Optimierung des BIOS

April 2015

Was ist der BIOS?

Der BIOS (B asic I nput O utput S ystem) ist ein kleiner Speicher der sich auf dem Motherboard befindet, dessen Daten die Systemparameter definieren. Gewisse Daten werden in einem Festspeicher (ROM ) hinterlegt, so dass es nicht möglich ist sie zu ändern, andere Parameter allerdings bieten Zugriff über den Setup des BIOS, der beim Hochfahren aktiviert wird, meist über Druck auf die Taste <F1> ou <SUPPR> (es kann auch sein, dass es sich um eine andere Taste handelt, in welchem Fall sie beim Hochfahren eine Mitteilung der Art "HIT 'DEL' TO ENTER SETUP" sehen, was wörtlich bedeutet " Drücken Sie auf die Taste "DEL" um in das Setup zu gelangen". TO SETUP ist ein englisches Wort welches KONFIGURIEREN bedeutet, das Setup des BIOS ist also in gewisser Weise eine " Systemsteuerung des BIOS".

Das Setup des BIOS wird meist in Form von Menüs dargestellt die man über die Tastatur wählt (abgesehen von seltenen BIOS, die die Maus benutzen, wie das BIOS WIN von AMI zum Beispiel, und die Sektionen in Form von Fenstern darstellen). Die Parameter werden in diesen Sektionen als Optionen geordnet, für die es meist eine begrenzte Anzahl an Wahlmöglichkeiten gibt. Angesichts jedoch der Anzahl der aufgeführten Optionen, ergibt sich eine große Menge an möglichen Konfigurationen, wenn man alle Parameter des BIOS variiert. Außerdem werden diese Optionen systematisch auf Englisch präsentiert, wodurch alle Benutzer die nicht Englisch sprechen, daran gehindert werden ihrer Maschine zu optimieren, es sei denn man hilft ihnen dabei;-)

Es gibt nicht nur einen BIOS-Typen. Es gibt verschiedene Hersteller aber die wichtigsten BIOS sind derzeit

  • AMI BIOS (de American Megatrends)
  • Award BIOS oder BIOS Award
  • Phoenix BIOS
Gleichzeitig liefert jeder dieser Hersteller mehrere BIOS Versionen, so dass man schätzt, dass es mehr als 1800 verschiedene BIOS Versionen gibt...
Aus diesem Grund interessieren wir uns ausschließlich für die AWARD BIOS und die AMI BIOS

Warum den BIOS optimieren?

Die Konfiguration des BIOS dient also, wie wir gesehen haben, dazu die Funktionsweise des Chipsset einzustellen. Man kann also Parameter, wie die Übertragungsgeschwindigkeit der Daten zwischen den verschiedenen Komponenten des Motherboard ändern,so wie die Art mit der sie erfolgt.
Allerdings sind die standardmäßigen Parameter (das heißt die Parameter, wie sie von dem Hersteller des BIOS eingestellt werden) so konfiguriert, dass jeder beliebige Computer, der dieses BIOS benutzt, korrekt funktioniert, ohne vorher die Parameter zu ändern. Wenn ein Monteur (die Person oder das Unternehmen, welches die PCs montiert) einen PC liefert, so kümmert er sich meist nicht darum den BIOS für sie zu optimieren. Für ein solches Unternehmen, stellt ein schnell montierter PC meist eine große Einsparung dar, da es viel Anfrage gibt. Diese Standardparameter sind jedoch gleichzeitig die, die am wenigsten vorteilhaft sind für ihre Konfiguration.

Durch Optimierung des BIOS ist es daher möglich bis zu 50 % mehr Leistung zu gewinnen!
Diese Operation kann jedoch Zeit einnehmen, denn man sollte nicht alle Parameter auf einmal ändern. Es ist vorzuziehen, ein oder zwei Parameter zu ändern, dann das System zu starten, und zu überprüfen ob es richtig funktioniert. Das Beste ist eine so genannte Benchmark Software zu benutzen mit der die Leistungen des Systems eingestuft werden können, indem eine Note bezüglich ausgeführter Tests gegeben wird.
Es kann in der Tat so kommen, dass der Computer sich als sehr schnell erweist, dabei aber viele Fehler erzeugt (so wie Bugs oder Abstürze), die ihn instabil machen (wie in dem Fall des overclocking).

Wie sieht das Setup des BIOS aus?

Die verschiedenen BIOS bieten mehr oder weniger die gleichen Funktionen, ihre Präsentationsform allerdings, ist von einem BIOS Hersteller zum anderen unterschiedlich (ein Hersteller behält meist die gleiche Präsentationsform). Man findet meist folgende Rubriken  :

  • STANDARD CMOS SETUP
  • ADVANCED CMOS SETUP
  • ADVANCED CHIPSET SETUP
  • POWER MANAGEMENT BIOS SETUP
  • PERIPHERAL SETUP
  • AUTO CONFIGURATION WITH BIOS DEFAULTS
  • AUTO CONFIGURATION WITH POWER ON DEFAULTS
  • CHANGE PASSWORD
  • HARD DISK UTILITY
  • WRITE TO CMOS AND EXIT
  • DO NOT WRITE TO CMOS AND EXIT

Die Funktion Video ROM BIOS shadow

Das Video kann leicht beschleunigt werden, dank der Parametrisierung des BIOS.

Es ist richtig, dass das ROM BIOS Routinen enthält (Programmzeilen) die insbesondere der grafischen Anzeige zugeordnet sind, jedoch wird der ROM Oktett für Oktett gelesen, wodurch der Zugriff auf diese Daten extrem langsam wird. Die Funktion shadow RAM oder video ROM BIOS shadow ermöglicht es bei Starten den Inhalt dieses ROM (Zugriffszeit von etwa 170 ns) in die RAM (Zugriffszeit um etwa 60 ns für die SIMM-Speicherstecker, 10 ns für die DIMM- Speicherstecker) zu kopieren. Zur Information, die Speicherzone in die der ROM kopiert wird befindet sich zwischen 640 KO und 1024 Ko und man nennt sie Adaptersegment.
Diese Option ist für Spiele und grafischen Anwendungen die unter MS-DOS laufen von Interesse, denn sie verwenden diesen ROM.

Jüngere Betriebssysteme jedoch (Windows 95 und 98, Windows NT, OS/2,...) besitzen alle ihre eigenen Videokartentreiber Verwalter der graphischen Anzeige), so dass die Funktion shadow RAM (oder video ROM BIOS shadow ) deaktiviert werden kann für die Besitzer von neueren Betriebssystemen die nicht mehr unter DOS laufen.

Zahlreiche Peripheriegeräte besitzen einen ROM (dessen Zugriffszeit nicht besonders vorteilhaft ist). Der Inhalt dieser ROM kann (soweit seine genaue Adresse bekannt ist) mit der Funktion ROM shadow des BIOS in den RAM kopiert werden. Jedoch ist die Benutzung dieser Option nicht empfehlenswert, denn die meisten Adapter (Karten) besitzen mittlerweile ihre eigenen Treiber, so dass die Interaktion Störungen hervorrufen kann.

Unnütze Optionen deaktivieren

Manche BIOS Optionen können für neuere PCs, oder die Verwendung die sie davon machen (Netzwerkoptionen,...) unnütz sein, es ist in dem Fall möglich das Starten rapider zu machen indem diese deaktiviert werden.

Der Antivirus Der BIOS besitzt einen kleinen Antivirus der jeden Schreibvorgang auf dem Sektor Boot ihrer Festplatte verhindert. Allein die Installierung eines neuen Betriebssystems macht den Zugriff auf diese (sehr sensibler) Zone der Festplatte nötig. Es reicht die Option Virus Warningzu aktivieren.
Die Neu-Kalibrierung des Diskettenlaufwerks Bei jedem Hochfahren, kalibriet das BIOS die Diskettenlaufwerke neu, das heißt, dass er festgelegt ob ein Diskettenlaufwerk von dem Typen 40 oder 80 Spuren ist. Dies kann durch deaktivieren der OptionBoot Up Floppy Seekvermieden werden.
Der Cachespeicher Wenn der Cachespeicher richtig konfiguriert ist, können die Leistungen des Computers erheblich verbessert werden. Je nach Maschine, ist es häufig nützlich die Optionen CPU Internal Cache und CPU External Cache zu aktivieren. Es ist empfehlenswert Tests durchzuführen, wenn diese Optionen aktiviert und deaktiviert sind, um die besten Ergebnisse zu erhalten...
Die Tests beim Starten deaktivieren um Zeit zu gewinnen

Die vom BIOS ausgeführten Speichertests sind vollständig unnütz. Deaktivieren Sie diese Optionen wenn vorhanden :

Above 1 MB Memory Test

Memory Parity Check Error

Memory Test Tick Sound

Aktivieren Sie allerdings die Option Quick Power On Self Test die das Hochfahren Ihres PCs schneller macht.

Der Blockmodus der Festplatten Der Blockmodus ermöglicht es dem System mehrere Sektoren auf einmal zu übertragen. Aktivieren Sie die Option IDE HDD Block Mode wenn ihre Festplatte dies erlaubt...
Wiederholungsgeschwindigkeit der Tastatur Durch Aktivieren der Option Typematic Rate Setting (Wiederholungsgeschwindigkeit der Tastatur, das heißt die Geschwindigkeit mit der die Tastatur ein Zeichen erneut schreibt, wenn man den Finger auf eine Taste lässt). Die Optionen Typematic Rate und Typematic Delay definieren die Wiederholungsfrequenz einer Taste und den nötigen Zeitintervall für eine Tastenwiederholung. Die Werte 30 und 250 sind die optimalen Werte.
Speicherzugriffsgeschwindigkeit Die Option DMA Clock definiert die Geschwindigkeit des direkten Speicherzugriffs. Je höher der eingegebene Wert ist, umso besser sind die Ergebnisse. Man muss diesen Wert nach und nach ändern (erhöhen) um die optimale Einstellung zu finden (abhängig von Ihrem Motherboard).
Speicherleistungen Aktivieren Sie die Optionen DRAM Fast Leadoff, DRAM Posted Write Buffer
Stellen Sie den Wert DRAM Read Burst auf den niedrigsten Wert, den ihr PC erträgt.
PCI Leistungen Aktivieren Sie die Optionen CPU to PCI Posting, PCI Burst und PCI to CPU Posting die es erlauben ein Puffersystem zu erstellen um die Daten zu empfangen, die von dem CPU zu dem PCI Bus gesendet werden, beziehungsweise mehr Daten auf einmal zu übertragen und einen Puffer PCI nach CPU zu verwalten.
Leistungen des AGP Die Option AGP Aperture Size erlaubt es, den Speicher zu definieren, der den Texturen zugeordnet ist. Je höher diese ist, desto schneller sind die Speicherzugriff. Ändern Sie diesen Wert Schritt für Schritt, um die optimale Einstellung zu ermitteln.
Boot sequence Die Option Boot sequence erlaubt es, die Reihenfolge zu wählen, in der das System die Laufwerke wählt auf denen es startet. Die Startsequenz beginnt meist mit dem Diskettenlaufwerk (Sequenz A, C), was bedeutet, dass wenn das System eine Diskette in dem Laufwerk vorfindet, wird es überprüfen ob diese einen Startsektor enthält, und wenn ja darauf booten. Im gegenteiligen Fall schickt es eine Fehlernachricht sie angibt das die Diskette nicht bootbar ist, oder keine System-Diskette ist (Mitteilungsbeispiel:
"Non-system disk or disk error, Replace and strike any key when ready " was bedeutet " die Diskette ist keine Systemdiskette, oder es liegt ein Festplattenfehler vor, entnehmen Sie sie und drücken Sie auf eine beliebige Taste um fortzufahren").
Diese Option ist unnütz, solange sie nicht vorhaben mithilfe einer Systemdiskette zu starten. Diese Option verlangsamt tatsächlich erheblich das Hochfahren des Computers, und ist zudem sehr nervend, wenn Sie, wie ich, Tendenz haben, eine Diskette im Laufwerk zu vergessen. Um diese Option zu deaktivieren, muss (mithilfe der Tasten PgUp und Pgdown) die Bootsequenz geändert werden und eine Sequenz der Art "C, A" eingegeben werden. Sie dürfen nicht vergessen die Sequenz "A, C" wieder einzugeben, wenn sie mit einer Systemdiskette starten wollen.
Auto-Detektion der Platten Die Detektion der Festplatten beim Starten ist eine etwas langwierige Operation, vor allem wenn sie mehrere Festplatten haben. Um beim Starten Zeit zu gewinnen ist es also empfehlenswert die Parameter ihrer Festplatten in dem STANDARD CMOS SETUP festzulegen. Entweder kennen Sie die Anzahl der Zylinder, der Spuren und der Sektoren pro Spur Ihrer Festplatte (diese Werte sind meist auf der Festplatte angegeben), in welchem Fall Sie diese manuell eingeben, oder Sie starten die automatische Detektion der Festplatten (IDE HDD AUTO DETECTION), die diese Werte ermittelt...

Die BIOS Parameter bezüglich des Speichers

Die Speicherzugriffszeiten haben im BIOS eine wichtige Rolle, bezüglich der Leistungen. So ist es möglich, durch Einstellung der zahlreichen Parameter einen Gewinn von bis zu 20 % im Vergleich zu der standardmäßigen, automatischen Konfiguration zu erreichen.

Die Parameter die den Speicher betreffen befinden sich meist in der Sektion "Chipset Features Setup". Diese Parameter sind :

  • Die Wartezyklen (waitstates)
  • Die Zugriffe in Salven
  • Die Auffrischung

Um diese Werte zu ändern, muss zuerst die automatische Konfiguration deaktiviert werden, indem der Option Auto Configuration der Wert disabled zugeordnet wird (der Wert enabled ordnet die sichersten Einstellungen für alle Speichertypen zu, und damit die, die am wenigsten schnell sind... es ist jedoch von Interesse diese zu notieren, denn sie stellen einen Ausgangspunkt dar). Es sollten jetzt die Optionen eine nach der anderen geändert werden, und bei jedem Test der vorhergehende und der neue Wert notiert werden um diese erneut zu ändern, wenn nach der Änderung ein Problem auftaucht.

Zugriff in Salven

Warum gibt es verschiedene Einstellungen für den Speicher?
Es gibt viele verschiedene Speichertypen, von denen jeder verschiedene Einstellungsparameter hat.

Die Option DRAM R/W enthält die zwei Werte: der erste Wert entspricht der Anzahl der Prozessorzyklen für den Lesevorgang (R wie R ead), der zweite für den Schreibvorgang (W wie W rite). Diese Werte entsprechen meist X444 für den Lesevorgang, X333 für den Schreibvorgang (je kleiner die Werte sind, desto schneller sind die Speicherzugriffe, aber umso größer ist das Risiko, dass ihre Konfiguration instabil ist. Daher sollte darauf geachtet werden, diese Werte progressiv zu senken, und sie dabei jedes Mal zu testen).

Die Wartezyklen

Die Optionen FP Mode DRAM Read WS und EDO Read WaitState charakterisieren die Synchronisierung des RAM im Lesevorgang, für die Speicherstecker DRAM und EDO (sie werden manchmal DRAM Read WS, DRAM Read Wait States, ... genannt). Mit dieser Option kann die Anzahl der Wartezyklen im Verhältnis zum Bussystem definiert werden, denn das Bussystem ist manchmal zu schnell im Vergleich zu dem Speicher, wodurch meist Blockierungen verursacht werden.
Sie können also versuchen die Anzahl der Wartezyklen zu senken um das System schneller zu machen. Wenn Sie allerdings Probleme haben weil sie die Geschwindigkeit des Bussystems erhöht haben (overclocking), können Sie versuchen diese zu senken...

Es gibt auch interne Wartezyklen der Speicherstecker. Da die Daten wie in Tabellen gespeichert sind, gibt es zwei Signale :

  • CAS (Column Address Strobe)
  • RAS (Row Address Strobe)
Diese Signale müssen zeitlich getrennt sein und die Frist zwischen diesen beiden Signalarten wird RAS to CAS delay genannt, was durch " Frist zwischen den Signalen die den Reihen entsprechen und den Signalen die den Spalten entsprechen" übersetzt werden könnte

Das Auffrischen

Es gibt sehr zahlreiche Auffrischungsoptionen in den BIOS. Um den Begriff der Auffrischung zu verstehen, ist es notwendig die Funktionsweise eines dynamischen Speichers zu verstehen.

Ein dynamischer Speicher besteht aus einer großen Anzahl von Kondensatoren, die ihre Ladung mit der Zeit verlieren, das heißt, dass der Speicher nach und nach das Gedächtnis verliert... Dieses muss ihm daher aufgefrischt werden, durch kleine elektrische Impulse die die Kondensatoren wieder aufladen. Diese Impulse haben eine Dauer von etwa 1 ms und die Zeit wird in einem Computer im Verhältnis zur Taktfrequenz ermittelt. Man gibt daher die Dauer der Auffrischungsintervalle im Verhältnis zur Taktfrequenz (" 1 CLK" entspricht einem Taktimpuls während " 2T oder 3T" der Anzahl der Prozessorzyklen (CPU) entspricht. Diese Werte müssen so niedrig wie möglich sein, um einer guten Optimierung zu entsprechen. Jeder Wert kann meist um eine Einheit gesenkt werden im Verhältnis zu dem von der Auto-Konfiguration festgelegten Wert.

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