Что такое BIOS? UEFI - Унифицированный расширяемый микропрограммный интерфейс

UEFI — интерфейс, который должен был заменить BIOS

БИОС UEFI наделал много шуму во время выхода, а теперь на всех компьютерах и ноутбуках с новыми материнскими платами (Asus, Gigabyte, MSI и т.д.) используется именно этот интерфейс, который пришел на замену прежнему БИОС. Не очень звучная аббревиатура расшифровывается как Unified Extensible Firmware Interface (по-русски это будет «расширяемый интерфейс встроенного ПО»). Итак, что же такое UEFI и чем он так «насолил» многим пользователям?

BIOS против UEFI

BIOS — это система, которая отвечает за все операции ввода/вывода для Windows. Разработана она была в далеком 1981 году, т.е. существует уже 33 года. Самый первый вариант BIOS, который использовался на компьютерах IBM, естественно, сильно отличался от сегодняшнего варианта. Тот БИОС использовался лишь в качестве драйверов, т.е. связывал операционную систему со всеми подключенными периферийными устройствами. Но со временем компьютер и вся периферия постепенно совершенствовались, и BIOS уже не мог выполнять те задачи, которые ему приписывали изначально. Так появились драйверы и разные программы, которые взаимодействовали с операционной системой. С годами BIOS постоянно менялся, пытаясь адаптироваться под новую технику, и в начале 90-х годов он уже мог выполнять такие функции, как автоматическая настройка плат расширения, загрузка с DVD-привода и т.д.

А новый вариант BIOS UEFI начал разрабатываться 13 лет назад, с 2001 года. Разработкой занималась компания Intel, которая собиралась использовать такой BIOS только для серверного процессора Itanium. Дело в том, что на этом процессоре не работала никакая версия BIOS, и даже доработки данного интерфейса не помогали в этой ситуации. Именно это и послужило стимулом для разработки BIOS UEFI. Изначально этот интерфейс назывался EFI, а первой компанией, которая начала его использовать, стала Apple. Корпорация Apple с 2006 года начала собирать компьютеры и ноутбуки на базе процессоров Inter и BIOS EFI. А за год до этого к аббревиатуре EFI добавилась буква «U», под которой скрывалось слово «Unified». Данное слово обозначает, что разработкой UEFI BIOS занималось одновременно несколько компаний. К ним относятся IBM, Dell, HP, Phoenix Inside, а также, естественно, компания Microsoft, поскольку именно она является основным разработчиком операционных систем.

Краткий видео обзор UEFI BIOS

Изменения в UEFI

Итак, UEFI BIOS — это интерфейс между операционной системой и программами, которые управляют низкоуровневыми функциями оборудования. Его основные задачи: быстро протестировать все оборудование на работоспособность, провести инициализацию и передать управление другой программе, которая начнет загружать операционную систему. В общем, UEFI это лишь улучшенная версия привычного БИОСа.

UEFI BIOS — своего рода «прослойка» между ОС и низкоуровневыми подпрограммами для работы с оборудованием

Если БИОС — это неизменный по своему содержанию код микросхемы CMOS (прошивка БИОС — это уже другая тема), то UEFI — это гибко настраиваемый интерфейс, который расположен поверх всех аппаратных компонентов компьютера. Иногда UEFI называют «псевдооперационной системой», но тем не менее она сама способна получить доступ ко всему аппаратному обеспечению компьютера.

Внешний вид последней версии БИОС (до UEFI) — это знакомый всем синий экран с белыми надписями на английском языке (управление осуществлялось только с помощью клавиатуры). Сейчас же это уже новая графическая оболочка. Графический интерфейс, который установлен на новых материнских платах Asus, MSI, может использоваться и для выполнения других приложений UEFI: настройка, диагностика и т.д. Внешне данный интерфейс выглядит очень симпатично. Простым пользователям будет намного проще разобраться в таком БИОСе, к тому же интерфейс UEFI поддерживает управление не только с клавиатуры, но и с помощью мышки. Также есть поддержка русского языка, к примеру, на тех же материнских платах от Asus. Вызвав BIOS UEFI теперь можно наблюдать конфигурацию своего компьютера (процессор и оперативную память), текущую дату и время, рабочую температуру устройств и пр.

Кроме того, в качестве бонуса к стандартной схеме разметки дисков MBR, UEFI имеет поддержку GBT (GUID Partition Table), которая свободна от ограничений, присущих MBR. Переход на платформу BIOS UEFI долгое время откладывался, но когда начали производить жесткие диски большого объема (более 2 Тб), стал неизбежным. Все дело в том, что стандартная версия БИОС может «видеть» только 2,2 Тб дискового пространства. Примерно так же, как и 32-разрядная операционная система может «видеть» только 3,25 Гб оперативной памяти. А UEFI может поддерживать на данный момент жесткие диски объемом до 9 млрд Тб (довольно космическое число на сегодняшний день, но, кто знает, может, через 10-20 лет это будет уже обычной вещью).

В качестве основных функций, которые имеются в BIOS UEFI еще стоит отметить:

• тестирование оперативной памяти;
• совместимость со старой версией BIOS;
• универсальный загрузчик;
• резервное копирование данных с винчестера (HDD Backup);
• возможность обновления UEFI через интернет (Live Update).

Преимущества BIOS UEFI

Главное достоинство UEFI — большее удобство

BIOS UEFI — это полностью переработанный механизм, который много чего взял от своего «отца» и предназначен для связи операционной системы и установленного оборудования на компьютере. Совсем скоро этот новый интерфейс полностью вытеснит старую версию BIOS.

Среди основных достоинств новой технологии можно отметить:

1. Удобный интерфейс. UEFI имеет очень простой и понятный интерфейс практически для любого пользоваться с поддержкой мыши. Кроме того, есть поддержка русского языка (на материнских платах Asus и пр.).
2. Поддержка GPT. Новый БИОС может работать с жесткими дисками, которые имеют таблицу разделов GUID (GPT). Такие HDD можно разбить на 128 первичных разделов (на дисках MBR можно было создать только 4 первичных раздела). Кроме того, жесткие диски с таблицей разделов GUID (GPT) работают с адресацией LBA, а старые HDD — с устаревшей адресацией CHS.
3. Поддержка жестких дисков более 2 Тб. UEFI позволяет использовать любые существующие на данный момент , в то время как старая версия БИОС не видит более 2.2 Тб.
4. Быстрая загрузка ОС. Загрузка операционной системы происходит намного быстрее. К примеру, установленная на GPT диск Windows 8 загружалась за 7-8 секунд. Такая разница во времени запуска ОС достигается за счет того, что больше не нужно выполнять поиск загрузчика на всех устройствах: загрузочный диск в UEFI назначается еще при установке операционной системы.
5. Быстрое обновление. , чем старую версию БИОСа.

Особенность BIOS UEFI

Особенность интерфейса UEFI, которая доставляет много хлопот пользователям, это отсутствие возможности установить Windows 7 в качестве операционной системы. То есть все новые материнские платы (все равно Asus это или MSI), имеющие UEFI, «разрешают» пользователям установить только Windows 8. Кроме того, есть еще один довольно интересный протокол загрузки «Secure Boot», который тоже доставляет хлопот. Дело в том, что этот протокол основан на специальных ключах, которые принадлежат производителям компьютеров, ноутбуков и прочего оборудования. И у каждого производителя свои ключи: у Asus — одни, а у Gigabyte — уже совсем другие. Именно поэтому, если у вас стоит новая материнская плата от Asus или ноутбук Asus с БИОС UEFI, то никакую другую операционную систему поставить не получится.

Хотя есть одна настройка, с помощью которой все же можно установить, к примеру, Windows 7. Для этого нужно лишь отключить опцию «Secure Boot». Но такая настройка приведет к тому, что ОС придется ставить на диск MBR, а все преимущества работы с GPT оценить не получится. Но тут уж решать пользователю: нужна ему эта настройка или нет. На новом оборудовании от Asus, Gigabyte, MSI по-другому сделать не получится: либо Windows 7 и диск MBR, либо Windows 8 и диск GPT.

В общем, прогресс не стоит на месте, придется привыкать к новому. К тому же через некоторое время компания Microsoft прекратит поддержку Windows 7, так что BIOS UEFI и Windows 8 скоро станут довольно обычным явлением.

UEFI BIOS – программное решение, представляющее собой альтернативу системы BIOS, к которой давно привыкло большинство пользователей компьютеров. Нельзя сказать, что это совсем свежая разработка. Работы по созданию интерфейса между ОС и микропрограммами, ответственными за низкоуровневые функции «железа», начались во второй половине 90-х годов. Первоначально этот интерфейс носил название Intel Boot Initiative. Чуть позже название было изменено на EFI.

Первая спецификация этого интерфейса, выпущенная компанией Intel в 2000-ом году, продемонстрировала его явные преимущества перед классическим BIOS . Поэтому его поддержка есть в большинстве современных материнских плат. Сегодня мы поговорим об особенностях и преимуществах UEFI . Но для этого нужно сначала разобраться, что такое BIOS .

Что собой представляет BIOS ?

Это программное решение, встроенное в микросхему на материнской плате. Эта микропрограмма обеспечивает обмен данными между комплектующими элементами компьютера и операционной системой. То есть, за счет BIOS Windows имеет возможность работать с оперативной памятью, материнской платой, процессором, видеокартой и другими компонентами.

BIOS инициализируется намного раньше загрузки Windows . На микропрограмму возлагается задача по проверке всех систем компьютера, которые мы перечислили выше. Кроме того, BIOS задает им нужные параметры функционирования.

В том случае, если во время процедуры POST выявляется неисправный компонент компьютера, то BIOS передаст через маленький динамик кодовую последовательность звуковых сигналов, по которой пользователь может определить, какая именно деталь неисправна.

Почему разработчики ПО и железа решили отказаться от BIOS в пользу UEFI ?

Тому есть несколько причин:

По этим причинам ведущие бренды обеспечивают поддержку UEFI в современных материнских платах.

Основные преимущества UEFI

UEFI в отличие от BIOS является не микропрограммой, а миниатюрной операционной системой , но при этом она очень многое взяла от своей предшественницы. Задачи UEFI точно такие же, как у БИОС – взаимосвязь программного обеспечения и «железа» компьютера. Новый интерфейс точно так же проверяет оборудование перед запуском загрузчика Windows .

К основным преимуществам UEF I можно отнести:

Новый интерфейс поддерживает управление мышкой.

Он интуитивно понятен и поддерживает множество языков. Его настройка не вызывает никаких проблем.

1. UEFI в отличие от БИОС прекрасно работает с жесткими дисками, имеющими GPT .
2. БИОС UEFI обеспечивает возможность работы с жесткими дисками объемом более 2-х ТБ.
3. Жесткие диски с таблицей GUID работают с новой адресацией LBA .
4. Windows в UEFI стартует намного быстрее.
5. У UEFI имеется собственный загрузчик, позволяющий использовать на одном компьютере сразу несколько операционных систем без применения специальных загрузчиков.
6. БИОС UEFI очень легко и безопасно обновляется.

Что касается “ Secure Boot ”, то эта процедура до сих пор считается сомнительным преимуществом. Как уже говорилось выше, если не отключить ее, то установка каких-либо операционных систем, кроме Windows 8 и 10, будет невозможна.

Есть мнение, что Microsoft активно продвигает процедуру “ Secure Boot ” в целях борьбы с конкурентами , ведь на новые компьютеры нельзя установить не только старые операционные системы Windows , но и ОС сторонних разработчиков. Кто-то скажет, что для решения проблемы достаточно отключить эту процедуру, но тогда пользователь будет лишен всех преимущества работы с жесткими дисками, имеющими GUID.

На все обвинения Microsoft отвечает однотипно – протокол был разработан для безопасности пользователей. И парировать эти слова нечем, ведь “ Secure Boot ” действительно обеспечивает высокий уровень защиты.

Сегодня пользователь можно столкнуться с разными версиями UEFI . Дело в том, что разработкой интерфейса занимаются производители персональных компьютеров. Поэтому UEFI от разных брендов отличается по внешнему виду и функционалу. Например, во время запуска компьютера пользователь может не увидеть меню для доступа к настройкам интерфейса. Как правило, доступ к ним пользователь позднее может получить непосредственно из ОС Windows . При этом пользователь может исправить ситуацию, выбрав во вкладке «Параметры» режим «Особые варианты загрузки». После перезагрузки при старте будет появляться меню доступных режимов загрузки.

Альтернативный вариант для доступа к настройкам UEFI – нажатие клавиши ESC на клавиатуре при старте компьютера.

UEFI может работать в двух режимах :

1. Обычный. Предусматривает полный доступ к опциям интерфейса.
2. Legacy . Не рекомендуется устанавливать этот режим совместимости с БИОС в том случае, если объем жесткого диска превышает 2 ТБ. Операционная система может перестать загружаться. Более того, если в системе присутствует диск объемом более 2-х ТБ, то UEFI автоматически активирует обычный режим с его “ Secure Boot ”. Если при этом на диске стояла версия Windows, отличная от 8 и 10, то она не запустится.

Существует третий режим работы UEFI – гибридный, но он пока реализован на малом числе моделей компьютеров.

Еще одна важная особенность UEFI – она не распознает файловую систему NTFS . То есть, нельзя устанавливать ОС с флешек, форматированных в NTFS . Некоторые компьютерные специалисты считают это недостатком нового интерфейса.

Что нужно сделать для установки Windows UEFI ?

Устанавливать Windows через UEFI немного сложнее, чем через БИОС. Сначала пользователю нужно создать загрузочную флешку.

Если пользователь намерен устанавливать Windows 10, то для создания и настройки флешки можно использовать официальную утилиту от Microsoft Media Сreation Tool. Использовать ее очень просто: нужно вставить флешку разъем компьютера запустить утилиту, которая определит все съемные носители в системе и предложит выбрать необходимый вариант. Далее, пользователю нужно будет провести примитивную настройку: выбрать разрядность операционной системы и язык.

Загрузочную флешку можно также сделать с помощью сторонних утилит. Это ненамного сложнее.

Следующий шаг – настройка UEFI БИОС к установке. Для доступа к настройкам интерфейса нужно при запуске компьютера нажать F 2 или Delete . После запуска меню нужно выбрать подраздел «Дополнительно». Во вкладке « boot » нужно выбрать режим поддержки USB с полной инициализацией. На вкладке “ Secure Boot ” не забудьте выбрать режим “ Windows UEFI mode ”. В завершении настройки нужно установить приоритет использования загрузочных устройств. Из имеющегося списка следует выбрать флешку с дистрибутивом ОС.

После этого можно устанавливать Windows .

Если во время установки Windows 8 или 10 появляется сообщение о неправильной настройке secure boot , то, вероятнее всего, пользователь забыл включить процедуру “ Secure Boot ” в UEFI БИОС. Для исправления ошибки достаточно включить режим защищенной загрузки.

Что делать установки Windows 7 через UEFI BIOS ?

При установке Windows 7 через UEFI БИОС пользователь может столкнуться с 2-мя проблемами:

После предварительной настройки UEFI включения и отключения необходимых функций можно приступать к установке ОС с флешки, CD или DVD .

Extensible Firmware Interface

Extensible Firmware Interface (EFI) - интерфейс между операционной системой и микропрограммами, управляющими низкоуровневыми функциями оборудования, его основное предназначение: корректно инициализировать оборудование при включении системы и передать управление загрузчику операционной системы . EFI предназначен для замены BIOS - интерфейса, который традиционно используется всеми IBM PC-совместимыми персональными компьютерами. Первая спецификация EFI была разработана Intel , позднее от первого названия отказались и последняя версия стандарта носит название Unified Extensible Firmware Interface (UEFI). В настоящее время разработкой UEFI занимается Unified EFI Forum.

История

Изначально EFI создавалась для первых систем Intel-HP Itanium в начале 2000-х годов. Ограничения PC-BIOS (16-битный исполняемый код, адресуемая память 1 Мбайт, аппаратные ограничения IBM PC/AT и т. д.) были очевидно недопустимы в больших серверных платформах, для использования в которых планировался Itanium. Изначально назывался - Intel Boot Initiative (Загрузочная Инициатива Intel ), позже было переименовано в EFI.

Спецификация EFI 1.02 была выпущена Intel 12 декабря 2000 года. (Версия 1.01 имела проблемы в юридическом плане, связанные с торговой маркой, и была быстро изъята).

Спецификация EFI 1.10 была выпущена 1 декабря 2002 года. Она включала модель драйвера EFI, а также несколько незначительных улучшений по сравнению с версией 1.02.

В 2005 году Intel внесла эту спецификацию в UEFI Forum, который теперь ответственен за развитие и продвижение EFI. EFI был переименован в Unified EFI (UEFI), чтобы отразить это изменение, при этом большая часть документации использует оба термина.

UEFI Forum выпустил спецификацию 2.1 UEFI 7 января 2007 года. Она добавила и улучшила криптографию, установление подлинности сети и архитектуру пользовательского интерфейса.

Текущая спецификация UEFI версии 2.3.1 была представлена в апреле 2011 года.

Интерфейс, определённый спецификацией EFI, включает таблицы данных, содержащие информацию о платформе, загрузочные и runtime-сервисы, которые доступны для загрузчика операционной системы (ОС) и самой ОС. Некоторые существующие расширения BIOS, типа ACPI и SMBIOS , также присутствуют в EFI, поскольку не требуют 16-разрядного runtime-интерфейса.

Сервисы

EFI определяет «загрузочные сервисы», которые включают поддержку текстовой и графической консоли на различных устройствах, шин, блоков и файловых сервисов, и runtime-сервисы, например дата, время и энергонезависимая память.

Драйверы устройств

В дополнение к стандартным, архитектурно-зависимым драйверам устройств, спецификация EFI предусматривает независимую от платформы среду драйверов, названную EFI Byte Code (EBC). От системного встраиваемого ПО (firmware) спецификацией UEFI требуется иметь интерпретатор для любых образов EBC, которые загружены или могут быть загружены в среду. В этом смысле EBC подобен Open Firmware , независимому от аппаратных средств встраиваемому ПО, используемому в компьютерах Apple Macintosh и Sun Microsystems SPARC .

Некоторые архитектурно-зависимые (non-EBC) типы драйверов EFI могут иметь интерфейсы для использования ОС. Это позволяет ОС использовать EFI для базовой поддержки графики и сети до загрузки драйверов, определённых в ОС.

Менеджер загрузки

Менеджер загрузки EFI используется для выбора и загрузки ОС, исключая потребность в специализированном механизме загрузки (загрузчик ОС является приложением EFI).

Поддержка дисков

В дополнение к стандартной схеме разметки дисков - Master boot record (MBR), EFI имеет поддержку GUID Partition Table (GPT), которая свободна от характерных для MBR ограничений. Спецификация EFI не включает описание для файловых систем, однако реализации EFI обычно поддерживают FAT32 как файловую систему.

Оболочка EFI

Сообщество EFI создало открытую среду оболочки (shell environment). Пользователь для выполнения некоторых операций может загрузить оболочку EFI (EFI shell) вместо того, чтобы загружать ОС. Оболочка - приложение EFI; она может постоянно находиться в ПЗУ платформы или на устройстве, драйверы для которого находятся в ПЗУ.

Оболочка может использоваться для выполнения других приложений EFI, таких как настройка, установка ОС, диагностика, утилиты конфигурации и обновления прошивок. Она также может использоваться, чтобы проиграть CD или DVD-носители не загружая ОС, при условии, что приложения EFI поддерживают эти возможности. Команды оболочки EFI также позволяют копировать или перемещать файлы и каталоги в поддерживаемых файловых системах, загружать и выгружать драйверы. Также оболочкой может использоваться полный TCP/IP-стек.

Оболочка EFI поддерживает сценарии в виде файлов.nsh , аналогичных пакетным файлам в DOS .

Названия команд оболочки часто наследуются от интерпретаторов командной строки (COMMAND.COM или Unix shell). Оболочка EFI может рассматриваться как функциональная замена интерпретатора командной строки и текстового интерфейса BIOS.

Расширения

Расширения EFI могут быть загружены с практически любого энергонезависимого устройства хранения данных, присоединённого к компьютеру. Например, OEM-производитель может продать систему с разделом EFI на жёстком диске, который добавил бы дополнительные функции к встраиваемому ПО EFI, размещённому в ПЗУ системной платы.

Реализация

Intel Platform Innovation Framework для EFI

Intel Platform Innovation Framework для EFI («инновационный инструментарий Intel») - ряд спецификаций, разработанных Intel совместно с EFI. Если EFI определяет интерфейс между ОС и firmware, то инструментарий определяет структуры, используемые для создания встраиваемого ПО на более низком уровне, чем интерфейс между ОС и firmware.

В частности, инструментарий включает все шаги, необходимые для инициализации компьютера после включения. Эти внутренние возможности встраиваемого ПО не определены как часть спецификации EFI, но включены в спецификацию инициализации платформы (Platform Initialization Specification), разработанную UEFI. Инструментарий был проверен на платформах XScale, Itanium и IA-32 .

Совместимость с ОС для платформы x86, требующими для работы интерфейса «legacy BIOS», достигается с помощью модуля поддержки совместимости (CSM). CSM включает 16-битную программу (CSM16), реализуемую изготовителем BIOS , и слой, связывающий CSM16 с инструментарием.

Intel разработал эталонную реализацию для инструментария под кодовым названием «Tiano». Tiano - полная, legacy-free реализация встраиваемого ПО, обеспечивающая поддержку EFI. Tiano не включает 16-битную часть CSM, но обеспечивает интерфейсы, требуемые для дополнений, реализуемых производителями BIOS. Intel не предоставляет полную реализацию Tiano для конечных пользователей.

Часть Tiano была выпущена в виде исходных текстов TianoCore проекта как EFI Developer Kit (EDK). Эта реализация включает EFI и некоторый код инициализации аппаратных средств, но не раскрывает полностью особенностей непосредственно встраиваемого ПО. Несколько лицензий использовались для этого кода, включая BSD license и Eclipse Public License .

Продукты, основанные на EFI, UEFI и спецификациях инструментария, доступны через независимых производителей BIOS, например, American Megatrends (AMI) и Insyde Software. Некоторые реализации производителей полностью основаны на Tiano, в то время как другие, соответствуют спецификациям, но не основываются на эталонной реализации Intel.

Платформы, использующие EFI или инструментарий

Все системы Itanium или Itanium 2, которые выпускаются с EFI-совместимым встраиваемым ПО, должны соответствовать спецификации DIG64.

5 апреля 2006 года Apple выпустила пакет Boot Camp , который позволяет создать диск с драйверами Windows XP, а также содержит неразрушающий инструмент разметки дисков, позволяющий установить Windows XP совместно с Mac OS X. Также было выпущено обновление встраиваемого ПО, которое добавило поддержку BIOS для данной реализации EFI. Последующие модели Macintosh были выпущены с обновлённым встраиваемым ПО. Теперь все современные компьютеры Macintosh могут загружать BIOS -совместимые ОС, такие как Windows XP, Vista и Windows 7.

Большое количество системных плат фирмы Intel выпускается с встраиваемым ПО на основе инструментария (например, DP35DP). Так, в течение 2005 было выпущено более одного миллиона систем Intel. Новые мобильные телефоны, настольные компьютеры и серверы, использующие инструментарий, начали производить в 2006 году. Например, все системные платы, которые построены на наборе системной логики Intel 945, используют инструментарий. Однако производимое встраиваемое ПО обычно не включает поддержку EFI и ограничено поддержкой BIOS.

С 2005 года EFI начал применяться в не-ПК архитектурах, таких, как встраиваемые системы на ядре XScale.

EDK включает цель NT32, которая позволяет встраиваемому ПО EFI и приложениям EFI выполняться в приложениях Windows.

В 2008 году компания MSI выпустила линейку системных плат на чипсете Intel P45 с поддержкой EFI,

Операционные системы

Графические возможности

EFI поддерживает графические меню и некоторые возможности, например, осуществленные Aptio или Great Wall UEFI.

Критика

EFI критиковался за то, что он привёл к усложнению системы, не давая существенных преимуществ , из-за отказа от альтернативных реализаций BIOS с полностью открытыми исходными текстами - OpenBIOS и coreboot .

В сентябре 2011 года Matthew Garrett предупредил о том, что условия сертификации компьютеров как совместимых с Microsoft Windows 8, могут привести к появлению компьютеров, на которые невозможно будет установить какую‐либо другую операционную систему. Microsoft заявила, что поставщики могут реализовать возможность добавления других подписей, и позже сделала это обязательным требованием сертификации, однако для устройств на ARM (ранее речь могла идти о мобильных устройствах с ОС Windows Phone , но как раз в те дни Qualcomm объявила о планах выпуска субноутбуков с поддержкой Windows 8) требование противоположное: отключение «безопасной загрузки» (и, соответственно, установка других ОС) должно быть невозможным.

Отличия в процессе загрузки BIOS и UEFI

При разработке UEFI участники форума с самого начала установили четкие рамки для каждого процесса. Процедуру загрузки (PI, Platform Initialization - инициализация платформы)материнской платы, основанной на UEFI, также можно разделить на несколько этапов. Первым из них, следующим непосредственно за включением компьютера,является Pre-EFI Initialization (PEI): система загружает модули инициализации процессора, памяти и чипсета и выполняет их. Затем осуществляется переход в окружение исполнения драйверов (DXE). В этот момент производится активация остальных компонентов, причем одновременно нескольких.

В UEFI можно интегрировать большое количество драйверов, не привязанных к определенной системе. Это значит, что производителям достаточно написать всего одну версию драйвера для всех платформ. Благодаря инициализации драйверов на этом раннем этапе запуска можно получить доступ к сетевой плате, в том числе функциям загрузки по сети или удаленного обслуживания. Кроме того, при активной графической подсистеме можно наслаждаться привлекательно оформленным меню UEFI.

Наибольший выигрыш во времени запуска достигается благодаря тому, что отпадает необходимость в поиске загрузчика на всех устройствах: загрузочный диск назначается в UEFI на этапе установки ОС. Ускорение старта системы не единственное достоинство UEFI. В отдельном EFI-разделе можно хранить множество приложений. Так, еще до загрузки самой ОС можно запустить программу диагностики, антивирусное ПО или утилиту управления системой.

Давно назревший переход на платформу UEFI постоянно откладывался. Теперь это в прошлом, и во многом - благодаря жестким дискам емкостью 3 Тбайт, которые уже доступны в продаже. BIOS ПК, используя классическую MBR винчестера, способна получать доступ только к 2 32 секторам размером 512 байт, то есть максимум к 2 Тбайт (2,2 ТБ) дискового пространства. Seagate использует секторы большего размера с целью сделать всю емкость доступной хотя бы после старта Windows. При этом компьютер на основе BIOS не сможет загрузиться с такого диска. UEFI же работает с таблицей разделов GUID (GPT, GUID Partition Table), в которой размер адреса составляет 64 бита, и поддерживает до 2 64 секторов, то есть способен обращаться к девяти зеттабайтам (9 млрд. терабайт).

Еще одна особенность UEFI - Безопасный протокол загрузки. Он позволяет установить один или несколько подписанных ключей в прошивку системы. После включения, “безопасной загрузки” UEFI предотвращает загрузку исполняемых файлов или драйверов, если они не подписаны одним из заранее установленных ключей. Другой набор ключей (Pkek) позволяет поддерживать связь между ОС и прошивкой. ОС вместе с набором ключей соответствия Pkek, которые организует связь с установлеными в прошивку ключами, может добавлять дополнительные ключи в так называемый “белый список” в прошивке. Естественно, помимо этого она может добавить ключи в “черный список”. Бинарники, которые отметились в черном списке ключей, естественно не будут срабатывать при загрузке.

Windows 8 совместно с UEFI 2.3.1 закрывают дыру в безопасности текущей схемы BIOS, которая позволяет любому загрузчику, в том числе содержащему руткит, загружаться раньше операционной системы. В отличие от BIOS, UEFI будет позволять загружаться только подтверждённым загрузчикам ОС в случае, если разрешена безопасная загрузка. Это означает, что вредоносное ПО в загрузчиках находиться больше не сможет. Microsoft утверждала, что возможность отключить безопасную загрузку UEFI у пользователей все же будет, если поставщики материнских плат реализуют эту функцию. Это позволит устанавливать на персональные компьютеры GNU/Linux и любые другие операционные системы, включая старые Windows. Но здесь уже начинает страдать защита и к тому же Windows 8 работать уже не будет. Позже эта возможность была запрещена для мобильных устройств.

См. также

Примечания

1. Dong Wei. Beyond BIOS (foreword). Intel Press, 2006. ISBN 978-0-9743649-0-2
2. Информация о Unified EFI Forum
3. Информация о драйвере FAT для EFI (требует регистрации)
4. Информация об оболочке EFI
5. Intel Platform Innovation Framework для EFI на сайте Intel
6. Universal Binary Programming Guidelines, Second Edition: Extensible Firmware Interface (EFI) Apple Computer
7. Framework Overview Intel
8. Information about EFI on Intel boards
9. Overview of the Intel Platform Innovation Framework
10. HP Printers
11. http://fr.msi.com/img/NEWS/P45-Leaflet_back.pdf
12. EFI version of Grub (Debian Linux) - Retrieved on 1 May 2008.
13. x86 EFI boot stub
14. Образы ядра Linux и первоначального системного окружения должны или располагаться на системном разделе EFI, или данная реализация EFI должна быть способна прочесть их с используемой данной инсталляцией Linux файловой системы
15. Microsoft Pre-OS Video
16. Extensible Firmware Interface Microsoft Windows Server TechCenter
17. Microsoft bombshell: no EFI support for Vista
18. Mary Jo Foley. Vista SP1 beta 1 to launch in mid-July . ZDNet (8 июля 2007). Архивировано из первоисточника 2 марта 2012. Проверено 20 июля 2007.
19. Intel shows PC booting Windows with UEFI firmware

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 .

В этой статье мы познакомимся с понятием UEFI и применением этой технологии в Windows 8. то такое технология UEFI ? Аббревиатура UEFI расшифровывается как Unified Extensible Firmware Interface (унифицированный расширяемый интерфейс прошивки). Эта технология предназначена для преобразования традиционной системы загрузки компьютеров и должна прийти на смену устаревшей системе BIOS . Однако это не просто модернизация старой технологии, а принципиально новый подход к технологии загрузки компьютера и запуска ОС. По сути, UEFI практически не имеет ничего общего с системой PC BIOS.

Если BIOS – это код (жесткий и фактически неизменный), прошитый в специальном BIOS -чипе на системной плате, то UEFI – гибкий программируемый интерфейс, расположенный поверх всего аппаратных компонентов компьютера с их собственными прошивками. Код UEFI (намного больший по размеру, чем загрузочный код BIOS) находится в специальном каталоге /EFI/, который может храниться в самых различных местах: от отдельной микросхемы на системной плате, до раздела на жестком диске или сетевом хранилище. По сути – UEFI – это самостоятельная легкая операционная система, представляющая собой интерфейс между основной ОС и микропрограммами, управляющих аппаратным низкоуровневыми функциями оборудования, которая должна корректно инициализировать оборудование и передать управление загрузчику основной («большой») ОС, установленной на компьютере.

В состав UEFI входят сервисы тестирования железа, загрузочные и тестовые сервисы, а также реализации стандартных протоколы взаимодействия (в том числе сетевых), драйверы устройств, функциональные расширения и даже собственная EFI-оболочку, в которой можно запускать собственные EFI-приложения. Т.е. уже на уровне UEFI можно выйти в интернет, или организовать бэкап жесткого диска с помощью привычного пользователям графического GUI.

Спецификация UEFI в ближайший год-два станет использоваться во всех новых материнских платах ведущих производителей, и найти новый компьютер с обычным BIOS станет практически невозможно. Одними из наиболее востребованными особенностями UEFI, которые можно реализовать на работающем под ней компьютере являются: «безопасная загрузка» (), низкоуровневая криптография, сетевая аутентификация, универсальные графические драйверы и еще многое другое. UEFI поддерживает 32-х и 64-х битные процессоры и может быть использована на системах с процессорами Itanium, x86, x64 и ARM

Все современные операционных систем (Windows, Linux, OS X) поддерживают загрузку через UEFI.

Однако если использование UEFI в Mac OS X (загрузочный менеджер Bootcamp) и Linux достаточно поверхностное, в Windows 8 преимущества среды UEFI уже можно использовать по полной программе.

Кстати, для возможности загрузки старых ОС, поддерживающих только BIOS, в UEFI существует режим эмуляции BIOS, который называется Compatibility Support Module (CSM).

Поддержка UEFI и Windows 8

Какие же преимущества можно получить при совместном использовании UEFI и Windows 8?

Одно из главных преимуществ – возможность безопасной загрузки (safe boot) – технологии, позволяющей предотвратить выполнение нежелательных программ во время инициализации компьютера (более подробно технология безопасной загрузки в UEFI будет рассмотрена в отдельной статье).

Благодаря UEFI Windows 8 можно устанавливать на диски объёмом 3 ТБ и больше, и, соответственно, загружаться с этих дисков. Это связано с переходом от таблицы разделов MBR в (BIOS) к GPT (UEFI).

Использование UEFI вместо BIOS, – это один из ключевых компонентов, обеспечивающих быструю загрузку Windows 8 (код UEFI работает быстрее за счет того, что целиком писался с нуля, без необходимостей тянуть за собой шлейф древних правил и совместимостей). Кроме того, в UEFI при чтении используется особый размер блока EFI I/O, позволяющий читать по 1 мб данных за раз (в BIOS – 64кб). Кроме того уменьшение времени запуска достигается за счет того, что нет необходимости искать загрузчик на всех устройствах: загрузочный диск назначается в UEFI на этапе установки ОС.

Итак, мы отметили, что Windows 8 поддерживает загрузку UEFI, однако есть ряд особенностей:

• Компьютер должен совместим с UEFI v2.3.1
• UEFI поддерживается только в 64 разрядной версии Windows 8. 32-битные версии Windows не поддерживают функции UEFI (на новых компьютерах этой ОС придется работать в режиме эмуляции CSM).

• Windows 8 для ARM (Windows RT) не будет работать на оборудовании, не поддерживающем UEFI, или позволяющим отключить Secure Boot

В последующих версиях Windows (и ближайшем Windows 8 SP1) разработчики планируют внедрение множества других функций UEFI, таких как: Rootkit prevention (обнаружение руткитов в процессе загрузки), Network authentication (аутентификация при загрузке, особенно актуальная в сценариях удаленного разворачивания ОС) и т.д.

Доступ к настройкам UEFI из Windows 8

Стоит отметить, что на новых компьютерах с предустановленной Windows 8, который использует UEFI, чтобы попасть в меню настройки UEFI (замены старичка BIOS), привычный способ нажатия на клавишу Delete или F2 (или другой клавиши заданной вендором) не сработает. Т.к. Windows 8 (особенно на SSD) грузится очень быстро, сложно успеть за это время нажать клавишу для входа в режим настройки UEFI. Где-то писалось, что Windows 8 на SSD с UEFI ждет нажатия клавиши всего 200мс. Поэтому существует процедура вызова программы настроек параметров UEFI из загрузочного меню Windows 8.

Попасть в загрузочное меню Windows 8 можно одним из трех способов:

После перезагрузки автоматически откроется меню загрузки Windows 8, в котором необходимо выбрать пункты Troubleshoot ->Advanced options . В окне расширенных опций есть отдельная кнопка UEFI Firmware Settings , позволяющая после перезагрузки ПК попасть прямиком в BIOS компьютера (на самом деле это UEFI, настройки в котором эквивалентны традиционному BIOS компьютеров).