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Definition Was ist BIOS?

Das BIOS (Basic Input/Output System) ist eine fest im nichtflüchtigen Speicher von PCs installierte Firmware. Sie sorgt für die grundlegende Steuerung der Hardware und startet das eigentliche Betriebssystem. Nach dem Einschalten des Rechners führt das BIOS zunächst einen Selbsttest verschiedener Hardwarekomponenten durch.

(© aga7ta - Fotolia)

Die Abkürzung BIOS steht für Basic Input/Output System. Es handelt sich um ein grundlegendes Betriebssystem von x86-Rechnern, das für das Starten des eigentlichen Betriebssystems und die Initialisierung sowie den Selbsttest der Hardware verantwortlich ist. Es ist in einem nichtflüchtigen Speicher auf dem Motherboard abgelegt und startet automatisch nach dem Einschalten des Rechners. Im Gegensatz zum eigentlichen Betriebssystem muss es nicht installiert werden, sondern wird direkt funktionsfähig mit dem Computer ausgeliefert.

Das Basic Input/Output System stellt die Grundfunktionen des Rechners bereit und prüft, ob die wichtigsten Komponenten des Computers funktionsfähig sind. Diese Prüfung erfolgt im so genannten Power-On-Self-Test (POST) und umfasst Speicher, CPU, Interrupt-Controller und weitere Hardware. Die Version des BIOS zeigt der Rechner nach dem Einschalten an.

Der Speicher, in dem das Basic Input/Output System abgelegt ist, ist wiederbeschreibbar. Dadurch ist es möglich, die Firmware des Computers upzudaten. Dies birgt ein gewisses Risiko, da ein Rechner ohne die Firmware nicht mehr startfähig ist. Kommt es zu einem Fehler während des Updates, muss der BIOS-Chip in der Regel ausgetauscht oder über spezielle Geräte neu programmiert werden. In modernen PCs und Laptops verliert das Basic Input/Output System immer mehr an Bedeutung, da es vom leistungsfähigeren Unified Extensible Firmware Interface (kurz UEFI oder Unified EFI) abgelöst wird.

Die Grundfunktionen des BIOS

Das Basic Input/Output System löst das Grundproblem, dass eine bestimmte Software für den Betrieb eines Rechners zunächst in den Hauptspeicher geladen werden muss. Hierfür benötigt der Prozessor allerdings wiederum eine Software, die darüber informiert, wo die Software zu finden ist, und den Ladevorgang einleitet. Diese Aufgabe übernimmt das Basic Input/Output System. Es ist auf dem Mainboard des Rechners fest installiert und wird von der CPU direkt nach dem Einschalten angesprochen.

Als weitere Grundfunktion bildet das Basic Input/Output System eine Abstraktionsebene zwischen Hardware und Betriebssystem. Diese nennt sich Hardware Abstraction Layer (HAL). Dank dieser Abstraktionsebene ist es möglich, Hardware standardisiert anzusprechen.

Weitere Aufgaben des Basic Input/Output Systems

Im Laufe der Zeit hat das Basic Input/Output System neben den geschilderten Grundfunktionen immer mehr zusätzliche Funktionen übernommen. Nach dem Power-On Self-Test (POST) erzeugt das Basic Input/Output System ACPI-Tabellen, mit denen das Betriebssystem wichtige Energieverwaltungsfunktionen der Hardware steuert. Ein modernes Plug-and-Play-BIOS überprüft zudem die eingesteckten Erweiterungskarten. Ebenfalls im Basic Input/Output System lässt sich die Uhrzeit und das Datum des Rechners einstellen und die Reihenfolge der für den Start des Betriebssystems anzusprechenden Speichergeräte wie Festplatten, DVD-Laufwerke oder USB-Speicher festlegen.

Läuft ein Rechner im klassischen Real-Mode wie beispielsweise mit dem Betriebssystem DOS, übernimmt das Basic Input/Output System die Kommunikation mit Hardwarekomponenten wie Grafikkarte, Systemlautsprecher, Tastatur, Festplattenlaufwerken oder seriellen und parallelen Schnittstellen. Arbeitet ein Betriebssystem treiberbasiert wie Windows oder Linux, werden diese Funktionen des Basic Input/Output Systems nicht oder nur in Teilen genutzt.

Einstellungen im BIOS

Nach dem Einschalten des Rechners besteht die Möglichkeit, in den Konfigurationsmodus des Basic Input/Output Systems zu wechseln. Hierfür ist es erforderlich, eine bestimmte Taste oder Tastenkombination zu betätigen. In der Regel wird ein kurzer Hinweis hierzu während des Bootvorgangs angezeigt. Am häufigsten kommen die Tasten Entf., F1, F2, F8, F10 und F12 oder die ESC-Taste oder die Kombination STRG+ALT+ESC.

Hat man den Konfigurationsmodus angefordert, zeigt der Rechner eine Maske mit verschiedenen Eingabe- und Informationsmöglichkeiten. Per Tastatur oder Maus können User bestimmte Einstellungen vornehmen. So lässt sich der Bootvorgang eines Rechners und/oder der Start der BIOS-Eingabemaske durch ein Passwort absichern.

Bestimmte Komponenten, Schnittstellen oder Funktionen sind im BIOS konfigurierbar oder lassen sich ein- und ausschalten. Typische Einstellungen sind beispielsweise die Bootreihenfolge, Uhrzeit und Datum oder Energiesparfunktionen. Alle Einstellungen sind in einem CMOS-Speicher abgelegt. Damit die Einstellungen ohne Stromversorgung erhalten bleiben, versorgt eine Batterie, meist eine Knopfzelle, den CMOS-Speicher. Nach einigen Jahren kann es notwendig sein, die Batterie zu ersetzen. Mit einer leeren CMOS-Batterie sind stets die Grundeinstellungen des BIOS aktiv. Weder benutzerspezifische Konfigurationen noch Datum und Uhrzeit des Rechners sind dann speicherbar.

Informationen, die das Basic Input/Output System in seiner Konfigurationsmaske anzeigt, sind beispielsweise Prozessordaten, Festplattengrößen, BIOS-Version oder installierte Erweiterungskarten. Einige BIOS-Versionen erlauben ein umfangreiches Tunen des Rechners. Es können Arbeitstakte, Prozessor-Optionen, Übertragungsraten der Bussysteme oder Speichereinstellungen angepasst werden. Ebenfalls oft einstellbar sind die Steuerfunktionen des Prozessorlüfters. Läuft ein Rechner aufgrund einer bestimmten Konfiguration instabil, ist die Default-Konfiguration des Basic Input/Output System wiederherstellbar.

Die Weiterentwicklungen des Basic Input/Output Systems: EFI und UEFI

Die Grundfunktionalität des Basic Input/Output Systems hat sich seit den 1980er Jahren kaum verändert. Leistungsfähigere moderne Hardware hat eine Überarbeitung des BIOS hin zu einem Extensible Firmware Interface erforderlich gemacht. Das Unified Extensible Firmware Interface (UEFI), hervorgegangen aus dem Extensible Firmware Interface (EFI), löst das Basic Input/Output System in aktuellen Rechnern mehr und mehr ab. Es bietet neue Funktionen, ist einfacher bedienbar und unterstützt hochauflösende Grafikkarten sowie Netzwerkkarten.

Obwohl viele Rechner heute mit einem Unified Extensible Firmware Interface starten, nennen es viele noch immer BIOS. Das UEFI hat eine grafische Benutzeroberfläche und kann ohne das eigentliche Betriebssystem zu laden auf Netzwerkfunktionen zurückgreifen. Die Benutzeroberfläche ist mit Tastatur und Maus bedienbar. Selbst das Surfen im Internet ist mit einem UEFI-Webbrowser prinzipiell ohne weiteres Betriebssystem möglich.

Ein wichtiger Bestandteil vieler UEFI-Versionen ist der sogenannte Secure Boot. Mit dieser Funktion ist nur das Booten signierter Bootloader möglich. Das Starten von unerwünschter Software, nicht zugelassenen Betriebssystemen oder Schadsoftware lässt sich mit dem Secure Boot verhindern.

Die wichtigsten Funktionen des Unified Extensible Firmware Interfaces sind kurz zusammengefasst folgende:

  • Unterstützung von Netzwerkfunktionen
  • Unterstützung hochauflösender Grafikkarten
  • Secure Boot
  • Kompatibilitätsmodus zum Basic Input/Output System
  • Möglichkeit des Aufrufs von EFI-Applikationen
  • Möglichkeit der Treiberintegration, die das Nachladen der Treiber durch das Betriebssystem überflüssig macht (systemunabhängige Treiber)
  • Sandbox-Mode mit Speicher- und Netzwerkverwaltung in der Firmware
  • integrierter Bootloader zur Auswahl des Betriebssystems

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