UEFI 是什么以及它与 BIOS 有何不同？

统一可扩展固件接口 (UEFI) 是一个公开可用的规范，它定义了操作系统和平台固件之间的软件接口。它在计算机启动时运行。它初始化硬件并将操作系统加载到内存中。

UEFI 取代了最初存在于所有 IBM PC 兼容个人计算机中的 基本输入输出系统 (BIOS) 固件接口，大多数 UEFI 固件实现都支持 BIOS 服务。UEFI 可以支持远程诊断和修复计算机，即使没有安装操作系统。

英特尔 开发了最初的 可扩展固件接口 (EFI) 规范。2005 年，UEFI 废弃了 EFI 1.10（EFI 的最终版本）。统一 EFI 论坛是管理整个 UEFI 规范的行业机构。

UEFI 拥有许多传统 BIOS 无法实现的新功能和优势，其目标是未来完全取代 BIOS。UEFI 将所有关于初始化和启动的信息存储在一个 .efi 文件中，该文件存储在一个称为 EFI 系统分区 (ESP) 的特殊分区上。

ESP 分区还将包含计算机上安装的操作系统的引导加载程序。由于有了这个分区，UEFI 可以直接引导操作系统并节省 BIOS 自检过程，这对于 UEFI 更快的启动至关重要。

UEFI 有什么作用？

UEFI 定义了一种新的操作系统和平台固件通信方法，提供了一种轻量级的 BIOS 替代方案，它仅使用启动操作系统引导过程所需的信息。UEFI 提供增强的计算机安全功能，并支持大多数现有 BIOS 系统的向后兼容性。

UEFI 是可编程的，使原始设备制造商开发人员能够添加应用程序、驱动程序和 UEFI 以充当轻量级操作系统。UEFI 包含平台相关的数据表、引导和运行时服务调用，操作系统加载程序使用这些调用。此信息定义了固件和硬件设备支持 UEFI 必须实现的所需接口和结构。

BIOS 通常被认为是早期计算的遗迹，而 UEFI 被认为是未来的潮流。然而，为了便于理解，一些信息技术用户将这些过程统称为 UEFI BIOS，尽管它们之间存在实质性差异。

UEFI 的特性

• 支持现代硬件： UEFI 兼容新的硬件功能和技术，包括更快的启动速度、更大的硬盘驱动器和增强的安全性。
• GUI，即图形用户界面： 与 BIOS 的文本界面相反，UEFI 通常具有图形用户界面，便于访问和编辑系统设置。
• 安全启动： 通过验证引导加载程序和操作系统组件的数字签名，UEFI 的安全启动功能有助于阻止恶意软件在启动时安装。
• 兼容的磁盘大小： UEFI 启用 GUID 分区表 (GPT) 驱动器，它比之前的 Master Boot Record (MBR) 分区方案支持更多更大的分区。
• 网络功能： UEFI 固件能够像其他固件一样通过网络运行。

BIOS：它是什么？

BIOS 是基本输入/输出系统的首字母缩写。它是一小段代码，位于主板上 EPROM（可擦可编程只读存储器）只读闪存芯片上。由于芯片是非易失性的，即使电源关闭，其内容也会保留。为了确定用户希望系统如何运行以及要初始化哪些设备（CPU、GPU、RAM 等），BIOS 检查存储在 CMOS 芯片中的设置。在设备检查之后，BIOS 搜索可以启动的设备并将控制权转移给操作系统。除了限制可以从固件 ROM 读取和运行的代码量之外，BIOS 以 16 位模式运行。固件支持存储容量高达 2 TB 并使用 MBR 方案分区的设备。

是什么让 BIOS 过时？

BIOS 自 1970 年代后期以来一直存在于所有 IBM PC 兼容个人计算机中。从那时起，它进行了一些重大改进，例如增加了用户界面和高级电源管理功能，允许 BIOS 配置 PC 并轻松创建更好的电源管理计划。但自 70 年代以来，它的发展速度仍不及计算机硬件和软件技术。

BIOS 的局限性

BIOS 具有以下局限性，例如

• BIOS 可以从小于 2 TB 的驱动器启动。3 TB 或以上驱动器现在是标准配置，带有 BIOS 的系统无法从中启动。
• BIOS 必须在 16 位处理器模式下运行，并且只有 1 MB 的执行空间。它在同时初始化多个硬件设备时遇到困难，这导致在初始化现代 PC 上的所有硬件接口和设备时启动过程变慢。
• 它无法同时初始化多个硬件设备，从而导致启动过程缓慢。

UEFI 启动过程与 BIOS 启动过程

在计算机中，引导过程或计算机启动按以下步骤进行，例如

1. 按下桌面上的电源按钮。CPU 启动但需要一些指令才能工作。由于此时主内存是空的，CPU 推迟从主板上的固件芯片加载指令并开始执行指令。
2. 固件代码执行加电自检 (POST)，初始化其余硬件，检测连接的外围设备，并检查所有连接的设备是否正常。您可能还记得桌面在 POST 成功后发出的“嘟嘟”声。
3. 最后，固件代码遍历所有存储设备并查找引导加载程序（通常位于磁盘的第一个扇区）。如果找到引导加载程序，则固件将计算机的控制权移交给它。
4. 现在引导加载程序已加载，它的任务是加载操作系统的其余部分。GRUB 就是这样一种引导加载程序，它能够加载类 Unix 操作系统，也能够链式加载 Windows 操作系统。引导加载程序仅在第一个磁盘扇区可用，即 512 字节。鉴于现代操作系统的复杂性，一些引导加载程序倾向于进行多阶段加载。主引导加载程序在不受 512 字节限制的环境中加载第二阶段引导加载程序。
5. 然后，引导加载程序将内核加载到内存中。类 Unix 操作系统然后运行 init 进程（主进程，所有其他进程都是从它派生/执行的）并最终初始化运行级别。
6. 在 Windows 中，exe 与其他进程一起加载，例如用于服务控制的 services.exe、用于本地安全和权限（类似于运行级别）的 lsass.exe 以及用于本地会话管理的 lsm.exe。
7. 所有这些之后，以及一些其他驱动程序初始化之后，图形用户界面 (GUI) 加载，然后您会看到登录屏幕。

BIOS 和 UEFI 都使用低级软件在启动操作系统之前管理启动功能，尽管使用不同的技术。

• BIOS 启动过程： 当 BIOS 开始执行时，它首先进行加电自检 (POST)，以确保硬件设备正常运行。
  
  之后，它会在所选启动设备的第一个扇区中检查 主引导记录。从 MBR 中检索引导加载程序的位置，BIOS 将其加载到计算机的 RAM 后，将操作系统加载到主内存中。
• UEFI 启动过程： 与 BIOS 不同，UEFI 不会在启动设备的第一个扇区中查找 MBR。它维护一个名为 EFI 服务分区的有效启动卷列表。
  
  UEFI 固件扫描连接到系统的所有可启动存储设备以查找有效的 GUID 分区表 (GPT)，这在 POST 过程中改进了 MBR。与 MBR 不同，GPT 不包含引导加载程序。固件扫描 GPT 以查找要从中启动的 EFI 服务分区，并直接从正确的 分区加载操作系统。如果它找不到，它会返回到称为“传统启动”的 BIOS 类型启动过程。

UEFI 相对于 BIOS 的优势

BIOS 和 UEFI 是两种计算机固件接口，它们充当操作系统和计算机固件之间的解释器。这些接口在计算机启动时用于初始化硬件组件并启动存储在硬盘上的操作系统。但 UEFI 提供了许多相对于 BIOS 的显著增强，包括以下内容

• 启动模式： Microsoft Windows 用户可以运行 32 位 UEFI 或 64 位 UEFI，尽管专家建议操作系统位模式和固件位模式应该相同，以避免运行时通信问题。
• 驱动器： 根据 UEFI 论坛，UEFI 支持 2.2 TB 及更高容量的启动驱动器，包括理论容量为 9.4 泽字节的驱动器。这远远超过了目前可用的最大驱动器容量。
• 驱动程序： UEFI 支持独立驱动程序，而 BIOS 驱动器支持存储在只读存储器中，这需要在更换驱动器或进行更改时对其进行调整以实现兼容性。
• 图形用户界面 (GUI)： UEFI 使新模块更容易添加到 GUI 中，包括主板硬件和连接外围设备的设备驱动程序。
• 多操作系统支持： BIOS 允许单个引导加载程序，而 UEFI 允许用户在同一 EFI 系统分区中安装基于 Debian 的 Ubuntu 和其他 Linux 变体以及 Windows 操作系统加载程序的加载程序。
• 编程： UEFI 固件主要用 C 语言编写，使用户能够以比 BIOS 更少的编程来添加或删除功能，而 BIOS 是用汇编语言编写的，有时与 C 结合使用。
• 安全性： 安全启动是 Windows 8 或更高版本的 UEFI 协议。安全启动使系统的固件成为信任根，以验证设备和系统完整性。目标是防止黑客在启动和移交给操作系统之间安装 rootkit。安全启动还使授权用户能够远程配置网络和解决问题，而 BIOS 管理员必须亲自在场。

随着计算机制造商逐渐放弃 BIOS，他们通常会在现代设备中集成带有兼容性支持模块 (CSM) 的 UEFI 固件。虽然 CSM 并非旨在作为长期解决方案，但它使基于 UEFI 的机器能够以传统 BIOS 模式启动，以与旧版 Windows 和其他操作系统配合使用。然而，用户可能会发现升级到最新版本的操作系统以实现 UEFI 的价值更为可取。

BIOS 和 UEFI 哪个更好？

• 硬件支持： UEFI 支持更大的磁盘大小、更快的启动时间以及像安全启动这样的尖端安全功能。因此，它特别适用于较新的硬件附加组件。
• 安全性： 安全启动是 UEFI 的功能之一，它有助于防止欺诈或未经授权的引导加载程序启动，并保持机器附件在引导过程中处于活动状态。这增强了机器安全性并使其更容易防御恶意软件攻击。
• 图形用户界面 (GUI)： UEFI 通常包含图形用户界面 (GUI)，这使得访问和修改设备设置比 BIOS 的文本界面更容易。这可以提高可访问性和用户满意度，特别是对于经验不足的客户。
• 效率： 与 BIOS 相比，UEFI 通常提供更绿色的引导方法，允许优化，例如同时硬件组件初始化和简化的引导加载程序执行。这可能会导致更快的引导时间和整体设备性能的提高。
• 兼容性： 尽管 UEFI 旨在与旧版软件和操作系统良好配合，但它也支持 GUID 分区表 (GPT) 分区方法以及其他更现代的技术和标准。因此提供了更强的适应性和与各种硬件和软件设置的互操作性。

BIOS 和 UEFI 的区别

总结

总之，BIOS（基本输入/输出系统）和 UEFI（统一可扩展固件接口）是固件接口，它们通过 BIOS 共享充当计算机操作系统和硬件组件之间的初始软件层。尽管 BIOS 是标准配置，但 UEFI 代表了许多现代选项。支持现代硬件创新、增强的安全功能（如安全启动）、用于简化系统配置的图形用户界面、更快的启动以及良好协同工作的标准和其他技术只是 UEFI 相对于 BIOS 的众多优势中的一小部分。

常见问题

UEFI 是什么？

UEFI（统一可扩展固件接口）是一种连接计算机硬件和操作系统的现代固件接口。它旨在取代过时的 BIOS（基本输入/输出系统），并提供更先进的功能，如增强的安全性、对大型硬盘驱动器的支持和更快的启动时间。

UEFI 与 BIOS 有何不同？

与 BIOS 不同，UEFI 采用图形用户界面，允许鼠标输入，支持大于 2 TB 的驱动器，并支持安全启动以阻止未经授权的操作系统或引导加载程序执行。BIOS 采用过时的 MBR 分区方案，并且仅在 16 位模式下可用。

是否可以将 BIOS 切换到 UEFI？

如果您的主板支持 UEFI，则可以切换。但是，切换通常需要将磁盘从 MBR 更改为 GPT，如果操作不慎，可能会导致数据丢失。在切换之前务必进行备份。

UEFI 会加快启动时间吗？

确实，由于更好的硬件处理和初始化，UEFI 通常比 BIOS 提供更快的启动和恢复时间。

UEFI 中的安全启动是什么意思？

UEFI 的安全启动功能只允许数字签名的操作系统引导加载程序运行。它有助于阻止恶意软件（如 rootkit）在启动时加载。