BIOS, UEFI y CMOS

Introducción al BIOS

BIOS (Sistema básico de entradas y salidas, del inglés “Basic Input/Output System“) es un componente esencial que se usa para controlar el hardware. Es un pequeño programa, que se carga en la ROM (Read-Only Memory (Memoria de sólo lectura), tipo de memoria que no puede modificarse) y en la EEPROM (Electrically-Erasable Programmable Read-Only Memory (Memoria de sólo lectura que es programable y que puede borrarse eléctricamente)). De allí proviene el término flasher, que designa la acción de modificar el EEPROM.

Al ser una memoria, contiene dos tipos de software. El POST y el SETUP.

El POST

Bios-which-key.jpg

Cuando se enciende o se restablece un sistema informático, el BIOS realiza un inventario del hardware conectado al ordenador y efectúa un diagnóstico llamado Prueba automática en el encendido (POST, Power-On Self Test) para comprobar que el equipo funciona correctamente.

  • Efectuar una prueba del procesador (CPU)
  • Verificar el BIOS
  • Verificar la configuración del CMOS
  • Inicializar el temporizador (reloj interno)
  • Inicializar el controlador de DMA
  • Verificar la memoria RAM y la memoria caché
  • Instalar todas las funciones del BIOS
  • Verificar todas las configuraciones (como por ejemplo teclado, unidades de disco y discos rígidos)

Si en algún momento el POST encuentra un error, intentará continuar con el inicio del ordenador. Sin embargo, si el error es serio, el BIOS detendrá la carga del sistema y:

  • de ser posible, mostrará un mensaje en la pantalla (porque el dispositivo puede no haber sido inicializado o puede presentar fallas);
  • emitirá una secuencia de sonidos que permite diagnosticar el origen del error;
  • enviará un código (denominado código POST) al puerto serial del ordenador, que puede recuperarse a través de hardware especial de diagnósticos.

Si no hay problemas, el BIOS emitirá un sonido corto para informar que no hay errores.

Significado de los sonidos en los sistemas más recientes de Award BIOS:
número de sonidos Significado Cómo solucionar el problema
1 sonido corto La PC se inicia con normalidad.
2 sonido cortos Problema de CMOS Reiniciar el CMOS al quitar la pila del BIOS y al reemplazar o al mover el puente JP4.
1 sonido largo/1 sonido corto Problema con la placa madre o la memoria RAM Ubique correctamente los módulos de memoria RAM en su ranura, luego pruebe la memoria RAM o cámbiela.
1 sonido largo/2 sonidos cortos Problema con la tarjeta gráfica Verifique que la tarjeta gráfica esté colocada correctamente en su ranura. De ser necesario, pruebe con otra tarjeta de video.
1 sonido largo/3 sonidos cortos Problema con el teclado Verifique que el teclado esté conectado correctamente y que no haya teclas presionadas. De ser necesario, pruebe con otro teclado.
1 sonido largo/9 sonidos cortos Falla del BIOS El BIOS no es válido, cámbielo por una versión más reciente.
3 sonidos Falla en los primeros 64 KB de la memoria RAM. La memoria RAM contiene errores. Intente insertarla nuevamente en forma correcta o bien reemplácela.
4 sonidos Error de Actualización La memoria RAM no se actualiza correctamente. Reinicie los valores de actualización en el BIOS o reinicie el BIOS.
5 sonidos Error del procesador Verifique que el procesador esté conectado correctamente y que el ventilador funcione. De ser necesario, cámbielo.
6 sonidos Problema con el teclado Verifique que el teclado esté conectado correctamente y que no haya teclas presionadas. De ser necesario, pruebe con otro teclado.
8 sonidos Problema con la tarjeta gráfica Verifique que la tarjeta gráfica esté colocada correctamente en su ranura. De ser necesario, pruebe con otra tarjeta de video.
Sonidos largos y constantes Error en la memoria RAM. Ubique correctamente los módulos de memoria RAM en su ranura, luego pruebe la memoria RAM o cámbiela.
Sonidos cortos y constantes Error de la fuente de alimentación Verifique que todos los cables estén conectados correctamente a la placa madre, pruebe con otra fuente de alimentación o cámbiela.
Significado de los sonidos del BIOS AMI:
número de sonidos Significado Cómo solucionar el problema
1 Error de actualización La memoria RAM no se actualiza correctamente. Reinicie los valores de actualización en el BIOS o reinicie el BIOS. Ubique correctamente los módulos de memoria RAM en la ranura o bien cámbielos
2 Error de Paridad Ubique correctamente los módulos de memoria RAM en la ranura o bien cámbielos. Pruebe la memoria RAM.
3 Falla en los primeros 64 KB de la memoria RAM Ubique correctamente los módulos de memoria RAM en su ranura o cámbielos De ser necesario, actualice el BIOS.
4 No funciona el temporizador del sistema Se debe enviar la placa madre para que sea reparada.
5 Error del procesador Verifique que el procesador esté conectado correctamente y que el ventilador funcione. De ser necesario, cámbielo.
6 Falla en la puerta A20. Verifique que el teclado esté conectado correctamente y que no haya teclas presionadas. De ser necesario, pruebe con otro teclado.
7 Error de excepción/identificador del procesador Se debe enviar la placa madre para que sea reparada.
8 Error de lectura/escritura en la RAM de video Verifique que la tarjeta gráfica esté colocada correctamente en su ranura. De ser necesario, pruebe con otra tarjeta de video.
9 Error de suma de comprobación de la memoria ROM Se debe reemplazar o bien actualizar el chip del BIOS.
10 Error de lectura/escritura en el registro de cierre de CMOS Se debe enviar la placa madre para que sea reparada.
11 Problema con la memoria caché Verifique que el procesador esté conectado correctamente y que el ventilador funcione. De ser necesario, cámbielo. Ubique correctamente los módulos de memoria RAM en sus ranuras o bien cámbielos.

 Para un BIOS Award, sólo los errores relativos al video producirán algún tipo de sonido. Los demás errores son enviados como códigos POST y se muestran en pantalla.

De esta manera, un sonido largo, seguido de dos sonidos cortos, indican un error en alguno de los dispositivos de video (tarjeta gráfica). En dicho caso, verifique que la tarjeta esté ubicada correctamente en su ranura o en última instancia, cámbiela. Cualquier otro sonido indica un error relacionado con la memoria.

A continuación, una lista de códigos POST y el significado de las secuencias de sonidos para cada uno de los 3 principales fabricantes de BIOS:

Para simplificar los códigos de sonidos, podemos decir que se producen 2 tipos de sonidos muy característicos:

  • RAM

Si los pitidos son continuados y repetitivos, el problema se encuentra en la RAM por lo que será necesario retirarlos los módulos, limpiarlos (usar una goma de borrar sobre los contactos metálicos) y probarlos uno a uno en cada una de las ranuras de memoria de la Placa Base. Suele ser más fiable probar cada módulo de memoria en otro PC para detectar el módulo defectuoso o sospechar que el problema reside en la propia placa base.

  • Tarjeta Gráfica

Si los pitidos son una secuencia melódica y no se repiten, seguramente el problema resida en la tarjeta gráfica, especialmente si ésta es AGP, que suelen desplazarse fruto de la dilatación de los metales en sus contactos. En este caso, retiraremos la tarjeta, limpiaremos los contactos también con una goma de borrar y la probaremos de nuevo. Si es necesario probarla en otra placa base.

SETUP, configuración del BIOS

enable_execute_disable_bit_in_bios.png

La mayoría de los BIOS tienen un programa de configuración que permite modificar la configuración básica del sistema. Este tipo de información se almacena en una memoria CMOS o RAM-CMOS,  auto-alimentada (por medio de una batería), para que la información permanezca almacenada incluso si el ordenador se encuentra apagado (la memoria RAM se reinicia cada vez que se inicia el sistema).

Cada equipo cuenta con varios BIOS:

  • El BIOS de la placa madre
  • El BIOS que controla el teclado
  • El BIOS de la tarjeta de video
  • y eventualmente,
    • El BIOS para controladoras SCSI, que se utiliza para iniciar desde un dispositivo SCSI, el que luego se comunica con el DOS, sin que se necesite un controlador adicional.
    • (El BIOS de la tarjeta de red para iniciar desde una red)

Cuando se enciende el ordenador, el BIOS muestra una mensaje de copyright en pantalla, luego realiza los diagnósticos y pruebas pertinentes a la inicialización. Luego de completadas las pruebas, el BIOS muestra un mensaje en el que se invita al usuario a que presione una o más teclas para ingresar a la configuración del BIOS.

Según la marca de BIOS, puede tratarse de la tecla F2, de la tecla F10, o bien de la tecla Supr, o alguna de las siguientes secuencias de teclas:

  • Ctrl+Alt+S
  • Ctrl+Alt+Esc
  • Ctrl+Alt+Ins

UEFI

Unified Extensible Firmware Interface (UEFI), un nuevo estándar para PCs diseñado para reemplaz el BIOS.

Fue desarrollado en colaboración con más de 140 compañías con el objetivo de mejorar la interoperabilidad del software y solucionar las limitaciones del BIOS, entre las que se encuentra la seguridad. Por lo tanto, resulta interesante conocer las diferencias entre BIOS y UEFI y sus características, para saber cuál es la mejor forma de protegerse.

grJGUow.jpg

BIOS y UEFI: controlando el firmware del sistema

Para empezar es importante aclarar que el firmware es una porción de código almacenado en una  en una memoria ROM que se utiliza para establecer las instrucciones que controlan las operaciones de los circuitos de un dispositivo.

Este componente de código va integrado al hardware del dispositivo, pero puede ser modificado a través de órdenes externas con el objetivo de mantenerlo actualizado y funcionando de acuerdo a los requerimientos propios del sistema.

La función primordial del BIOS es inicializar los componentes de hardware y lanzar el sistema operativo. Además, con su carga se inicializan otras funciones de gestión importantes como la energía y la gestión térmica.

Por otra parte el UEFI se puede cargar en cualquier recurso de memoria no volátil, lo cual permite que sea independiente de cualquier sistema operativo. Debido a estas características, posee las mismas funciones que BIOS, pero con características adicionales.

Características de BIOS y UEFI

Dado que BIOS inicializa el sistema, hay alguna características fundamentales asociadas a su ejecución:

  • Puede ejecutar código para verificar la integridad de todos los componentes del firmware antes de que se ejecute y lance el sistema operativo.
  • Probar los componentes clave de hardware en la computadora para garantizar que toda la información cargue correctamente y no genere problemas sobre la información.
  • Controla módulos adicionales como la tarjeta de vídeo o la tarjeta de red de área local, entre otros dispositivos.
  • Selecciona el dispositivo de arranque que puede ser el disco duro, una unidad de CD o un dispositivo USB.

El proceso de arranque UEFI tiene características similares, pero la diferencia es que el código se ejecuta en 32 – o 64-bit de modo protegido en la CPU, no en modo de 16 bits como suele ser el caso de BIOS. En el caso de Windows 8 ya conocemos cómo activar el modo UEFI y Secure Boot,lo cual nos da un nivel adicional de protección en nuestro sistema.

Dentro de las características adicionales de UEFI está la reducción en el tiempo de inicio y reanudación, y cuenta con un proceso que ayuda a prevenir de ataques del tipo bootkitutilizar el modo Secure Boot. Estas son algunas de las razones por las cuales UEFI podría reemplazar a BIOS en el sistema de arranque de las computadoras.

UEFI-1 EZ Mode.jpg

Seguridad en BIOS y UEFI

Como la primera porción de código ejecutada por un dispositivo es alguno de estos dos estándares, deben considerarse como un componente crítico para la seguridad. De hecho, gestionar la seguridad en la BIOS permite fortalecer el equipo desde el encendido. Dado que se ha detectadouna posible vulnerabilidad que afectaría el modo Secure Boot del UEFI, es importante tener algunas recomendaciones de seguridad que nos ayudan a elevar los niveles de seguridad en nuestro equipo:

  1. Todos los cambios a BIOS o UEFI deberán utilizar un mecanismo autenticado de actualización o un mecanismo seguro de actualización local.
  2. El mecanismo de actualización local seguro sólo se debe usar para cargar la primera imagen o para recuperarse de una corrupción en el sistema de arranque.
  3. También garantizará la autenticidad e integridad de la imagen de actualización, especialmente si se trata de BIOS.
  4. Para evitar la modificación no intencional o maliciosa del sistema, deberán estar protegidos con un mecanismo que no se pueda reemplazar fuera de una actualización autenticada.
  5. El mecanismo de actualización será el único capaz de modificar el BIOS del sistema sin necesidad de intervención física.

Al tener presentes estas medidas de seguridad lograremos, independiente del modelo de arranque utilizado en nuestro dispositivo, que este garantice la integridad de nuestra información.

Una de las funciones de UEFI, es el Secure Boot, aunque es una característica útil que previene que algún tipo de malware tome control sobre Windows, también previene que cualquier otro sistema operativo, como distribuciones de Linux o incluso versiones anteriores de Windows, como Windows 7 o XP, puedan bootear o ser instaladas en el ordenador. Es por esta razón que muchos usuarios fracasan cuando intentan arrancar desde un disco o pendrive con otro sistema operativo, con la intención de probarlo o instalarlo en su ordenador.

Windows 8.1 ha sido diseñado para arrancar rápidamente, tan rápido así que no puedes tomar decisiones antes del arranque como solías hacer para ingresar a las opciones de la BIOS. Por esta razón Microsoft buscó otras alternativas para que el usuario pueda arrancar a la BIOS o al UEFI. Alternativas nada cómodas y que están escondida bajo un mar de clics y menús que marean al más diestro.

El reloj y la pila CMOS

imgres.jpgEl reloj en tiempo real (o RTC) es un circuito cuya función es la de sincronizar las señales del sistema. Está constituido por un cristal que, cuando vibra, emite pulsos (denominados pulsos de temporizador) para mantener los elementos del sistema funcionando al mismo tiempo. Lafrecuencia del temporizador (expresada en MHz) no es más que el número de veces que el cristal vibra por segundo, es decir, el número de pulsos de temporizador por segundo. Cuanto más alta sea la frecuencia, mayor será la cantidad de información que el sistema pueda procesar.

Cuando se apaga el ordenador, la fuente de alimentación deja inmediatamente de proporcionar electricidad a la placa madre. Al encender nuevamente el ordenador, el sistema continúa en hora. Un circuito electrónico denominado CMOS (Semiconductor de óxido metálico complementario), también llamado BIOS CMOS, conserva algunos datos del sistema, como la hora, la fecha del sistema y algunas configuraciones esenciales del sistema.

El CMOS se alimenta de manera continua gracias a una pila (pila tipo botón) o bien a una pila ubicada en la placa madre. La información sobre el hardware en el ordenador (como el número de pistas o sectores en cada disco duro) se almacena directamente en el CMOS. Como el CMOS es un tipo de almacenamiento lento, en algunos casos, ciertos sistemas suelen proceder al copiado del contenido del CMOS en la memoria RAM (almacenamiento rápido); el término “memoria shadow” se utiliza para describir este proceso de copiado de información en la memoria RAM.

putting-cmos-battery-in-motherboard.jpg

El “semiconductor de óxido metálico complementario” es una tecnología de fabricación de transistores, la última de una extensa lista que incluye a su vez la TTL (lógica transistor-transistor), elTTLS (lógica transistor-transistor Schottky) (más rápido) o el NMOS (Semiconductor de óxido metálico de canal negativo) y el PMOS (Semiconductor de óxido metálico de canal positivo).

El CMOS permite la ejecución de numerosos canales complementarios en un solo chip. A diferencia de TTL o TTLS, el CMOS es mucho más lento, pero reduce notoriamente el consumo de energía; esta es la razón por la que se utiliza como reloj de ordenadores alimentados a pilas. A veces, el término CMOS se utiliza erróneamente para hacer referencia a los relojes de ordenadores.

Cuando la hora del ordenador se reinicia de manera continua o si el reloj se atrasa, generalmente sólo debe cambiarse la pila.

FABRICANTES

Los principales proveedores de BIOS son American Megatrends (AMI) y Phoenix Technologies (que compró Award Software International en 1998).

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