدتاً در محیط‌های مجازی و شبیه‌سازی سیستم استفاده می‌شوند. OpenBIOS و SeaBIOS امکان اجرای BIOS را در شبیه‌سازها و ماشین‌های مجازی فراهم می‌کنند. این نوع بایوس‌ها بیشتر در پروژه‌های توسعه نرم‌افزار و آزمایشات سیستم‌های مجازی مورد استفاده قرار می‌گیرند.

تفاوت بایوس و UEFI

بایوس (BIOS) و UEFI (Unified Extensible Firmware Interface) هر دو نرم‌افزارهایی هستند که در زمان روشن شدن سیستم وظیفه راه‌اندازی و مدیریت سخت‌افزار را بر عهده دارند، اما تفاوت‌های قابل توجهی در عملکرد و قابلیت‌های آن‌ها وجود دارد. در ادامه به برسی تفاوت های این دو پرداخته شده است.

۱. رابط کاربری

• BIOS: بایوس‌های سنتی معمولاً از رابط کاربری متنی (Text-based) استفاده می‌کنند. این رابط ساده و غیرگرافیکی است و تنظیمات تنها از طریق کلیدهای عملکرد قابل دسترسی و تغییر هستند.
• UEFI: UEFI دارای رابط کاربری گرافیکی است که به کاربر امکان می‌دهد تا از طریق ماوس و کیبورد با تنظیمات کار کند. این رابط کاربری کاربرپسندتر و قابل تنظیم‌تر است.

۲. پشتیبانی از دیسک‌های سخت

• BIOS: بایوس‌های سنتی تنها می‌توانند از دیسک‌های سخت با ظرفیت حداکثر ۲ ترابایت پشتیبانی کنند. این محدودیت به دلیل استفاده از جدول پارتیشن MBR (Master Boot Record) است.
• UEFI: UEFI از دیسک‌های سخت با ظرفیت‌های بالاتر از ۲ ترابایت پشتیبانی می‌کند و می‌تواند از جدول پارتیشن GPT (GUID Partition Table) استفاده کند که امکان پشتیبانی از حجم‌های بزرگتر را فراهم می‌آورد.

۳. زمان بوت

• BIOS: زمان بوت در بایوس‌های سنتی معمولاً بیشتر است، زیرا فرآیندهای ابتدایی و بررسی‌های مختلف زمان‌بر هستند.
• UEFI: UEFI به دلیل بهینه‌سازی‌های انجام‌شده، زمان بوت کمتری دارد و سیستم‌ها را سریع‌تر راه‌اندازی می‌کند.

۴. امنیت

• BIOS: بایوس‌های سنتی از نظر امنیتی ضعیف‌تر هستند و فاقد ویژگی‌های مدرن برای جلوگیری از اجرای نرم‌افزارهای مخرب هستند.
• UEFI: UEFI دارای ویژگی‌هایی مانند Secure Boot است که به جلوگیری از بوت شدن نرم‌افزارهای غیرمجاز و بدافزارها کمک می‌کند. این ویژگی امنیت سیستم را در زمان راه‌اندازی افزایش می‌دهد.

۵. قابلیت‌های توسعه و انعطاف‌پذیری

• BIOS: بایوس‌های سنتی انعطاف‌پذیری کمتری دارند و معمولاً در تنظیمات سخت‌افزاری محدود هستند.
• UEFI: UEFI به دلیل ساختار ماژولار خود، قابلیت‌های توسعه و انعطاف‌پذیری بیشتری دارد. به توسعه‌دهندگان اجازه می‌دهد تا ماژول‌های جدید اضافه کنند و قابلیت‌های بیشتری به سیستم بیافزایند.

۶. پشتیبانی از نرم‌افزار

• BIOS: بایوس‌های سنتی به سختی می‌توانند با سیستم‌های مدرن و نرم‌افزارهای جدید سازگار شوند.
• UEFI: UEFI به دلیل معماری مدرن‌تر و به‌روزرسانی‌های مکرر، با سیستم‌عامل‌های جدید و فناوری‌های مدرن بیشتر سازگار است.

نتیجه و جمع بندی

بایوس (BIOS) به عنوان یک نرم‌افزار اساسی در سیستم‌های کامپیوتری، وظیفه راه‌اندازی سخت‌افزار و مدیریت فرآیندهای ابتدایی سیستم را بر عهده دارد. با این حال، با پیشرفت تکنولوژی و نیاز به عملکرد بهتر و سریع‌تر، بایوس‌های سنتی به تدریج جای خود را به UEFI داده‌اند. UEFI با رابط کاربری گرافیکی، پشتیبانی از دیسک‌های سخت بزرگتر، زمان بوت سریع‌تر و قابلیت‌های امنیتی پیشرفته، به‌طور قابل توجهی بهبود یافته است. همچنین، انعطاف‌پذیری و قابلیت توسعه UEFI، آن را به گزینه‌ای مناسب برای سیستم‌های مدرن تبدیل کرده است.

در نتیجه، با توجه به مزایا و ویژگی‌های برتر UEFI، انتظار می‌رود که بایوس‌های سنتی به مرور زمان از دور خارج شوند و UEFI به عنوان استاندارد جدید در صنعت رایانه پذیرفته شود. اگر سوالی در رابطه با استفاده از بایوس دارید می‌توانید با ما در تماس باشید یا با گذاشتن کامنت سوال های خود را از ما بپرسید و بهترین جواب را دریافت کنید.