BIOS

Ein Basic Input Output System (BIOS) ist bei x86-PCs die Basis-Software, die der Computer direkt nach dem Einschalten lädt und ausführt. Dem entspringt auch das Backronym "Basic Instructions Operating System". Das griechische Wort ß??? bedeutet zu deutsch Leben und könnte im übertragenen Sinne bedeuten, dass dem Rechner durch das BIOS das Leben eingehaucht wird. Die Software wird dazu in einem nichtflüchtigen Speicher abgelegt und steht dem Steuerwerk der CPU direkt zur Verfügung.

Ein BIOS unterscheidet sich von der funktionsähnlichen Lowlevel-Firmware darin, dass es nicht selbst den Betrieb des Computers steuert, sondern dazu ein Betriebssystem bootet. Allerdings stellt auch das BIOS selbst eine Form von Firmware dar.

Im Gegensatz zu einem reinen Boot-Loader verbleibt es nach dem Booten im Speicher und stellt dem Betriebssystem Softwarefunktionen zur Ansteuerung der Hardware bzw. von deren Firmware zur Verfügung.

Im flüchtigen Sprachgebrauch wird der Begriff heute auch manchmal eingeengt auf die BIOS-Einstellungen.

Ein BIOS löst zwei Probleme, die beim Kaltstart eines PCs auftreten:

Zum Einen ein klassisches Henne-Ei-Problem: Software ist in der Regel auf einem Datenträger gespeichert, die zunächst in den Hauptspeicher des Rechners eingelesen werden muss. Zum Einlesen des Datenträgers benötigt die CPU aber wiederum Software. Frühere Computer und Rechenanlagen lösten dieses Problem dadurch, dass sie die CPU nach dem Einschalten des Rechners grundsätzlich zunächst in den Pausemodus versetzten. Bevor der Rechner gestartet werden konnte, musste man zunächst manuell oder mithilfe spezieller Peripherie eine minimale Software (oft auch Bootloader, Urlader oder Ladeprogramm genannt) in den Hauptspeicher eintragen. Häufig war die Neueingabe des Urladers beim Starten des Rechners aber gar nicht nötig, da der in den 1960er und frühen 1970er Jahren weit verbreitete Kernspeicher – ganz im Gegensatz zum heute gebräuchlichen Halbleiterspeicher – seinen Inhalt auch beim Ausschalten nicht verlor und die Programme im Hauptspeicher deshalb zumeist nur neu gestartet werden mussten oder sogar fortgesetzt wer
den konnten. Das Ladeprogramm ist bei heutigen PCs Teil des BIOS, das in einem speziellen Speicherbaustein, dem Flash-Speicher abgelegt ist, dessen Speicherinhalt auch ohne Stromzufuhr erhalten bleibt. Damit entfällt heute die manuelle Eingabe eines Ladeprogramms.

Zum Anderen erfordert unterschiedliche Hardware, die in unterschiedlichen Rechnern verbaut ist, jeweils eine spezielle Ansteuerungssoftware („Treibersoftware“). Ein Betriebssystem musste also früher auf jede Variante jedes Rechnertyps speziell zugeschnitten werden, um darauf lauffähig zu sein. Durch die Auslagerung dieser speziellen Ansteuersoftware in den jeweiligen Rechner wurde es möglich, die gleiche Betriebssystemsoftware auf verschiedenen Rechnern laufen zu lassen.

Allerdings lässt sich beobachten, dass moderne Betriebssysteme wieder dazu übergehen, eigene Treibersoftware für die Hardware zu benutzen, da im Protected Mode keine BIOS-Aufrufe mehr möglich sind.

Durch modernere Hardware hat das BIOS im Laufe der Zeit neue Funktionen hinzugewonnen. Nicht alle der im Folgenden genannten Punkte wurden schon vom Ur-BIOS auf dem ersten IBM PC ausgeführt. Die Weiterentwicklung der Hardware hat im Laufe der Zeit (Stand 2005 ist das BIOS-Konzept bereits über 20 Jahre alt) zu einer Reihe von iterativen, inkompatiblen Ergänzungen geführt, die zunehmend den Charakter von „Flickschusterei“ tragen und nicht mehr wirklich zeitgemäß für moderne 64 Bit-Systeme sind. Daher wurde in Form von Extensible Firmware Interface (EFI) bereits ein BIOS-Nachfolger entwickelt.

Im Wesentlichen führt das BIOS die folgenden Funktionen aus, bevor das Betriebssystem gestartet wird:

Power On Self-Test (POST)

Initialisierung der Hardware

Aufforderung zur Eingabe eines BIOS-Passworts (falls konfiguriert)

Aufforderung zur Eingabe eines Festplatten-Passworts (falls konfiguriert)

Darstellung eines Startbildschirms

Möglichkeit ein BIOS-Konfigurationsmenü („BIOS-Setup“) aufzurufen

Aufrufen von BIOS-Erweiterungen, die auf Steckkarten untergebracht sind, z. B.:

Grafikkarten

Netzwerkkarten

SCSI-Karten

RAID-Karten

Feststellen, von welchem Datenträger gebootet werden kann und soll

Laden des Software-Bootloaders von diesem Datenträger.

Danach übernimmt der geladene Bootloader die Kontrolle über den Rechner. Meist lädt und startet er das auf dem entsprechenden Datenträger gespeicherte Betriebssystem entweder sofort oder bietet ein Menü zur Auswahl eines Betriebssystems an (Bootmanager). Bei klassischen Betriebssystemen (z. B. DOS) wird das BIOS auch im weiteren Betrieb genutzt. Es übernimmt für das Betriebssystem die Kommunikation mit diverser Hardware, z. B.:

Tastatur

serielle und parallele Schnittstellen

Systemlautsprecher

Grafikkarte (nur Textdarstellung)

Diskettenlaufwerke

Festplatten

Andere, moderne Arten von Hardware werden vom BIOS nicht bedient. Zur Ansteuerung z. B. einer Maus ist auch unter DOS ein spezieller Hardwaretreiber nötig.

Neuere, treiberbasierte Betriebssysteme wie z. B. Linux oder Microsoft Windows nutzen diese BIOS-Dienste nicht. Sie laden für jede Art von Hardware einen speziellen Treiber. Sie müssen jedoch am Anfang ihres Startvorgangs noch kurz auf die BIOS-Funktionen zur Ansteuerung der Festplatten zurückgreifen, um ihren Festplattentreiber zu laden.

Das BIOS ist die zweite Sicherheitsstufe, die unberechtigten Zugriff auf einen Computer verhindern kann. Zuvor gibt es die physische Sicherung mit Schlössern o. ä., welche stets vorzuziehen ist. Im BIOS-Setup kann eine Passwortabfrage für das Starten des Rechners eingerichtet werden. Dies stellt aber nur auf den ersten Blick eine Sicherung des Systems dar, da diese Einstellungen bei physischem Zugang zum Computer mehr oder weniger leicht durch Manipulationen auf der Hauptplatine ausgehebelt werden kann. Zudem wirkt diese Sicherung auch nur auf die Hauptplatine, auf der sich das BIOS enthaltende ROM befindet. Tauscht man diese aus, oder baut man die Festplatte(n) des Systems in einen anderen Rechner ein, kann problemlos auf alle Daten zugegriffen werden. Zudem haben die Hersteller meist ein festes (Recovery-)Passwort (eigentlich nur den Servicekräften bekannt) eingerichtet, um den Zugang wiederherstellen zu können, wenn man sein eigenes Passwort vergessen hat.

Für viele BIOS-Versionen gibt es neben dem User-Passwort, mit dem das Booten des Betriebssystems gesperrt wird, auch ein Master- oder Supervisor-Passwort, welches die Einstellungen des BIOS vor Veränderungen schützt. Damit lässt sich ein passwortgeschützter Rechner auch dann wieder starten, wenn man etwa das User-Passwort vergessen hat.

In das Setup-Programm des BIOS gelangt man meistens, indem man beim Einschalten des Rechners eine bestimmte Taste oder Tastenkombination betätigt (meist Entf, Einfg, F10, F12 oder F2, bei Baycom-Notebooks "CTRL-ALT-S"). Selten findet man Mainboards, auf denen ein bestimmter Jumper gesetzt werden muss.

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