Что такое BIOS

BIOS – хорошо известный термин в рядах владельцев компьютеров, который используется уже на протяжении многих лет. Осенью 2017 года Intel сообщила о своих планах полностью отказаться от BIOS на всех своих платформах до 2020 года. Вместо BIOS теперь будет использоваться только UEFI, что может навести многих на логичный вопрос: чем UEFI лучше BIOS и какая вообще между ними разница?

Чип BIOS на материнской плате Gigabyte.

UEFI и BIOS относятся к разряду так называемого «низкоуровневого» программного обеспечения, которое стартует еще до того, как компьютер начнет загружать операционную систему. UEFI - это более современное решение и оно поддерживает большое количество удобных функций, полезных на современных компьютерах. Часто бывает так, что производители называют UEFI на своих компьютерах традиционным словом “BIOS”, чтобы не заплутать пользователя. Все же между UEFI и BIOS большая разница, а современные компьютеры в основном комплектуются именно UEFI.

Что такое BIOS

BIOS – это сокращенно “Basic Input -Out System ” или "базовая система ввода-вывода" . Она живет на специальном чипе внутри материнской платы (на фото выше) и не зависит от того, установлен ли в компьютер жесткий диск. При включении компьютера первым делом включается BIOS. Эта система ответственна за «пробуждение» хардверных компонентов вашего компьютера, проверку их нормального функционирования, активацию загрузчика и дальнейшего старта операционной системы.

Старый как мир BIOS.

Пользователь может настроить большое количество различных параметров внутри BIOS. Конфигурация компонентов, системное время, порядок загрузки и так далее. Зайти в BIOS можно при помощи специальной клавиши во время включения ПК. У разных компьютеров она может быть разной. К примеру, Esc, F2, F10 или Delete. Производитель сам решает, какую выбирать. После изменения настроек все параметры записываются в саму материнскую плату .

BIOS также отвечает за процесс под названием POST – “Power -On Self -Test ” или "проверка при включении" . POST проверяет пригодность конфигурации компьютера и исправность хардверных компонентов. Если что-то идет не так, на экране отображается соответствующая ошибка или же компьютер начинает издавать ряд определенных звуков (также существует понятие POST-кодов и в некоторых материнских платах даже установлен соответствующий дисплей для их отображения). Интенсивность этих звуков зависит от типа ошибки, и чтобы их расшифровать, надо обратиться на сайт производителя или к руководству пользователя.

После завершения POST BIOS ищет Master Boot Record (MBR) или "главную загрузочную запись", которая сохранена на носителе компьютера. Затем инициализируется загрузчик (бутлоадер) и стартует операционная система. В BIOS также часто используется термин CMOS, что расшифровывается как «Complementary Metal -Oxide Semiconductor » или "вспомогательный металл-оксидный полупроводник ". Это обозначение специальной памяти, которая питается от встроенной в материнскую плату батарейки. Память хранит в себе различные настройки BIOS и часто для сброса параметров БИОС советуют извлечь батарейку из материнской платы. В современных компьютерах на смену CMOS пришла флеш-память (EEPROM).

Почему BIOS устарел

BIOS – это очень старая система, которая существовала еще в 1980 году (а разработана была и того раньше), на момент запуска MS-DOS. Конечно, со временем BIOS развивалась и улучшалась, но концепция и основные принципы работы остались прежними. Развитие BIOS фактически нулевое, если сравнивать его с развитием компьютеров и технологий в целом.

Традиционный BIOS имеет много серьезных ограничений. К примеру, он может запустить систему только из раздела объемом не больше 2.1 Тб (максимум 4 раздела) или меньше. В современных реалиях пользователи покупают очень емкие накопители, объем которых часто превышает 4 и даже 8 Тб. BIOS не сможет работать с таковыми носителями. Это обусловлено тем, как работает MBR (главная загрузочная запись использует 32-битные элементы). Кроме того, BIOS работает в 16-битном режиме (так как был разработано еще в 70-х годах) и имеет всего лишь 1 Мб адресуемого пространства для операции. У BIOS также проблемы с инициализацией большого количества компонентов за раз, что приводит к замедленному старту компьютера.

BIOS нуждается в замене уже на протяжении большого периода времени. Intel начала разработку EFI (Extensible Firmware Interface) еще в 1998 году и Apple перешла на использование EFI в 2006 году, когда состоялся переход на архитектуру Intel. В 2007 году Intel, AMD, Microsoft и различные производители компьютеров одобрили спецификацию UEFI – "Unified Extensible Firmware Interface " или "объединенный расширяемый интерфейс встроенного программного обеспечения ". Windows получила поддержку UEFI в Windows Vista SP1 и Windows 7. Сегодня почти все компьютеры используют UEFI вместо BIOS.

Чем UEFI лучше БИОС

UEFI устанавливается вместо BIOS на различных ПК, которые вы можете найти в магазинах электроники. Сразу же надо отметить, что пользователь не может перейти с BIOS на UEFI на существующем железе. Для этого надо приобретать новое железо, которое поддерживает UEFI. Подавляющее большинство UEFI-компьютеров включают в себя BIOS-эмуляцию (зачастую это называется Legacy BIOS) , чтобы пользователь мог установить и загрузить старую операционную систему, для работы которой нужен BIOS. Иными словами, UEFI обратно совместима.

Куда более современный и дружелюбный к пользователю интерфейс UEFI.

Новый стандарт избавился от неприятных ограничений BIOS. Компьютер с UEFI может загружаться с накопителей объемом больше 2.2 Тб. Теоретически, максимальный объем носителя для UEFI составляет 9.4 Зтб (9.4 триллиона гигабайт). Это очень много. Вся суть в том, что UEFI использует схему GPT с 64-битными элементами..

UEFI запускается в 32 и 64-битном режимах, а также имеет больше памяти для работы. Это в свою очередь конвертируется в ускоренную загрузку процессора, и удобство использования. UEFI-системы зачастую имеют красивые интерфейсы с поддержкой ввода с мыши (на скриншоте выше). Есть также и ряд других преимуществ. К примеру, UEFI поддерживает Secure Boot. Это специальная процедура, которая проверяет загружаемую операционную систему и убеждается в том, что во время ее загрузки вредоносное или просто сторонеее программное обеспечение не будет вмешиваться. Также в UEFI есть поддержка различных сетевых функций, что полезно при решении технических проблем с компьютером. В традиционном BIOS пользователь должен иметь физический доступ к компьютеру, тогда как в UEFI есть возможность удаленного доступа для конфигурации.

В целом UEFI – это такая маленькая операционная система. Она может храниться на флеш-памяти материнской платы или же ее можно загрузить из жесткого / сетевого диска. Разные компьютеры с разными UEFI имеют не менее разные интерфейсы и возможности. Все зависит от предпочтений производителя вашего компьютера.

UEFI стало большим обновлением для современных компьютеров, но подавляющее большинство пользователей вряд ли заметит какую-то существенную разницу. Да и многих этот вопрос не интересует вообще. Все же надо понимать, что приход UEFI вместо BIOS стал исключительно положительным эволюционным изменением в мире современных компьютеров, пусть даже все его прелести и новшества остаются спрятанными глубоко в материнской плате компьютера. Сейчас индустрия все еще находится в переходном состоянии от BIOS к UEFI, поэтому все прелести нового стандарта раскроются в ближайшем будущем. Чтобы ускорить этот процесс, Intel решила полностью отказаться от BIOS до 2020 года и это хорошо.

UEFI является полноценной заменой устаревшей микросхемы BIOS. Основное предназначение UEFI не сильно отличается от стандартного BIOS – инициализация имеющегося оборудования после включения компьютера, и операционной системы.

Во время включения компьютера, UEFI сканирует оборудование компьютера на наличие каких-либо неисправностей или проблем. Закончив сканирование, UEFI сканирует жёсткие диски и внешние накопители на наличие загрузочных GPT-разделов и производит запуск приоритетного загрузчика.

Пользователь ничего особенного не увидит. На материнских платах Asus весь процесс будет выглядеть приблизительно так:

Преимущества UEFI

В чём отличия и преимущества перед стандартным биосом?

• Более дружелюбный к пользователям интерфейс, с поддержкой компьютерной мыши;
• Штатная поддержка GPT разметки жёстких дисков, благодаря чему компьютер будет нормально работать со всеми накопителями, не зависимо от размера диска. Стандартный BIOS очень плохо работает с накопителями, объёмом свыше 1 терабайта;
• Наличие функции «быстрая загрузк а», что позволяет ускорить запуск современных операционных систем;
• Наличие встроенной защиты от вирусов и вредоносных программ, запускающихся до загрузки windows или linux;
• Поддержка загрузочных разделов EFI, что позволит использовать несколько операционных систем, не устанавливая сторонние загрузчики (например grub).

Определяем наличие UEFI на компьютере

Отличить их можно по большому списку признаков :

Можно ли обновить биос до UEFI

Если задавать вопрос именно в этом ключе, то ответ однозначен - нет . Обычный вы никак не обновите до UEFI, как бы вы этого не хотели.

Его просто физически не получится установить на старую материнскую плату.

Как войти в UEFI и основные настройки

Попасть в uefi bios utility ez mode очень просто. Сразу после включения или перезагрузки компьютера нужно нажать клавишу входа в UEFI (обычно это «Delete » или «F2 »);

Псле входа можно приступать к настройкам . Все настройки будут рассмотрены на примере материнской платы Asus. UEFI других материнских плат может отличаться, но не слишком существенно.

Основные настройки :

На основном экране UEFI вы сможете просмотреть информацию о вашем компьютере (модель материнской платы, модель и частота процессора, объём оперативной памяти, температура компонентов ПК и др.).

Пункт «производительность системы » будет полезен владельцам ноутбуков или в случае работы компьютера от ИБП. В нём можно сделать выбор между высокой производительностью и энергосбережением.

Пункт «» позволит выбрать, с какого именно жёсткого диска или внешнего накопителя будет производиться загрузка операционной системы.

Кнопка «» также позволит выбрать накопитель, с которого требуется произвести запуск компьютера.

Нажав кнопку «Дополнительно », можно перейти в расширенные настройки. Зайдя в дополнительные настройки, вы сразу же попадёте в основное меню. В нём можно изменить язык UEFI и поставить пароль.

В меню Ai Tweaker можно разогнать процессор или оперативную память, но туда лучше не лезть неопытным пользователям. Возможность разгона имеется далеко не на каждой материнской плате.

В меню «дополнительные » можно включать или отключать различные технологии центрального процессора, включать определённые версии USB, выбирать активное процессора и производить другие подобные настройки. Содержимое данного меню зависит исключительно от производителя и марки материнской платы.

В меню «монитор » можно просмотреть более подробную информацию о температуре компонентов ПК или скорости вращения кулеров (вентиляторов). Это бывает полезно в случае внезапных выключений компьютера по причине перегрева.

» находятся все параметры, связанные с запуском компьютера. В нём можно выбрать тип загружаемой операционной системы (windows или другие), включить поддержку быстрой загрузки и выбрать другие подобные параметры.

В последнем пункте «Сервис » можно просмотреть подробную информацию о системной плате или обновить UEFI с внешнего накопителя.

Новые компьютеры используют прошивку UEFI вместо традиционного BIOS. Обе эти прошивки являются низкоуровневым программным обеспечением, которое запускается при загрузке ПК перед загрузкой операционной системы, но UEFI - более современное решение, поддерживающее большие жесткие диски, более быстрое время загрузки, больше функций безопасности и удобные графические и мышиные курсоры.

Мы видели, что более новые ПК, которые поставляются с UEFI, по-прежнему называются «BIOS», чтобы не запутать людей, привыкших к традиционному компьютеру. Даже если ваш компьютер использует термин «BIOS», современные ПК, которые вы покупаете сегодня, почти наверняка поставляются с прошивкой UEFI вместо BIOS.

Что такое BIOS?

BIOS - это сокращение от базовой системы ввода-вывода. Это низкоуровневое программное обеспечение, которое находится в чипе на материнской плате вашего компьютера. BIOS загружается при запуске компьютера, он отвечает за пробуждение компонентов вашего компьютера, обеспечивает правильную работу, а затем запускает загрузчик, который загружает Windows или любую другую установленную вами операционную систему.

Вы можете настроить различные параметры на экране настройки BIOS. Здесь находятся такие параметры, как аппаратная конфигурация вашего компьютера, системное время и порядок загрузки. Вы можете получить доступ к этому экрану, нажав на конкретную клавишу - разную на разных компьютерах, но часто Esc, F2, F10 или Delete - во время загрузки компьютера. Когда вы сохраняете настройку, она сохраняется в памяти самой материнской платы. Когда вы загружаете компьютер, BIOS конфигурирует ваш компьютер с сохраненными настройками.

Перед загрузкой операционной системы BIOS проходит через POST или самотестирование при включении питания. Он проверяет правильность конфигурации вашего оборудования и правильную работу. Если что-то не так, вы увидите сообщение об ошибке или услышите загадочную серию звуковых кодов. Вам нужно будет узнать, что означают разные последовательности звуковых сигналов в руководстве к компьютеру.

Когда компьютер загружается, после завершения POST-BIOS он ищет главную загрузочную запись (MBR), хранящуюся на загрузочном устройстве, и использует ее для запуска загрузчика.

Вы также можете увидеть акроним CMOS, который расшифровывается как Complementary Metal-Oxide-Semiconductor. Это относится к аккумуляторной памяти, в которой BIOS хранит различные настройки на материнской плате. Это на самом деле не точное определение, поскольку этот метод был заменен флэш-памятью (также называемой EEPROM) в современных системах.

Почему BIOS устарел

BIOS существует уже давно и не сильно развился. Даже компьютеры MS-DOS, выпущенные в 1980-х годах, имели BIOS!

Конечно, с течением времени BIOS эволюционировал и улучшался. Были разработаны некоторые расширения, включая ACPI, расширенный интерфейс настройки и питания. Это позволяет BIOS более легко настраивать устройства и выполнять расширенные функции управления питанием, например, «сна». Но BIOS не улучшался почти столько же, сколько другие технологии ПК со времен MS-DOS.

Традиционный BIOS по-прежнему имеет серьезные ограничения. Он может загружаться только с дисков объемом 2,1 ТБ или менее. Сейчас стали распространяться накопители на 3 ТБ, и компьютер с BIOS не может с них загрузиться. Это ограничение связано с тем, как работает основная загрузочная запись BIOS.

BIOS должен работать в режиме 16-разрядного процессора и иметь только 1 МБ пространства. У него возникают проблемы с инициализацией сразу нескольких устройств, что приводит к замедлению процесса загрузки при инициализации всех аппаратных интерфейсов и устройств на современном ПК.

BIOS нуждается в замене в течение длительного времени. Intel приступила к работе над спецификацией Extensible Firmware Interface (EFI) еще в 1998 году. Apple выбрала EFI, когда в 2006 году она переключилась на архитектуру Intel на своих Маках, но другие производители ПК не последовали этому примеру.

В 2007 году производители Intel, AMD, Microsoft и ПК согласовали новую спецификацию Unified Extensible Firmware Interface (UEFI). Это общепромышленный стандарт, управляемый сообществом унифицированных расширенных интерфейсов микропрограмм, и не только Intel. Поддержка UEFI появилась в Windows с Windows Vista Service Pack 1 и Windows 7. Подавляющее большинство компьютеров, которые вы можете купить сегодня, теперь используют UEFI, а не традиционный BIOS.

Как UEFI заменяет и улучшает BIOS

UEFI заменяет традиционный BIOS на ПК. Невозможно перейти с BIOS на UEFI на существующем ПК. Вам нужно купить новое оборудование, которое поддерживает и включает UEFI, как это делают большинство новых компьютеров. Большинство реализаций UEFI обеспечивают эмуляцию BIOS, поэтому вы можете выбрать установку и загрузку старых операционных систем, которые ожидают BIOS вместо UEFI, поэтому они обратно совместимы.

Этот новый стандарт позволяет избежать ограничений BIOS. Прошивка UEFI может загружаться с дисков объемом 2,2 ТБ или больше - фактически теоретический предел составляет 9,4 Зеттабайт. Это примерно в три раза превышает расчетный размер всех данных в Интернете. Это потому, что UEFI использует схему разделения GPT вместо MBR. Он также загружается более стандартизированным способом, запускает исполняемые файлы EFI, а не запускает код из главной загрузочной записи диска.

UEFI может работать в 32-разрядном или 64-разрядном режиме и имеет большее адресное пространство, чем BIOS, что означает, что процесс загрузки выполняется быстрее. Это также означает, что экраны настройки UEFI могут быть более гладкими, чем экраны настроек BIOS, включая поддержку графики и курсора мыши. Однако это не является обязательным. Многие ПК по-прежнему поставляются с интерфейсными настройками текстового режима UEFI, которые выглядят и работают как старый экран настройки BIOS.

UEFI упакован с другими функциями. Он поддерживает Secure Boot, что означает, что операционная система может быть проверена на достоверность, чтобы гарантировать, что вредоносное ПО не повлияло на процесс загрузки. Он может поддерживать сетевые функции прямо в самой прошивке UEFI, которая может помочь в удаленной диагностике и настройке. В традиционном BIOS вы должны сидеть перед физическим компьютером, чтобы его настроить.

Это не просто замена BIOS. UEFI - это, по сути, крошечная операционная система, которая работает поверх прошивки ПК, и она может сделать намного больше, чем BIOS. Она может храниться во флэш-памяти материнской платы или загружаться с жесткого диска или сетевого ресурса при загрузке.

Различные ПК с UEFI будут иметь разные интерфейсы и функции. Это все зависит от производителя ПК, но основы будут одинаковыми на каждом ПК.

Как получить доступ к настройкам UEFI на современных ПК

Если вы обычный пользователь ПК, переход на компьютер с UEFI не будет заметным изменением. Ваш новый компьютер будет загружаться и завершаться быстрее, чем это было бы с BIOS, и вы можете использовать диски размером 2.2 ТБ и более.

Если вам нужно получить доступ к настройкам нижнего уровня, может быть небольшая разница. Вам может потребоваться открыть экран настроек UEFI через меню опций загрузки Windows, а не нажатием на клавишу во время запуска вашего компьютера. Теперь, когда ПК загружается так быстро, производители ПК не хотят замедлять процесс загрузки, ожиданием нажатия клавиши. Тем не менее, мы также видели ПК с UEFI, которые позволяют вам получить доступ к BIOS таким же образом, нажав клавишу во время процесса загрузки.

Хотя UEFI - это большое обновление, оно в значительной степени находится на заднем плане. Большинство пользователей ПК никогда не заметят (или не обратят внимания) на то, что их новые ПК используют UEFI вместо традиционного BIOS. Но они будут работать лучше и поддерживать более современное оборудование и функции.

Спецификация UEFI (Unified Extensible Firmware Interface, Унифицированный расширяемый микропрограммный интерфейс, унифицированный расширяемый интерфейс прошивки или расширяемый аппаратный интерфейс), ранее известная как Extensible Firmware Interface (EFI ), определяет интерфейс между операционной системой и микрокодом (микропрограммами), управляющим оборудованием. Другими словами, UEFI это интерфейс, который располагается “поверх” аппаратных компонентов компьютера, которые, в свою очередь, функционируют на собственных прошивках (микрокодах).

В самом названии UEFI определение "расширяемый интерфейс" говорит о том, что это модульная система, которая может функционально легко расширяться и модернизироваться.

Для большего понимания, UEFI по сравнению с BIOS - это, грубо говоря, новый тип или следующее поколение прошивки, и оно уже не ограничено только лишь персональными компьютерами архитектуры x86 (IBM PC), но и претендует на всеплатформенный стандарт. Однако, в отличии от BIOS, UEFI базируется на принципиально новой топологии кода, которая называется "драйверность".

• Основное назначение EFI - замена устаревающей (теряющей актуальность) технологии BIOS и связанных с ней ограничений.
• Основная цель разработки UEFI заключается в стандартизации взаимодействия операционной системы с микропрограммами платформы в ходе процесса загрузки. В классическом BIOS основным механизмом взаимодействия с аппаратурой на этапе загрузки были программные прерывания и порты ввода-вывода, однако современные системы в состоянии обеспечить более эффективное выполнение операций ввода-вывода между оборудованием и программным обеспечением.
• Основная задача EFI - корректно инициализировать оборудование и передать управление загрузчику операционной системы. В этом плане задача не сильно то и отличается от задачи традиционного BIOS, но алгоритмы принципиально другие.

UEFI можно смело назвать самостоятельной миниатюрной операционной системой, которая представляет собой интерфейс между основной пользовательской операционной системой, функционирующей на компьютере и микрокодом оборудования.

Давайте теперь совершим небольшой экскурс в историю персональных компьютеров, с целью понять причины, которые приводили к попыткам замены стандартного BIOS на что-то принципиально новое.

Старый-добрый BIOS

Основные принципы функционирования BIOS (базовой системы ввода-вывода) для персональных компьютеров были определены еще в конце 70х годов прошлого века. На протяжении довольно большого промежутка времени, прошедшего с той поры, компьютерная отрасль интенсивно развивалась, это приводило к тому, что на определенных этапах возможностей BIOS было недостаточно, поскольку выпускаемые производителями устройства имели на борту новые технологии, часто не совместимые с текущими версиями BIOS. Что бы уйти от подобных проблем, разработчикам приходилось порой довольно существенно модифицировать код BIOS, однако целый ряд ограничений так и остался неизменным до настоящего времени. И, если первоначально архитектура BIOS была достаточно простой, то по прошествии времени, она усложнялась, адаптируясь под все новые и новые технологии, поэтому, к определенному моменту она стала напоминать нагромождение различного рода устаревшего и плохо взаимодействующего между собой кода. Ограничения, которые и по сей день можно встретить в коде BIOS, объясняются необходимостью сохранять совместимость с базовыми функциями, необходимыми для функционирования старого ПО. Всё это привело к тому, что BIOS, по сути, стал самым устаревшим компонентом современных ПК. На данный момент BIOS мало удовлетворяет требованиям новейшего оборудования и имеет следующие недостатки:

1. 16-битный код, реальный режим. BIOS написан на языке ассемблера и функционирует на 16-битном коде в реальном режиме (real mode) процессора со свойственными ему ограничениями, самое существенное из которых - ограничение адресного пространства памяти объемом 1 Мегабайт.
2. Отсутствие доступа к 64-битному железу. BIOS не способна напрямую взаимодействовать с 64-битным оборудованием, доминирующим на рынке в настоящее время.
3. Отсутствие единого стандарта. Для BIOS отсутствует единая спецификация - каждый производитель предлагает собственный вариации реализации.
4. Сложность разработки. Проблема заключается в том, что практически для каждой очередной модели системной платы производителем разрабатывается собственная версия BIOS, в которой реализуются уникальные технические особенности данного устройства: взаимодействие с модулями чипсета, периферийного оборудования и прч. Разработку BIOS можно разделить на два этапа. На первом этапе создается базовая версия микропрограммы, в которой реализуются те функции, которые не зависят от специфики оборудования. Разработчики подобного кода хорошо известны, это такие компании как American Megatrends (AMIBIOS), Phoenix Technologies (+ приобретенная ею легендарная Award Software (AwardBIOS)) и некоторые другие. На втором этапе к разработке BIOS подключаются программисты производителя материнской платы. Тут уже базовая сборка модифицируется под специфику каждой конкретной модели платы, учитываются ее особенности. После выхода системной платы на рынок, работа над прошивкой продолжается, регулярно выпускаются обновления, в которых исправляются ошибки, добавляется поддержка нового оборудования (например, процессоров) и, иногда даже расширяются функциональные возможности прошивки.

Все эти, а так же некоторые другие, недостатки традиционной модели BIOS и привели к тому, что коалиция производителей аппаратуры и ПО начала работать над созданием спецификации UEFI. Начиная, по собственным наблюдениям, где-то с 2010 года, спецификация UEFI начала массово внедряться во все вновь выпускаемые материнские платы ведущих производителей, поэтому на данный момент найти новый компьютер с традиционным BIOS практически невозможно. Однако, сильно огорчаться из-за этого не стоит, поскольку многие производители в своих системных платах сохраняют совместимость с функционалом традиционных BIOS. К примеру, очень важным моментом является поддержка традиционного режима загрузки при помощи MBR. С этой целью был разработан UEFI-модуль режима эмуляции BIOS, который носит название Compatibility Support Module (CSM). Правда, я так полагаю, со временем все меньше и меньше производителей будут поддерживать в своих прошивках данный режим.

Преимущества UEFI

Тут я хотел бы определить достоинства интерфейса UEFI:

1. Поддержка носителей информации (дисков) большого объема. Поддержкой больших дисков UEFI обязан новому стандарту таблиц разделов под названием GPT (GUID Partition Table). Традиционный способ загрузки в BIOS использовал загрузочный сектор Master Boot Record (MBR), содержащий в себе таблицу разделов, которая описывала размещение разделов (партиций) диска. У записей таблицы разделов в MBR имеется один существенный недостаток: номер первого сектора начала раздела в формате LBA (смещение 08h от начала записи о разделе), имеет разрядность всего-лишь 4 байта (32 бита), соответственно, адресовать возможно только 4 миллиарда секторов. А это, при "классическом" размере сектора в 512 байт, всего-лишь ~2 терабайта дискового пространства. UEFI же, при помощи GPT, дает возможность адресовать диски объемом до 18 экзабайт.
2. Прямая поддержка файловых систем и таблиц разделов. UEFI имеет модули поддержки файловых систем и таблиц разделов, то есть умеет работать как с таблицами разделов, так и с файловыми системами напрямую. Спецификация подразумевает обеспечение поддержки таблицы разделов GPT, файловых системам FAT12 , FAT16 , FAT32 на жестких дисках и файловой системы ISO9660 на CD/DVD дисках. Это избавляет нас от необходимости писать код начальной загрузки (по аналогии с MBR), который будет по цепочке грузить загрузчики различных стадий.
3. Отсутствие других традиционных ограничений MBR. Например больше не требуется втискивать код начальной загрузки в миниатюрный сектор размером в 512 байт. Можно сосредоточиться на написании единого модуля загрузки, который будет совмещать в себе все необходимые стадии.
4. Независимые от платформы драйвера оборудования. UEFI имеет доступ к аппаратному обеспечению компьютера посредством платформо-независимых драйверов. Производителю устройства достаточно написать всего-лишь одну версию драйвера для всех платформ (x86, ARM, Itanium, Alpha), а это значительно упрощает разработку и ускоряет процесс выявления ошибок. Спецификация UEFI описывает взаимодействие драйверов UEFI с операционной системой, таким образом, в случае, когда в ОС отсутствует драйвер, к примеру, видеокарты, а в UEFI он присутствует, загружен и функционирует, то ОС имеет возможность выводить данные на монитор посредством стандартных интерфейсов UEFI.
5. Поддержка стека протоколов TCP: IPv4/IPv6. Позволяет использовать богатые сетевые возможности непосредственно из интерфейса UEFI. Теперь можно разрабатывать различные загрузки по http/ftp протоколам, тут же на ум приходит загрузка с указанием URL, по которому лежит обычный EFI-модуль, либо полноценный ISO-образ. Стало возможным обойти уже успевшую стать единственно-возможным вариантом, загрузку по сети с использованием PXE/TFTP. Некоторые, особенно продвинутые реализации, могут реализовать поддержку PXE через IPv6.
6. Поддержка традиционной модели BIOS. UEFI не нужен классический BIOS, однако многие производители встраивают код эмуляции BIOS с целью поддержки работоспособности старых операционных систем. Называется этот модуль - модулем поддержки совместимости Compatibility Support Module (CSM). CSM включает 16-битный модуль (CSM16), реализуемый изготовителем BIOS, и слой, связывающий CSM16 с инструментарием (интерфейсом и оборудованием). Совместимость подразумевает поддержку загрузки посредством MBR и поддержку на уровне кода программных прерываний (int 10h - видеосервис, int 13h - сервис работы с диском, int 15h - сервисные функции, int 16h - сервис клавиатуры, int 18h - ROM-BASIC сервис, int 19h - сервис начальной загрузки (bootstrap loader)). Поэтому те ОС и ПО, которым для работы как воздух необходим был старый-добрый BIOS, свободно могут работать и на машинах с UEFI.
7. Интуитивно-понятный интерфейс UEFI. Так называемая “простота управления”. Достаточно спорный момент, невозможно однозначно отнести его к плюсу или минусу. Утверждается, что управление BIOS было не интуитивно, представляя собой плохо документированный, аскетичный текстовый интерфейс, разобраться в котором мог только подкованный в компьютерных технологиях пользователь. В противовес этому, во многих оболочках UEFI поддерживаются графический интерфейс, манипулятор “мышь”, которые в большинстве BIOS просто не реализованы. Однако, если мне не изменяет память, я еще в 90х годах наблюдал попытки реализации поддержки мыши в BIOS от (кажется) Phoenix. Сам интерфейс может быть графическим, по мнению некоторых - более дружелюбным и интуитивным для большинства, но может быть и традиционным, то есть схожим с классическим текстовым, тут все зависит от предпочтений разработчика и позиционирования оборудования. Имеется возможность поддержки нескольких языков.
8. Скорость работы UEFI. Утверждается, что код UEFI выполняется быстрее кода традиционного BIOS (хотя и написан на C), за счет того, что целиком написан “с нуля”, без необходимости "волочить" за собой обоз устаревшего кода поддержки различного нестандартного железа и разнообразных логических анахронизмов.
9. Скорость загрузки ОС. Утверждается, что с UEFI загрузка происходит существенно быстрее. Достигается это за счет распараллеливания инициализации устройств, в противоположность BIOS, который инициализировал оборудование последовательно, а так же уменьшения времени запуска по причине отсутствия необходимости искать загрузчик методом перебора всех устройств (загрузчик указывается в UEFI и вызывается непосредственно). Склонен поверить, поскольку подтвердить либо опровергнуть на данный момент не могу. Однако, если измерить сколько времени уходит на моей старой машинке на Celeron 450/GA-G31M-ES2L с SSD с момента включения и до появления окна авторизации оптимизированной Windows XP, то получится всего 23 секунды. Вероятно, для определенных категорий устройств этого будет недостаточно.
10. UEFI - мини ОС. Можно, конечно же, обозвать UEFI миниатюрной операционной системой, и это, от части, будет справедливо, но корректнее считать её виртуальной платформой, которая предоставляет интерфейсы к оборудованию. Можно работать только в консоли, а можно написать и полноценный графический интерфейс. UEFI, при наличии модулей необходимого функционала, может, к примеру, помочь разобраться в проблемах загрузки основной ОС, или выполнить другие сервисные функции.
11. Дополнительные программные модули. Непосредственно до загрузки операционной системы с носителя UEFI позволяет запускать собственные UEFI-модули и драйвера широкого назначения: по работе с сетью, диском (архивация/бэкап/антивирус), конфигурацией параметров, тестированию оборудования. Очевидно, что с популяризацией стандарта список UEFI-приложений будет только расширяться. Уже сейчас можно даже написать полноценную игру, разработать собственную консоль для сервисных нужд в виде отдельного UEFI-модуля (пример: shell.efi), интернет-браузер, обеспечить работу с медиаданными (просмотр фильмов, прослушивание музыки), организовать резервное копирование дисков.
12. UEFI содержит встроенный менеджер загрузок. То есть, реализует собственный загрузчик кода ОС, который очень функционален и может выступать аналогом знакомых нам по не столь далекому прошлому мультизагрузчиков нескольких операционных систем.
13. Размер блока ввода-вывода. В UEFI при чтении используется особый размер блока EFI ввода-вывода, позволяющий читать по 1Мб данных (в BIOS ограничение – 64Кб).
14. Безопасность. Якобы UEFI защищена от вредоносного кода этапа загрузки. Утверждается, что вредоносный код не может загрузить себя до загрузки операционной системы, перехватив тем самым управление. Это достигается и за счет подписывания всего подряд в самой прошивке, так и за счет существования безопасной процедуры загрузки под названием “Secure Boot”.
15. Простота масштабирования функционала. Прошивка UEFI может легко расширяться - достаточно вставить поддерживаемый накопитель (к примеру USB-флешку). После этого с внешнего устройства можно подключить дополнительные драйверы, приложения UEFI. Если подумать, тем самым открываются прекрасные возможности расширения функционала, которые нельзя было получить с помощью традиционного BIOS, поскольку он был ограничен исключительно зашитым в ROM кодом. В UEFI же можно "подсунуть" драйвер новой железки непосредственно еще на стадии работы UEFI, то есть до начала загрузки операционной системы, и получить доступ к функционалу этого устройства.
16. Код UEFI функционирует в 32-/64-битном режиме. Со всеми вытекающими.. преимуществами. Если быть уж совсем честным, то всё же UEFI использует реальный режим в самом начале для выполнения некоторых задач инициализации платформы, однако очень быстро уходит в защищенный/длинный режим.
17. Поддержка альтернативных средств ввода. UEFI обеспечивает поддержку альтернативных средств ввода данных, таких как виртуальные клавиатуры и сенсорные дисплеи. Это достаточно актуально в нашу эпоху различных мобильных гаджетов.

Недостатки UEFI

А теперь хотелось бы осветить недостатки технологии UEFI:

1. Усложнение архитектуры. Все преимущества EFI не являются настолько уж значимыми перед основным её недостатком - усложнением структуры кода. Значительное увеличение объема кода, его логическое усложнение никак не способствуют облегчению разработки, скорее даже наоборот. А ведь до и параллельно с UEFI, альтернативой устаревшей модели BIOS были открытые реализации, к примеру OpenBIOS, которые были отвергнуты.
2. Secure Boot. Тут разработчики операционных систем решили сразу несколько проблем: частично проблему пиратства, исключив обход активации путем внедрения активаторов в этапы загрузки, проблему вредоносного кода (вирусов) стадии загрузки и проблему сохраняющих популярность устаревших операционных систем, с которых ну никак не хотят уходить пользователи:) В действительности вышло так, что в отдельных особенно умных устройствах, из-за наличия не отключаемой опции "Secure Boot", зачастую невозможно установить никаких ОС кроме систем линейки Windows версии 8+, поскольку сертифицированные загрузчики на данный момент имеют лишь последние. Согласитесь, смахивает на довольно топорный способ борьбы со скупыми пользователями и конкурентами, хотя сама Microsoft всячески отрицает подобную ситуацию. Одним словом, технология способна доставить массу неудобств, хорошо хоть у большинства вендоров эта опция (пока еще) отключается в настройках.
3. Невозможность установки старых ОС (в некоторых случаях). Невозможно установить старые системы при отсутствии режима совместимости (CSM).
4. Отступление от стандарта. Каждый производитель аппаратных компонентов по своему усмотрению модифицирует UEFI, тем самым создавая для пользователя дополнительные трудности, фактически возвращая нас в хаос BIOS? Например, на различных устройствах менеджер загрузки может быть реализован по-разному, при этом иметь достаточно существенные отступления от рекомендаций спецификации UEFI. На практике, иногда попадались забагованные UEFI, которые игнорировали параметры списка загрузки NVRAM и просто грузили код из \EFI\Microsoft\Boot\bootmgfw.efi или EFI/BOOT/bootx64.efi . Или менеджер загрузки в одних реализациях может содержать комбинированный список из MBR и GPT устройств, в других же разные списки загрузки, что вводит некоторую сумятицу.
5. Внедрение средств контроля контента. Стандарт UEFI предусматривает наличие неких драйверов, которые будут перехватывать вызовы операционной системы, таким образом можно реализовать DRM (Digital Restrictions Management, технические средства защиты авторских прав). Суть алгоритма следующая: человеку, у которого все работает, предлагается за его же счет установить такое программное обеспечение или оборудование, чтобы часть функций в его работающих системах воспроизведения цифрового контента (компьютеры, мультимедиа-плееры и др.) более не работала привычным образом. Существуют небезосновательные опасения, что создание UEFI - это завуалированный способ введения в ПК нежелательных для конечного пользователя функций.
6. Возможность внедрения нежелательных модулей. Невозможно гарантировать, что операционная система на 100% контролирует компьютер, если она загружается с помощью UEFI!

Алгоритм работы UEFI

В процессе разработки UEFI, разработчика, с самого начала, были установлены жесткие рамки для каждого процесса, участвующего в ходе выполнения. Первые три фазы (SEC, PEI, DXE) подготавливают платформу для загрузчика ОС, четвертая фаза (BDS) непосредственно производит загрузку загрузчика ОС. Давайте попробуем разобрать алгоритм работы UEFI и подробнее рассмотреть все его фазы.

• Фаза SEC. (Security, Безопасность). Фаза безопасности. Все должно быть подписано и проверено иначе не будет запущено!
  • Очистка CPU кэша.
  • Запуск главной процедуры инициализации в ROM.
  • Переход в защищенный режим работы процессора.
  • Инициализируются MTRR (диапазонные регистры типа памяти) для BSP.
  • Запуск патчей микрокода для всех установленных процессоров.
  • Начальная работа с BSP/AP. BSP = Board Support Package. AP = Application Processor. Каждое ядро может быть представлено как BSP + AP. Всем AP рассылается IIPI (Init Inter-processor Interrupt), затем SIPI (Start-up Inter-processor Interrupt).
  • Передача данных и управления в фазу PEI.
• Фаза PEI. (Pre-EFI Initialization, Пред-EFI Инициализация). Подготовка платформы (памяти и обнаруженных устройств) для главной процедуры инициализации системы в фазе DXE.
  • Перенос данных из ROM в кеш.
  • Инициализация CRTM (Core Root for Trust of Measurement). Это набор инструкций, который запускается платформой в ходе выполнения RTM-операций.
  • Загружается диспетчер PEI. Диспетчер загружает серию модулей (PEIM), которые варьируются в зависимости от платформы. Эти модули завершают оставшиеся задачи PEI. Стадия завершается, когда все модули загружены.
  • PEIM: Загружаются и запускаются модули инициализации процессоров. (пример: модуль кеша процессора, модуль выбора частоты процессора). Инициализируются процессоры.
  • PEIM: Встроенные интерфейсы платформы инициализируются (SMBus). Инициализируются MCH (Memory Controller Hub), ICH (I/O Controller Hub).
  • PEIM: инициализация памяти. Инициализация основной памяти и перенос в нее данных из кэша.
  • Проверка режима S3. Нет - передача управления в фазу DXE. Да - восстановление исходного состояния процессора и всех устройств и переход к ОС.
• Фаза DXE. (Driver eXecution Environment, Среда загрузки драйверов). Загрузка компонентов этой фазы базируется на ресурсах, которые были инициализированы в фазе PEI. Фаза окончательной инициализации всех устройств. Запуск служб UEFI: Boot Services, Runtime Services и DXE Services.
  • Загружается ядро DXE. Создается инфраструктура DXE: создаются необходимые структуры данных, база данных хендлов. Включает основные интерфейсы DXE. Запускает ряд сервисов: сервисы этапа загрузки (Boot Services), сервисы этапа выпонения (Runtime Services), сервисы фазы DXE (DXE Services).
  • Запуск диспетчера DXE. Посредством переданного из PEI списка Hand-off Block структур (HOB list) определяет доступные Firmware Volume (FV, структурированная база данных исполняемых модулей DXE: драйверов и приложений) и ищет в них драйвера, запускает их, соблюдая зависимости. В этот момент производится активация остальных компонентов, причем одновременно нескольких. Диспетчер грузит все доступные драйвера со всех доступных носителей.
  • Загрузка драйвера SMM Init. Инициирует подфазу. SMM (System management mode) - один из привилегированных режимов исполнения кода x86-процессора, в котором процессор переключается на независимое адресное пространство, сохраняет контекст текущей задачи, затем выполняет необходимый код, затем возвращается в основной режим. Зачем нам SMM? А потому что в этом режиме можно сделать с системой все что угодно и не зависимо от ОС. Код SMM может исполняться и после окончания фазы DXE.
  • Запускается UEFI Boot Manager. Это происходит после запуска всех драйверов. Управление передается в фазу BDS.
• Фаза BDS. (Boot Device Selection, Выбор устройства загрузки). Реализует политику загрузки платформы. Основная задача - подключить устройства, необходимые для загрузки, выбрать (вручную или автоматически) устройство загрузки и загрузиться с него. Зачастую выполняет рекурсивный поиск по всем доступным FV и пытается найти доступный для загрузки контент.
  • Инициализируются консольные устройства, описываемые переменными окружения ConOut (ConsoleOutHandle), ConIn (ConsoleInHandle), StdErr (StandardErrorHandle).
  • Загружаются UEFI-драйвера устройств, перечисленные в переменной окружения DriverOrder (содержащей опций Driver#### в порядке загрузки).
  • Загружается UEFI-приложение с устройства загрузки Boot#### . Списки устройств содержатся в переменной окружения BootOrder в порядке очередности загрузки.
  • Если не смогли выполнить что-либо из вышеперечисленного, то вызываем диспетчер DXE для проверки обеспечения зависимостей дополнительных драйверов с момента последнего вызова диспетчера. После чего управление опять возвращается в фазу BDS.

Алгоритм работы UEFI Boot Manager

Концепция загрузки UEFI существенно отличается от аналогичной в BIOS. Если вспомнить BIOS, то за загрузку там отвечал код начального загрузчика int 19h (bootstrap loader), задача которого состояла лишь в том, чтобы загрузить главную загрузочную запись (MBR) с устройства загрузки в память и передать ей управление. В UEFI всё несколько интереснее, она содержит свой собственный полноценный встроенный загрузчик, который носит название UEFI Boot Manager (Менеджер загрузки UEFI или просто Boot Manager), имеющий куда более богатый функционал.

UEFI Boot Manager - стандартный типовой модуль UEFI.

Boot Manager реализует довольно широкий набор функций, в число которых входит загрузка таких UEFI-образов, как: UEFI-загрузчиков ОС первой стадии, UEFI-драйверов, UEFI-приложений. Загрузка может производиться из любого UEFI-образа, размещенного на любой поддерживаемой UEFI файловой системе, располагающейся на любом поддерживаемом платформой физическом носителе информации. UEFI Boot Manager имеет свою собственную конфигурацию, параметры которой в виде ряда переменных располагаются в общей NVRAM (Non-volatile RAM).

EFI NVRAM - общая область памяти, предназначенная для хранения параметров конфигурации UEFI, доступная для использования разработчикам прошивки, производителям оборудования, разработчикам операционных систем и пользователям.

Параметры UEFI хранятся в NVRAM в виде переменных, которые классически представлены парой "название параметра" = "значение". Эти переменные содержат большое количество параметров, которые относятся к разным функциональным частям UEFI, то есть, помимо параметров UEFI Boot Manager"а, NVRAM хранит и многие другие параметры UEFI. Однако, в контексте данной главы нас интересуют лишь переменные, относящиеся к UEFI Boot Manager. Это, в первую очередь, переменная BootOrder , которая указывает на переменные дескрипторов загрузки с именами Boot#### . Каждый элемент Boot#### представляет собой указатель на физическое устройство и (опционально) может описывать даже файл, представляющий собой образ UEFI, который должен с этого физического устройства грузиться.

Все загрузочные устройства описываются в виде полного пути, то есть содержат читаемое имя загрузочного файла, поэтому могут добавляться в меню загрузки.

Вот так, примерно, я представляю себе алгоритм перебора носителей в процессе работы UEFI:

Как мы видим, UEFI Boot Manager парсит BootOrder , то есть загружает путь устройства каждого элемента Boot#### в порядке, заданном в переменной BootOrder и пытается выполнить загрузку с указанного устройства. В случае ошибки менеджер загрузки переходит к следующему элементу. Кроме этого, формируется так называемый список загрузки. Этот список актуален для интерфейса настроек UEFI и выглядит как привычное стандартное меню загрузки (Boot Menu). UEFI Boot List формируется на основе переменной BootOrder и используется для внесения пользователем изменений в очередность и конфигурацию устройств загрузки.
А как же формируется сам BootOrder ? А очень просто, например в процессе установки операционной системы Windows, инсталлятор создает раздел ESP (в случае его отсутствия) на установочном диске, форматирует данный раздел в файловую систему FAT, затем помещает свой загрузчик (для Windows 7+ это файл bootmgfw.efi ) и некоторые другие файлы по пути \EFI\Microsoft\Boot\ . По окончании установки ОС, инсталлятор Windows создает переменную в EFI NVRAM с именем Boot#### (где #### - шестнадцатеричный номер), ссылающуюся на менеджер загрузки Windows с именем bootmgfw.efi . Затем, правит переменную BootOrder ?

Требования к загрузочным носителям UEFI

Спецификация UEFI, наряду с прочим, описывает и определенные требования к правилам размещения разделов и загрузчиков на носителях. И для различных классов устройств, как мы увидим далее, они существенно отличаются.

Требования для жестких дисков

Каждый загрузочный жесткий диск должен содержать специальный раздел EFI System Partition (ESP). В разделе ESP должна соблюдаться предопределенная стандартом иерархия директорий (структура): в корне раздела ESP должна размещаться директория /EFI . В папке /EFI , в свою очередь, должны располагаться подкаталоги вендоров операционных систем, производителей оборудования, общего инструментария и драйверов:

\EFI \<директория вендора ОС 1> <файл-загрузчик-ОС1>.efi \<директория вендора ОС 2> <файл-загрузчик-ОС2>.efi . . . \<директория вендора ОС N> <файл-загрузчик-ОСN>.efi \<директория производителя оборудования (OEM)> .efi \<директория BIOS вендора> <приложение-BIOS-вендора>.efi \<директория вендора стороннего ПО> <стороннее-приложение>.efi \BOOT BOOT{тип_архитектуры}.efi

\<директория вендора ОС 1> <файл-загрузчик-ОС1>.efi \<директория вендора ОС 2> Реестре поддиректорий . Вендоры, директории которых не описаны в поддиректории вендоров и которые не имеют собственных поддиректорий в папке /EFI , зачастую размещают свой загрузчик как "загрузчик по-умолчанию". К примеру, для x64 систем по пути: /EFI/Boot/bootx64.efi . Файл загрузчика (boot loader) является типовым UEFI-приложением, имеет формат PE32+ и содержит код начальной стадии загрузки операционной системы, то есть начинает процесс загрузки ОС. Его цель - подготовить структуры данных, загрузить ядро ОС в память и передать ему управление. В спецификации описана поддиректория /EFI/Boot . Данная поддиректория используется как расположение "по умолчанию", то есть в ситуации, когда по каким-либо причинам в NVRAM сбивается (не настроен) какой-либо загрузчик. Для подобного случая в данной директории располагается так называемый "загрузчик по-умолчанию" (fallback boot loader), который имеет стандартизованное наименование BOOT{тип_архитектуры}.efi Некоторые старые реализации UEFI были "забагованы", они попросту игнорировали список загрузки в NVRAM и грузили напрямую модули либо /EFI/BOOT/bootx64.efi . Другие же, не менее "прямые" варианты UEFI не поддерживали меню загрузки и тоже всегда загружали /EFI/Boot/bootx64.efi либо /EFI/Microsoft/Boot/bootmgfw.efi в зависимости от своих таинственных предпочтений. Загрузка в Legacy-режиме UEFI не запускает никакого кода из классического MBR, вне зависимости от того, присутствует сектор на установленных в системе носителях или нет. Исключение составляют версии UEFI с реализацией поддержки "режима совместимости". В следствии этого, для традиционной (legacy) загрузки операционных систем, совместимых со стандартом разметки MBR, в UEFI предусмотрены специальные модули, которые могут быть (по усмотрению вендора) включены в прошивку. Узнать поддерживает ли конкретно Ваша UEFI-прошивка "режим совместимости" можно поискав в интерфейсе UEFI такие параметры как Legacy , Legacy CSM , Launch CSM , CSM Boot , CSM OS , Запуск CSM или CSM Support . Надо отметить что в подавляющем большинстве прошивок данный режим присутствует, что сильно упрощает жизнь пользователей, купивших новые ноутбуки или материнские платы, но так и не изменивших своих привычек в использовании "старых" операционных системам от MS:) Логично предположить, что в случае наличие CSM модуля, код прошивки при загрузке в традиционном режиме должен максимально приближаться к аналогичным функциональным особенностям традиционных BIOS, попросту эмулируя ключевые технологии. Давайте посмотрим, какие действия производит модуль поддержки совместимости (CSM) UEFI при загрузке в традиционном режиме. Приведу здесь пока лишь абстрактно-условный алгоритм загрузки в режиме Legacy/Compatibility Support Module (CSM): Требуется ли загрузка в традиционном (legacy) режиме? Если нет, то уходим на обычную цепочку UEFI Boot. Загружаем модуль Legacy Driver. Загружаем модуль Legacy BIOS. Требуется ли поддержка традиционных функций видео-BIOS (реализация функций прерывания int 10h)? Да - загружаем. Требуется ли поддержка остальных традиционных расширений BIOS (int 13h..)? Да - загружаем. Загружаем традиционную (legacy) ОС? Нет - уходим на нормальную загрузку UEFI. Формируем SMBIOS структуры. Формируем структуры Legacy Device. Формируем структуру прерывания int 15h, структуру BBS (BIOS Boot Specification) API. Формируем ACPI RSD PTR. Загружаем совместимый SMM код. Загружаем код из MBR и передаем ему управление. Мультизагрузка в UEFI С самого начала массового распространения персональных компьютеров, время от времени вставала задача развертывания нескольких операционных систем на одном ПК, в котором мог размещаться один или несколько физических носителей. Не так давно ситуацию существенно изменило открытие технологии виртуализации, но полностью проблему это не сняло. В классическом своём понимании, применительно к станциям, загружающимся по традиционному способу PC/AT BIOS с использованием классической разметки MBR, мультизагрузка представляла собой сторонний код в главном загрузочном секторе (MBR), который загружает так называемый менеджер загрузки (мультизагрузчик), хранящий настройки для каждой установленной на компьютере операционной системы и предоставляющий меню выбора загрузки той или иной ОС. Если говорить про наше время, то есть про мультизагрузку применительно к носителя, разбитым уже при помощи GPT разметки, то теперь многое изменилось. Как мы уже отмечали, UEFI напрямую умеет работать с GPT-дисками, поэтому задача по установке нескольких операционных систем существенно упрощается. Теперь все функции мультизагрузчика берет на себя встроенный UEFI Boot Manager, принципы функционирования которого мы описали выше. Инсталлятору ОС достаточно лишь сделать то, с чем он и так прекрасно справляется: разместить загрузчик на специальный раздел ESP в "свою" иерархию директорий, после чего этот загрузчик становится "видимым" в настройках UEFI. Помимо установщика ОС, теперь и сам пользователь при помощи настроек (графического/текстового интерфейса UEFI) может вручную добавить загрузчик, находящийся на любом подключенном и видимом системой физическом носителе. Все эти добавленные различными способами загрузчики становятся доступными через Меню загрузки, которое пользователь может настраивать/вызывать непосредственно во время работы UEFI, то есть на начальной стадии загрузки ПК. Другими словами, мультизагрузка в UEFI просто вопрос запуска UEFI-приложений (загрузчиков конкретных ОС), размещающихся на подключенных носителях на специальном разделе ESP в иерархии директорий с корнем в /EFI .

Многие пользователи считают, что компьютер загружает при помощи операционной системы, но на самом деле это верно только отчасти. В этом материале вы узнаете, как же на самом деле происходит загрузка ПК, и познакомитесь с такими важными понятиями, как BIOS, CMOS, UEFI и другими.

Вступление

Для многих людей работа с компьютером начинается после загрузки операционной системы. И это не удивительно, так как подавляющее большинство времени, современные ПК действительно используются при помощи удобной графической оболочки Windows или любой другой ОС. В этой, дружелюбной для нас среде, мы не только запускаем программы, приложения или игры, но и осуществляем настройки, а так же конфигурирование параметров системы под собственные нужды.

Но, не смотря на всю свою мультифункциональность, операционная система может не все, а в некоторых ключевых моментах, и вовсе попросту бессильна. В частности, это касается начальной загрузки компьютера, которая происходит полностью ее без участия. Более того, от успеха этой процедуры во многом зависит запуск самой ОС, который может и не произойти в случае возникновения проблем.

Для кого-то это может быть новостью, но в действительности Windows не отвечает за загрузку компьютера «от и до», она лишь продолжает ее на определенном этапе и заканчивает. Ключевым же игроком здесь выступает совершенно другая микропрограмма - BIOS, о назначении и основных функциях которой мы поговорим в этом материале.

Что такое BIOS и зачем она нужна

Ключевыми компонентами любого компьютерного устройства является связка процессора и оперативной памяти, и это неспроста. Процессор по праву называют сердцем и мозгом любого ПК, так как на него возложены все главные математические операции. При этом все команды и данные для вычислений, ЦПУ может брать только из оперативной памяти. Туда же он отправляет и результаты своей работы. С любыми другими хранилищами информации, например, с жесткими дисками, процессор напрямую не взаимодействует.

Вот здесь и кроется основная проблема. Для того, что бы процессор смог начать выполнять команды операционной системы, они должны находиться в ОЗУ. Но во время включения ПК оперативная память пуста, так как является энергозависимой и не может хранить информацию, когда компьютер выключен. При этом сами по себе, без участия системы, компьютерные устройства поместить нужные данные в память не могут. И здесь мы сталкиваемся с парадоксальной ситуацией. Получается, что для того чтобы загрузить ОС в память, операционная система уже должна быть в оперативной памяти.

Для разрешения данной ситуации, еще на заре эры персональных компьютеров, инженеры IBM предложили использовать специальную небольшую программу, получившую название BIOS, иногда называемую начальным загрузчиком.

Слово BIOS (БАйОС) является аббревиатурой от четырех английских слов Basic Input/Output System, что в переводе на русский означает: «Базовая система ввода/вывода». Такое название получил набор микропрограмм, отвечающих за работу базовых функций видеоадаптеров, дисплеев, дисковых накопителей, дисководов, клавиатур, мышей и других основных устройств ввода/вывода информации.

Основными функциями BIOS являются начальный запуск ПК, тестирование и первичная настройка оборудования, распределение ресурсов между устройствами и активация процедуры загрузки операционной системы.

Где хранится BIOS и что такое CMOS

С учетом того, что BIOS отвечает за самый начальный этап загрузки компьютера вне зависимости от его конфигурации, то эта программа должна быть доступна для базовых устройств сразу же после нажатия на кнопку включения ПК. Именно поэтому она хранится не на жестком диске, как большинство обычных приложений, а записывается в специальную микросхему флэш-памяти, расположенную на системной плате. Таким образом, доступ к BIOS и запуск компьютера возможен даже в том случае, если к ПК вообще не подключены никакие носители информации.

В самых первых компьютерах для хранения BIOS использовались микросхемы постоянной памяти (ПЗУ или ROM), запись на которые самого кода программы единожды осуществлялась на заводе. Несколько позже стали использовать микросхемы EPROM и EEROM, в которых имелась возможность в случае необходимости осуществлять перезапись BIOS, но только с помощью специального оборудования.

В современных же персональных компьютерах BIOS хранится в микросхемах, созданных на основе флэш-памяти, перезаписывать которые можно с помощью специальных программ прямо на ПК в домашних условиях. Такая процедура обычно называется перепрошивкой и требуется для обновления микропрограммы до новых версий или ее замены в случае повреждения.

Многие микросхемы BIOS не распаивается на материнской плате, как все остальные компоненты, а устанавливаются в специальный небольшой разъем, что позволяет заменить ее в любой момент. Правда, данная возможность вряд ли вам может пригодиться, так как случаи, требующие замены микросхемы BIOS очень редки и практически не встречаются среди домашних пользователей.

Флэш-память для хранения BIOS может иметь различную емкость. В прежние времена этот объем был совсем небольшим и составлял не более 512 Кбайт. Современные же версии программы стали несколько больше и имеют объем в несколько мегабайт. Но в любом случае на фоне современных приложений и мультимедийных файлов это просто мизер.

В некоторых продвинутых системных платах, производители могут установить не одну, а сразу две микросхемы BIOS - основную и резервную. В этом случае, если что-то произойдет с основным чипом, то компьютер будет загружаться с резервного.

Помимо флэш-памяти, в которой хранится сама BIOS, на системной плате существует и еще один вид памяти, который предусмотрен для хранения настроек конфигурации этой программы. Изготавливается он с применением комплементарного метало-оксидного полупроводника или CMOS (Complementary Metal Oxide Semiconductor). Именно этой аббревиатурой и называют специализированную память, в которой содержаться данные о запуске компьютера, используемые BIOS.

CMOS-память питается от батарейки, установленной на материнской плате. Благодаря этому, при отключении компьютера от розетки все настройки BIOS сохраняются. На старых компьютерах функции CMOS-памяти были возложены на отдельную микросхему. В современных же ПК она является частью чипсета.

Процедура POST и первоначальная загрузка ПК

Теперь давайте посмотрим, как же выглядит начальный процесс загрузки компьютера, и какую роль в нем играет BIOS.

После нажатия кнопки включения компьютера, первым запускается блок питания, начиная подавать напряжение на материнскую плату. Если оно в норме, то чипсет дает команду на сброс внутренней памяти центрального процессора и его запуск. После этого процессор начинает последовательно считывать и выполнять команды, записанные в системной памяти, роль которой выполняет как раз микросхема BIOS.

В самом начале процессор получает команду на проведение самотестирования компонентов компьютера (POST - Power-On Self-Test). Процедура POST включает в себя несколько этапов, прохождение большинства которых вы можете наблюдать на экране ПК сразу после его включения. Последовательность происходящего перед началом загрузки операционной системы такова:

1. Сначала происходит определение основных системных устройств.

3. Третий шаг - настройка набора системной логики, или проще говоря, чипсета.

4. Затем происходит поиск и определение видеокарты. Если в компьютере установлен внешний (самостоятельный) видеоадаптер, то он будет иметь собственную BIOS, которую основная системная BIOS будет искать в определенном диапазоне адресов памяти. Если внешний графический адаптер будет найден, то первое, что вы увидите на экране, будет изображение с названием видеокарты, сформированное ее BIOS.

5. После нахождения графического адаптера, начинается проверка целостности параметров BIOS и состояния батарейки. В этот момент на экране монитора одна за другой начинают появляться те самые таинственные белые надписи, вызывающие трепет у неопытных пользователей из-за непонимания происходящего. Но на самом деле ничего сверхъестественного в этот момент не происходит, в чем вы сами сейчас убедитесь. Первая, самая верхняя надпись, как правило, содержит логотип разработчиков BIOS и информацию об ее установленной версии.

6. Затем запускается тестирование центрального процессора, по окончании которого на дисплей выводятся данные об установленном чипе: название производителя, модели и его тактовая частота.

7. Следом начинается тестирование оперативной памяти. Если все проходит удачно, то на экран выводится общий установленный объем ОЗУ с надписью ОК.

8. По окончанию проверки основных компонентов ПК, начинается поиск клавиатуры и тестирование других портов ввода/вывода. В некоторых случаях, на этом этапе загрузка компьютера может остановиться, если системе не удастся обнаружить подключенную клавиатуру. При этом на экран сразу же будет выведено об этом предупреждение.

9. Далее начинается определение подключенных к компьютеру накопителей, включая оптические приводы, жесткие диски и флэш-диски. Сведения о найденных устройствах выводятся на экран. В том случае, если на системной плате установлено несколько контроллеров от разных производителей, то процедура их инициализации может быть отображена на разных экранах.

Экран определения контроллера Serial ATA, имеющего собственный BIOS, с выводом всех подключенных к нему устройств.

10. На завершающем этапе осуществляется распределение ресурсов между найденными внутренними устройствами ПК. В старых компьютерах, после этого осуществляется вывод на дисплей итоговой таблицы со всем обнаруженным оборудованием. В современных машинах таблица на дисплей уже не выводится.

11. Наконец, если процедура POST прошла успешно, BIOS начинает поиск в подключенных накопителях Главной Загрузочной Области (MBR), где содержатся данные о запуске операционной системы и загрузочном устройстве, которому необходимо передать дальнейшее управление.

В зависимости от установленной на компьютер версии BIOS, прохождение процедуры POST может проходить с небольшими изменениями от вышеописанного порядка, но в целом, все основные этапы, которые мы указали, будут выполняться при загрузке каждого ПК.

Программа настройки BIOS

BIOS является конфигурируемой системой и имеет собственную программу настройки некоторых параметров оборудования ПК, называемую BIOS Setup Utility или CMOS Setup Utility . Вызывается она нажатием специальной клавиши во время проведения процедуры самотестирования POST. В настольных компьютерах чаще всего для этой цели используется клавиша Del, а в ноутбуках F2.

Графический интерфейс утилиты конфигурирования оборудования очень аскетичен и практически не изменился с 80-ых годов. Все настройки здесь осуществляются только с помощью клавиатуры - работа мыши не предусмотрена.

CMOS/BIOS Setup имеет массу настроек, но к наиболее востребованным, которые могут понадобиться рядовому пользователю, можно отнести: установку системного времени и даты, выбор порядка загрузочных устройств, включение/отключение встроенного в материнскую плату дополнительного оборудования (звуковых, видео или сетевых адаптеров), управление системой охлаждения и мониторинг температуры процессора, а так же изменение частоты системной шины (разгон).

У различных моделей системных плат, количество настраиваемых параметров BIOS может сильно разниться. Наиболее широкий спектр настроек обычно имеют дорогие системные платы для настольных ПК, ориентированные на энтузиастов, любителей компьютерных игр и разгона. Самый же скудный арсенал, как правило, у бюджетных плат, рассчитанных на установку в офисные компьютеры. Так же не блещут разнообразием настроек BIOS подавляющее большинство мобильных устройств. Более подробно о различных настройках BIOSи их влиянии на работу компьютера мы поговорим в отдельном материале.

Разработка BIOS и обновление

Как правило, практически для каждой модели системной платы разрабатывается собственная версия BIOS, в которой учитываются ее индивидуальные технические особенности: тип используемого чипсета и виды распаянного периферийного оборудования.

Разработку BIOS можно разделить на два этапа. Сначала создается базовая версия микропрограммы, в которой реализовываются все функции, вне зависимости от модели чипсета. На сегодняшний день, разработкой подобных версий занимаются в основном компании American Megatrends (AMIBIOS) и Phoenix Technologies, поглотившую в 1998 году тогдашнего крупного игрока на этом рынке - Award Software (AwardBIOS, Award Modular BIOS, Award WorkstationBIOS).

На втором этапе, к разработке BIOS подключаются производители материнских плат. В этот момент базовая версия модифицируется и совершенствуется для каждой конкретной модели платы, с учетом ее особенностей. При этом после выхода системной платы на рынок, работа над ее версией BIOS не останавливается. Разработчики регулярно выпускают обновления, в которых могут быть исправлены найденные ошибки, добавлена поддержка нового оборудования и расширены функциональные возможности программы. В некоторых случаях обновление BIOS позволяет вдохнуть вторую жизнь в, казалось бы, уже устаревшую материнскую плату, например, добавляя поддержку нового поколения процессоров.

Что такое UEFI BIOS

Базовые принципы работы системной BIOS для настольных компьютеров были сформированы в далеких 80-ых годах прошлого века. За прошедшие десятилетия компьютерная индустрия бурно развивалась и за это время постоянно случались ситуации, когда новые модели устройств оказывались несовместимыми с определенными версиями BIOS. Что бы разрешать эти проблемы, разработчикам постоянно приходилось модифицировать код базовой системы ввода/вывода, но в итоге целый ряд программных ограничений так и остался неизменным со времен первых домашних ПК. Такая ситуация привела к тому, что BIOS в своем классическом варианте окончательно перестал удовлетворять требованиям современного компьютерного железа, мешая его распространению в массовом секторе персоналок. Стало понятно, что необходимо что-то менять.

В 2011 году, с запуском в производство материнских плат для процессоров Intel поколения Sandy Bridge, устанавливающихся в разъем LGA1155, началось массовое внедрение нового программного интерфейса для начальной загрузки компьютера - UEFI.

На самом деле первая версия данной альтернативы обычной BIOS была разработана и успешно использована компанией Intel в серверных системах еще в конце 90-ых годов. Тогда, новый интерфейс для начальной загрузки ПК назывался EFI (Extensible Firmware Interface), но уже в 2005 году его новая спецификация получила название UEFI (Unified Extensible Firmware Interface). На сегодняшний день эти две аббревиатуры считаются синонимами.

Как видите, производители системных плат не особо спешили переходить к новому стандарту, до последнего пытаясь совершенствовать традиционные вариации BIOS. Но очевидная отсталость этой системы, включая ее 16-битный интерфейс, не возможность использовать более 1 Мб адресного пространства памяти, отсутствие поддержки накопителей объемом более 2 Тб и другие постоянные неразрешимые проблемы совместимости с новым оборудованием все же стали серьезным аргументом для перехода на новое программное решение.

Какие же изменения принес с собой новый загрузочный интерфейс, предложенный Intel и в чем его отличия от BIOS? Как и в случае с BIOS, основной задачей UEFI является корректное определение оборудования сразу после включения ПК и передача управления компьютером операционной системе. Но при этом, перемены в UEFI настолько глубоки, что сравнивать ее с BIOS было бы просто некорректно.

BIOS - это практически неизменяемый программный код, вшитый в специальную микросхему и взаимодействующий напрямую с компьютерным оборудованием с помощью собственных программных средств. Процедура загрузки компьютера с помощью BIOS проста: сразу после включения компьютера производится проверка оборудования и загрузка простых универсальных драйверов для основных аппаратных компонентов. После этого BIOS находит загрузчик операционной системы и его активирует. Далее происходит загрузка ОС.

Систему UEFI можно назвать прослойкой между аппаратными компонентами компьютера, с их собственными микропрограммами-прошивками, и операционной системой, что позволяет ей так же выполнять функции BIOS. Но в отличие от BIOS, UEFI представляет собой модульный программируемый интерфейс, включающий тестовые, рабочие и загрузочные сервисы, драйверы устройств, протоколы коммуникаций, функциональные расширения и собственную графическую оболочку, что делает его похожим на сильно облегченную операционную систему. При этом пользовательский интерфейс в UEFI современен, поддерживает управление мышью и может быть локализован на несколько языков, включая русский.

Важным преимуществом EFI является ее кроссплатформенность и независимость от процессорной архитекторы. Спецификации этой системы позволяют работать ей практически с любой комбинацией чипов, будь то архитектура х86 (Intel, AMD) или ARM. Более того UEFI имеет прямой доступ ко всему аппаратному обеспечению компьютера и платформенно независимые драйверы, что дает возможность без запуска ОС организовать, например, выход в интернет или резервное копирование дисков.

В отличие от BIOS, код UEFI и вся ее служебная информация может храниться не только в специальной микросхеме, но и на разделах как внутренних, так и внешних жестких дисков, а так же сетевых хранилищах. В свою очередь, тот факт, что загрузочные данные могут размещаться на вместительных накопителях, позволяет за счет модульной архитектуры наделять EFI богатыми функциональными возможностями. Например, это могут быть развитые средства диагностики, или полезные утилиты, которые можно будет использовать как на этапе начальной загрузки ПК, так и после запуска ОС.

Еще одной ключевой особенностью UEFI является возможность работы с жесткими дисками огромных объемов, размеченных по стандарту GPT (Guid Partition Table). Последний не поддерживается ни одной модификацией BIOS, так как имеет 64-битные адреса секторов.

Загрузка ПК на базе UEFI, как и в случае с BIOS, начинается с инициализации устройств. Но при этом, данная процедура происходит гораздо быстрее, так как UEFIможет определять сразу несколько компонентов одновременно в параллельном режиме (BIOSинициализирует все устройства по очереди). Затем, происходит загрузка самой системы UEFI, под управлением которой выполняется какой-либо набор необходимых действий (загрузка драйверов, инициализация загрузочного накопителя, запуск загрузочных служб и т.д.), и только после этого осуществляется запуск операционной системы.

Может показаться, что такая многоступенчатая процедура должна увеличить общее время загрузки ПК, но на самом деле все происходит наоборот. С UEFI система запускается гораздо быстрее, благодаря встроенным драйверам и собственному загрузчику. В итоге, перед стартом, ОС получает исчерпывающую информацию об аппаратной начинке компьютера, что позволяет запускаться ей в течение нескольких секунд.

Несмотря на всю прогрессивность UEFI, все же существует ряд ограничений, сдерживающих активное развитие и распространение этого загрузчика. Дело в том, что для реализации всех возможностей нового загрузочного интерфейса требуется полноценная его поддержка со стороны операционных систем. На сегодняшний день в полной мере использовать возможности UEFI позволяет только Windows 8. Ограниченную поддержку нового интерфейса имеют 64-разрядные версии Windows 7, Vista и Linux на ядре 3.2 и выше. Так же возможности UEFI используются в загрузочном менеджере BootCamp компанией Apple в собственных системах Mac OS X.

Ну а как же происходит загрузка компьютера с UEFI, если на нем используются неподдерживаемая операционная система (WindowsXP, 32-битная Windows 7) или файловая разметка (MBR)? Для таких случаев в новый загрузочный интерфейс встроен модуль поддержки совместимости (Compatibility Support Module), по сути, представляющий из себя традиционную BIOS. Именно поэтому, можно видеть, как многие современные компьютеры, оснащенные системными платами с UEFI, загружается традиционным способом в режиме эмуляции BIOS. Чаше всего это происходит потому, что их владельцы продолжают использовать разделы HDD с традиционной MBR и не хотят переходить к разметке GPT.

Заключение

Совершенно очевидно, что, в отличие от традиционной BIOS, интерфейс UEFI способен на много большее, чем просто процесс загрузки. Возможность запуска рабочих сервисов и приложений, как на начальном этапе загрузки ПК, так и после запуска операционной системы открывает широкий спектр новых возможностей, как для разработчиков, так и конечных пользователей.

Но при этом говорить о полном отказе в ближайшее время от базовой системы ввода/вывода пока преждевременно. В первую очередь нужно вспомнить, что до сих пор большинство компьютеров находятся под управлением WindowsXP и 32-битной Windows 7, которые не поддерживаются UEFI. Да и жесткие диски, размеченные по стандарту GPT в большинстве своем можно встретить разве что в новых моделях ноутбуков на базе Windows 8.

Так что до тех пор, пока большинство пользователей в силу своих привычек или еще каких-либо причин, будут привязаны к старым версиям ОС и традиционным способам разметки винчестеров, BIOS так и будет оставаться основной системой для начальной загрузки компьютера.