BIOS UEFI — новая технология

UEFI (Unified Extensible Firmware Interface) является связующей оболочкой между операционной системой и аппаратной частью (железом). В будущем планируется, что UEFI полностью вытеснит BIOS (Basic Input Output System) и займет его место. UEFI является относительно старой технологией, разработанной в 2005 (Unified EFI Forum) году. Однако, сие высказывание некорректно относительно данной ситуации, так как несмотря на то, что 8 лет довольно большой срок для IT-технологии и в иных сферах за эти годы успевали сменить сразу по нескольку технологий, UEFI изначально развивался довольно медленно и лишь в последние годы стал получать все большую известность. Ниже вы можете ознакомиться с графиком релизов UEFI.

Первоочередной целью при создании UEFI была разработка удобной и многогранной оболочки для 64-х битных систем с более развитым пользовательским интерфейсом и сетевым контролем.
И так, какими же преимуществами обладает UEFI?

Преимущества и просто интересные факты о UEFI

Мне кажется, что все выгоды и преимущества перехода с BIOS на UEFI откроются перед пользователями и разработчиками лишь при массовом внедрении оболочки и полным отказом от BIOS. Однако, уже сейчас можно перечислить несколько очевидных преимуществ UEFI:

1) В связи с веянием последних трендов, все больше ПК имеют 64-х битную ОС, что позволяет увеличить производительность.
2) Второй немаловажный пункт – это адресация памяти. Замечательная возможность использовать большее количество RAM-а и размера винчестера. Теоритически максимальный размер жесткого диска может достигать 8192 Exybyte -а, что составляет примерно 8.8 (о да! О_о) триллионов терабайт, что даже при нынешних объёмах трансфера информации является весьма впечатляющей цифрой, особенно если учесть, что размер архива всего интернета составляет 10 петабайт. Что же касается оперативной памяти – здесь так же наблюдаются радужные перспективы с возможностью адресации до 16 Exybyte -ов, что при нынешней ситуации на рынке (новые ПК как правило имеют от 8 до 16 гигабайт оперативной памяти) является бааальшушим заделом на будущее.
Ссылка на интересные факты связынае с наглядным примером того, много это или мало.
3) Более быстрая загрузка система, достигаемая за счёт параллельной инициализации отдельных компонентов системы.
4) Загрузка драйверов в UEFI и последующая передача оных в распоряжение ОС.
5) Одна из важнейших и наиболее критичных особенностей UEFI является Secure Boot Option , коя позволяет защитить Bootloader от исполнения вредоносных программ, что в свою очередь позволяет защитить ОС за её же пределами во время загрузки. Для этого используются «цифровые» подписи операционных систем.

UEFI Начало

Как показано на следующей картинке старт UEFI разбивается на несколько различных модулей и этапов, кои в свою очередь разделяются на дальнейшие подпункты.

Начинается все с Power On фазы (кто бы мог подумать) в которой исполняется Power On Self Test и проскакивает Security phase . После чего можно считать, что платформа инициализирована, при этом нельзя забывать и о фазе PEI (Pre-Инициализация EFI), а так же DXE (Driver Execution Environment) фазе, что позволяет системе добраться до пункта когда становиться доступна память, а так же начинается (Firmware) поиск Boot-устройства. В BDS (Boot Device Selection) фазе происходит поиск устройство с коего может быть осуществлен boot, при это может быть использовано стороннее устройство или UEFI-Shel l. При старте системы происходит передача уже инициализированных и загруженных драйверов в распоряжение ОС, дабы сократить время загрузки оной.

И так это была вступительная часть рассказа о UEFI. В следующей главе будут рассмотрены отдельные фазы более детально: POWER ON, SECURITY (SEC), PRE-EFI Initialisation (PEI), DRIVER EXECUTION ENVIRONMENT и BOOT DEV SELECT (BDS)

1. Что такое UEFI?
UEFI (Unified Extensible Firmware Interface) представляет собой замену BIOS, который лучше соответствует требованиям современного разнообразного «железа». По своей сути, UEFI является интерфейсом, который отвечает за предзагрузочное окружение операционной системы.

2. В чем преимущества UEFI перед BIOS?

• Поддержка носителей объемом >2Тб
• Более простая подготовка загрузочных носителей, отсутствие необходимости в записи разных загрузочных секторов
• Наличие собственного менеджера загрузки. Теперь необязательно заводить многоуровневую чехарду загрузчиков, чтобы организовать мультизагрузочную среду, в EFI NVRAM штатно хранятся все записи о имеющихся загрузчиках, и переключение между загружаемыми ОС осуществляется так же, как и между загрузочными носителями.
• Более защищенная среда загрузки
• Графический режим конфигурации UEFI, с поддержкой графики и мыши

3. Можно ли обновить мой BIOS на UEFI?
Не совсем. UEFI нельзя прошить вместо BIOS, поскольку он занимает гораздо больше памяти. Но существует такая штука, как DUET. Это загружаемая из BIOS посредством отдельного загрузочного раздела среда UEFI, которая может быть полезна, если вы собираетесь использовать диски объемом >2Тб на своем старом железе с BIOS.

4. Можно ли из UEFI загружаться, как раньше, через загрузочные секторы и MBR-диски?
Да, если в конфигурации UEFI включена поддержка Legacy Boot

5. Что такое GPT?
GUID Partition Table, GPT - стандарт формата размещения таблиц разделов на жестком диске. Он является частью интерфейса EFI. EFI использует GPT там, где BIOS использует MBR.

6. В чем преимущества GPT перед MBR?

• Поддержка носителей объемом >2.2Тб
• Отсутствие ограничения на 4 основных раздела, и как следствие-отсутствие необходимости в логических разделах
• Повышенная безопасность-GPT хранит резервную копию таблицы разделов в конце диска, поэтому в случае неполадок существует возможность восстановления разметки при помощи запасной таблицы.
• Защита от повреждения устаревшими программами посредством Protective MBR
• Существует возможность использования старых загрузочных секторов.

7. Где в GPT хранятся аналоги загрузочных секторов?
EFI использует для хранения загрузчиков папку EFI/boot, находящуюся в корне раздела FAT32. По умолчанию должен загружаться файл /EFI/boot/bootx64.efi
Если загружаемый диск размечен в стиле MBR, то наличие файловой системы FAT32 на первом разделе (если их несколько) и файла с загрузчиком, лежащего по дефолтному пути, являются единственными условиями загрузки с этого носителя (CD/DVD тоже поддерживаются). В случае, если диск размечен в стиле GPT, раздел необязательно должен быть первым, но у него должен присутствовать флаг boot (проверить и выставить можно через gparted)

8. Возможно ли сконвертировать диск из MBR в GPT и обратно без потери данных?
Да. Для этого потребуется загрузочный диск/флешка с Gparted. После загрузки с загрузочного носителя откроется окно gparted, в котором в верхнем правом углу будет отображен рабочий диск (обычно это /dev/sda). Необходимо запомнить имя диска, который вы хотите сконвертировать, открыть терминал, и набрать там sudo gdisk /dev/sda где вместо sda, при необходимости, нужно подставить имя вашего диска. Затем нужно ввести команду w и подтвердить запись таблицы GPT на диск. Все, диск преобразован в таблицу GPT. Для обратной конвертации в MBR необходимо таким же образом открыть gdisk для вашего диска, и последовательно набрать команду r, затем g, после чего подтвердить запись новой таблицы при помощи команды w.

9. Что такое UEFI Shell?
Это среда работы с окружением EFI (терминалоподобная), позволяющая на ходу запускать efi-совместимые загрузчики, выполнять простейшие операции с файлами, а также оперировать встроенным менеджером загрузки.

10. Как редактировать/удалить/добавить пункты загрузки в загрузочное меню UEFI?
Качаем UEFI Shell, копируем его в файл /EFI/boot/bootx64.efi на FAT32 флешку, и загружаемся с нее. После удачной загрузки шелла должно появиться приглашение командной строки
Shell>
Выше приглашения должен отобразиться список имеющихся подключенных дисков (fs0:, fs1:, BLK0, и тому подобное). Чтобы еще раз вызвать этот список в случае необходимости, воспользуйтесь командой
map fs*
Из полного имени диска можно почерпнуть некоторую информацию о диске. Например:
PciRoot(0x0)/Pci(0x1,0x1)/Ata(0x0)/HD(1,MBR,0x27212721,0x3F,0x13FA6D9)
отсюда
Ata(0x0)-интерфейс подключения диска, а также порт контроллера
HD-это жесткий диск
1-количество разделов на диске
MBR-схема разметки

Найдя таким образом необходимый диск, нужно перейти в него
fs0:
затем при помощи старых добрых досовских команд dir и cd нужно нащупать и перейти в каталог с загрузочными efi-файлами. Обычно это /EFI/boot/. Затем, находясь в этом каталоге, можно, введя имя файла загрузчика, сразу же загрузиться в него. Чтобы добавить нужный файл в список загрузочных записей, желательно сначала считать уже имеющиеся записи при помощи команды
bcfg boot dump
Затем, чтобы добавить загрузочный файл в этот список, нужно ввести
bcfg boot add N filename.efi «label»
Где N-порядковый номер записи (если на ее месте что-то было-этот пункт перезапишется)
filename.efi-имя файла с загрузчиком
label-имя, под которым эта запись будет отображаться в списке
Можно снова просмотреть список загрузочных записей через
bcfg boot dump
и убедиться, что все на месте. Можно перезагружаться и проверять.
Для удаления записи из списка используется команда
bcfg boot rm N
где N-номер записи

11. Что такое Secure Boot?
Спецификация Secure Boot разработана Microsoft в рамках проекта UEFI и позволяет защитить загрузочную среду от вмешательства в загрузочные файлы путем контроля подписей загружаемых файлов на предмет их соответствия белому списку ключей, зашитых в uefi как доверенные. «Побочным эффектом» такой защиты от руткитов является невозможность установки ОС, отличной от Windows 8 (на данный момент только она поддерживает Secure Boot), а также исключает возможность запуска с старых mbr дисков и загрузочных CD-дисков/флешек.

12. Как отключить Secure Boot?

13. Как сделать UEFI-совместимую флешку с дистрибутивом ОС?
В большинстве случае все очень просто:

1. Отформатируйте флешку в файловую систему FAT32
2. Скопируйте на нее все содержимое iso-образа дистрибутива

Но в случае с ОС Windows Vista/7 понадобится предварительно подготовить дистрибутив, т.к. они изначально не содержат EFI-файлов в нужных местах. Сразу небольшая оговорка–windows поддерживает работу с uefi только в 64-битных редакциях.

14. Как узнать, что загрузочная флешка сделана правильно, и будет грузиться в UEFI-режиме?
Если все сделано правильно, то в списке загрузочных носителей должно появиться два устройства с одинаковым именем, но разными префиксами, UEFI: и USB: . Через первый осуществляется загрузка в UEFI режиме, через второй-Legacy загрузка из загрузочного сектора.

15. Что такое Fast Boot Mode?
Режим быстрой загрузки, при котором управление практически сразу передаётся операционной системе, ещё до готовности к работе оборудования, инициализацию которого проводит сама ОС. Fast Boot исключает задержки, вызванные двойной инициализацией устройств. В «классическом» режиме после получения управления операционная система инициализирует повторно уже ранее инициализированные BIOS устройства. С учётом того, что инициализация некоторых типов устройств является достаточно длительным процессом, выигрыш в скорости очевиден. При включении Fast Boot управление передаётся системе раньше, чем производится инициализация USB, что приводит к недоступности USB-накопителей и клавиатуры до старта установленной на диск системы. Так как Microsoft предъявляет достаточно жёсткие требования ко времени, в которое должна уложиться прошивка при включенном режиме Fast Boot, а инициализация USB-устройств может занимать секунды, к моменту старта системы USB-устройства остаются неинициализированными. В этом случае проявляется обратная сторона медали — пользователь компьютера с USB-клавиатурой не может прервать процесс начальной загрузки и инициировать установку другой системы, так как клавиатура остаётся нерабочей до момента запуска ОС. Более того, инициализация чипа i8042 тоже требует времени и на некоторых ноутбуках производители прошивки оставляют неинициализированными встроенную клавиатуру с интерфейсом PS/2.

Многие из нас всё чаще и чаще встречаются со стандартом UEFI Boot , который пришёл на замену классическому BIOS. При этом многие хотели бы узнать о UEFI Boot лучше, но всё как-то не находят для этого ни времени, ни желания. В этом материале я постараюсь ликвидировать «белое пятно» в знаниях читателей и подробно расскажу, что это такое UEFI Boot, опишу его особенности и функционал.

Было время, когда все компьютеры комплектовались встроенным в материнские платы БИОСом, который являл собой набор микропрограмм для теста работоспособности оборудования, предоставлял API и поддерживал загрузку системы. Он традиционно использовался в IBM-совместимых машинах и до поры до времени надёжно выполнял свои функции, ограничиваясь 16-битными процессами и 1-мегабайтной адресацией .

С развитием технологий «старый добрый» БИОС перестал соответствовать современным требованиям, он оказался недостаточно гибким и модерным, и ему на смену пришёл его сменщик – это UEFI Boot, поддерживающий практически все стандарты современного оборудования.

UEFI (Unified Extensible Firmware Interface) ведёт свою историю с 2003 года, когда корпорация Intel создала замену BIOS для своих 64-битных серверов под микропроцессоры Itanium. Тогда этот стандарт носил название EFI (аббревиатура от Extensible Firmware Interface – “Расширяемый Интерфейс Прошивки»). Позже, попав на объединённый EFI-форум (Unified EFI Forum) этот концепт получил название UEFI и продолжил своё развитие как объединённый стандарт ИТ-индустрии, в развитии которого принимают участие самые известные производители компьютерного железа.

Известно, что UEFI Boot это как и его предшественник, стандарт, который являет собой интерфейс, связывающий операционную система и микропрограммы, осуществляющие низкоуровневую работу подключенного оборудования. Его цель – это инициализация оборудования и передача управления загрузчику ОС.

Как выглядит UEFI и что это такое можно посмотреть на видео:

Преимущества UEFI перед BIOS

Отличие 1. Визуальная составляющая

Многие элементы UEFI выглядят как традиционный БИОС, но некоторые изменены до неузнаваемости. Более приятная глазу картинка, удобные возможности для разгона, удобный и доступный интерфейс, а также поддержка мыши. Изменения без сомнения радуют глаз.

Отличие 2. 16 против 32

В то время как БИОС ограничен 16-битными процессами и 1 мегабайтом адресацией памяти, у UEFI нет подобных ограничений. Он работает и в 32, и в 64-битных режимах, позволяет работать со значительно большими объёмами памяти, и мало зависим от архитектуры компьютера. Специфика UEFI Boot обеспечивает драйверами компоненты системы не зависимо от того, какой процессор использован в вашем ПК.

Отличие 3. Рабочие объёмы

MBR в биос ограничивалась четырьмя основными разделами на диске, а сами бутовые диски обладали размером максимум в 2,2 террабайта. Если ранее этого было вполне достаточно, то возможности сегодняшних накопителей уже превышать указанный размер. UEFI же использует разметку разделов GUID, позволяя проводить загрузку с дисков величиной 9,4 ZB. Для несведущих поясню, что один зетабай (zetabyte) – это 1024 умножить на 1024 и умножить на 1024 гигабайт.

При этом понятно, что это UEFI Boot позволяет работать со значительно большим размером boot-опций, он не привязан к какой-либо специфической файловой системе, и имеет фантастические сетевые возможности. Системный boot-загрузчик может служить в качестве расширения к UEFI, последний же и сам, при необходимости, сам может выполнять функции boot-загрузчика. При этом реализована даже загрузка собственных драйверов юзера в UEFI. Впечатляет, не правда ли.

Отличие 4. Расширения

UEFI поддерживает как старые расширения (например, АСPI), так и новые, основанные на EFI спецификациях с большей функциональностью (Asus Splashtop и др.).

Отличие 5. Лёгкое управление

Поскольку большинство опций представлено в виде наглядных графических символов, работать с ними просто и удобно. Попробуйте, и убедитесь сами.

Отличие 6. Secure Boot

Стандарт UEFI обладает ещё одним преимуществом под названием Secure Boot – это специальная защита от инициализации неподписанного кода, осуществляющая защиту системы от замены загрузчика и запуска нелицензионного софта. Он получил своё рождение в версии UEFI 2.2, и реализован во многих современных компьютерах. Несмотря на массу его достоинств, пользователи предпочитают отключать Secure Boot, так как его недостатки иногда превосходят его достоинства, особенно когда возникает потребность осуществить загрузку ПК с флеш накопителя.

Заключение

Что это UEFI Boot? Как видим, спецификация UEFI Boot обладает рядом серьёзных преимуществ перед его предшественником. Более удобный и доступный интерфейс, улучшенная скорость работы, поддержка значительно больших объёмов памяти, и системного жёсткого диска – это и многое другое делает UEFI наиболее эффективным и современным вариантов. Если у вас модерный ПК (примерно с 2011 года и далее), может быть, пришло время заглянуть в свой UEFI и познакомиться с ним поближе.

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.

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.