efi是什么意思 主板Bios是什么意思 主板BIOS、EFI与UEFI基础知识详解

相信很多用户在做系统或者超频的时候都会进入BIOS界面。那么主板Bios是什么意思呢？BIOS实际上是一个程序，存储在BIOS芯片中。但是UEFI引导基本上用在现代电脑上，EFI引导用在早期的过渡电脑上。事实上，EFI或UEFI的一部分也存储在一个芯片中。因为它们在表面形态和基本功能上都与BIOS相似，所以我们过去把存储EFI/UEFI的芯片称为EFI/UEFI BIOS芯片，而EFI/UEFI又称为EFI/UEFI BIOS。不过其实它们和BIOS是完全不一样的，不如去掉后面“BIOS”的尾巴。我们来分享一下主板BIOS。

主板BIOS接口

BIOS、电喷和UEFI

BIOS用于计算机硬件自检、CMOS设置、引导操作系统、提供硬件I/O和硬件中断。因此，BIOS程序可以分为几个模块，包括Boot Block引导模块、CMOS设置模块、扩展配置数据模块和DMI采集硬件数据模块。其中，引导模块直接负责执行BIOS程序本身的入口，检测并初始化计算机的基本硬件，ESCD负责BIOS与OS之间的硬件配置数据交换，DMI充当硬件管理工具与系统层的接口，通过DMI，用户可以直观地获取硬件的任何信息，CMOS设置模块是BIOS程序除启动和初始化之外最常用的功能。

BIOS本身是汇编语言代码，在16位实模式下通过调用INT 13H中断来执行。因为x86-64是一个高度兼容的指令集，并且为了适应16位实模式下BIOS的运行环境，即使现在CPU是64位，在启动BIOS的时候还是会以16位实模式执行。16位实模式只能直接访问1MB内存，即使安装4G、8G、16G或32G内存，在BIOS中也只会识别前1MB。在这个1MB的内存中，前640K被称为基本内存，最后384K的内存被预留给必要的硬件进行引导和各种BIOS本身。了解了这些之后，我们再来说说BIOS引导电脑的具体过程。

电脑开机后发生了什么？

按下电源开关，电源开始给主板等设备供电，电压仍然不稳定。在南北桥早期主板上，主板北桥向CPU发送复位信号，初始化CPU；当电压稳定时，复位信号被移除。对于现在的单南桥主板，CPU通过调整稳定电压来达到初始化的目的。当电压稳定后，CPU执行指令，跳转到系统BIOS预留的内存地址处的BIOS开头，开始进行开机自检。

在POST自检中，BIOS只检查系统必要的核心硬件是否有问题，主要是CPU、640K基本内存、显卡是否正常，PS/2键盘控制器和系统时钟是否有错误等等。由于开机自检检查是在显示卡初始化之前进行的，如果在此阶段出现错误，则无法在屏幕上显示。但是主板上有报警扬声器，如果主板的8255外设可编程接口芯片没有损坏，开机自检报警声肯定会出来。根据不同的报警声音可以大致判断错误。一般短哔声基本代表正常启动，不同的错误是短哔声和长哔声的不同组合。开机自检后，BIOS开始调用中断，完成各种硬件初始化。

基本输入输出系统的显示和启动

在硬件初始化中，有两个要点。首先，开机自检检测后，电脑最终出现一个开机画面，即显卡已经检测并初始化。但是，请注意，BIOS是在16位真实模式下运行的，所以图片是以VGA分辨率显示的，因为VGA是真实模式下支持的最高分辨率。以前14-17寸的小CRT显示器都是4:3的比例，最高分辨率也比较低，所以这个启动屏没有什么矛盾感，但是现在LCD显示器基本都是16:9的宽屏，分辨率很高。所以在这样的显示屏下，启动屏幕上的一切可以说是“可怕”的——图形拉长，字体大而模糊，字体显示明显。其次，BIOS只识别主引导记录初始化的硬盘，这是因为后续的EFI或UEFI采用了新的GUID磁盘分区系统格式，在BIOS下无法识别。完成所有硬件初始化后，接下来将进入ESCD更新阶段。

在ESCD更新阶段，基本输入输出系统将检测存储在互补金属氧化物半导体中并与操作系统交换的硬件配置数据。如果系统硬件发生变化，就会更新数据，否则不会更新，保持不变。ESCD检测或更新完成后，BIOS将完成最后一项工作，即启动操作系统。

最后一步，BIOS根据用户在CMOS中指定的硬件引导顺序读取相应设备的引导或引导记录，引导相应设备上的操作系统启动并进入操作系统。之后，操作系统接管BIOS，负责硬件和软件之间的通信。如果发现所有硬件都没有引导操作系统的记录，屏幕上会显示相应的错误信息，计算机将保持16位真实模式。

尽管BIOS是计算机开机和启动必不可少的一部分，但自1975年诞生至今已近30年，16位汇编语言代码、1M内存寻址和调用中断执行的思想和方法丝毫没有改变。虽然各大主板厂商不懈努力，但BIOS却有了ACPI、USB设备支持、PnP即插即用支持等新事物。，但这一点也没有改变BIOS的本质，而英特尔想要容纳这些。然而，在2001年，英特尔开发了全新的IA-64架构的安腾处理器，并推出了全新的电喷。后来证明安腾处理器和IA-64架构并没有普及，而EFI和后续的UEFI发展起来，成为了电脑主要的预启动环境。

电喷原理

EFI是可扩展固件接口的缩写，字面意思是可扩展固件接口。它是用模块化和高级语言构建的小型化系统。和BIOS一样，它主要在启动时完成硬件初始化，但直接采用加载EFI驱动的方式来识别系统硬件并完成硬件初始化，完全放弃读取各种中断执行。EFI驱动不是面向CPU的代码，而是由EFI字节码编写的。EFI字节码是一个专用于EFI的虚拟机指令，需要在EFI驱动运行环境DXE下进行解释和运行，使EFI能够实现通用分发并提供良好的兼容性。此外，电喷完全是32位或64位，通过放弃16位实模式，可以在电喷中实现处理器的最大寻址，因此任何信息都可以存储在任何内存地址。此外，由于电喷驱动的开发非常简单，基于电喷的驱动模型原则上可以让电喷触及所有硬件功能，在电喷上读写文件、浏览互联网是完全可能的。BIOS上的CMOS设置程序是作为EFI程序执行的，硬件设置是硬件设置程序，启动管理是另一个程序，保存CMOS是另一个程序，虽然它们一起在正式的Shell上。

EFI在功能上完全等同于一个轻量级的OS，但是在公式化的时候，EFI并没有定位为专业的OS。首先，它只是硬件和操作系统之间的接口；其次，EFI不提供中断访问机制，EFI必须通过轮询的方式对硬件进行检查和解释，效率不如OS下的驱动执行。最后，EFI只有一个简单的内存管理机制，只在段保护模式下对内存进行分段，所有程序都可以访问任意段位置，无需提供真正的保护服务。借助EFI，引入并支持了一种全新的GUID磁盘分区系统。传统的MBR磁盘只能有四个主分区。只有当创建的主分区少于四个时，才能建立扩展分区，然后才能在其上建立系统识别的逻辑分区。还有就是逻辑分区数量多，逻辑分区太多会严重影响系统启动，MBR硬盘分区最多只支持2T容量，对于现在的大容量硬盘来说也是一种浪费。GPT支持任意数量的分区。每个分区的大小原则上是无限的，但实际上由于OS的规定不可能是无限的，但相对于MBR的2T限制来说，这是一个非常重要的进步。GPT的分区类型由GUID表唯一指定，基本不可能重复。电喷可以访问电喷系统分区，以访问一些驱动程序和应用程序。虽然这在原则上会使电喷系统分区不安全，但通常会填充“边际”数据。即使损坏也不会造成严重后果，可以简单恢复。

当EFI发展到1.1的时候，英特尔决定将EFI公开，所以后续的2.0吸引了很多公司加入其中。EFI不再属于英特尔，而是属于Unified EFI Form的国际组织。2.0之后，EFI改名为UEFI和UEFI，其中EFI与原EFI含义相同，U是Unified的缩写，所以UEFI的意思是“统一的可扩展固件接口”。与前身电喷、UEFI相比，

首先，UEFI有完整的图形驱动功能。虽然之前的电喷原则上增加了图形驱动，但为了保证电喷和BIOS之间的良好过渡，电喷大多是类似DOS的界面，只支持PS/2键盘操作，不支持USB键盘和鼠标。当你到达UEFI，你有一个完整的图形驱动程序。无论是PS/2还是USB键盘鼠标，UEFI始终支持。UEFI支持GOP VBIOS时，显示设置界面是显卡以640*480或1024*768的高分辨率显示，所以画面小但清晰，但这会导致屏幕周围有很大的黑色区域，但你不能吃你的蛋糕，吃得太多，除非UEFI

其次，UEFI有独特的安全启动功能，而电喷不安全启动，安全启动。事实上，流行的解释叫做固件验证。UEFI安全启动时，主板会根据TPM芯片记录的硬件签名来判断各个硬件，只加载符合认证的硬件驱动。但是Win8之后的Windows在加载操作系统的过程中会继续检查硬件驱动的签名，符合Windows记录的硬件可以由Windows加载，一定程度上降低了操作系统启动前预加载启动程序带来的风险，但也会导致系统安装的垄断。

无论是EFI还是UEFI，都必须由预加载环境、驱动执行环境、驱动等必要部分组成。为了支持一些老设备，还需要一个CSM兼容支持模块。EFI或UEFI只支持GPT磁盘引导系统。下面具体说说电喷或者UEFI启动电脑的过程。

预加载环境和驱动执行环境存储在UEFI芯片中。当电源开关打开时，电脑的主要部件开始有电源。与BIOS不同，UEFI预加载环境首先开始执行，负责CPU和内存的初始化。如果这里有重要问题，即使有报警喇叭，报警喇叭也不会发出声音，因为UEFI不会驱动8255发出声音，但是预装环境只检查CPU和内存。如果这两个主要硬件有问题，如果屏幕没有显示，可以立即确认。其他主板会提供LED提示，可以根据CPU或内存的点亮情况大致判断故障。

CPU和内存初始化成功后，加载驱动执行环境。DXE加载后，UEFI有能力枚举和加载UEFI驱动程序。在这个阶段，UEFI会枚举和搜索各种硬件的UEFI驱动，并逐个加载完成硬件初始化工作，这比BIOS读取中断加载速度要快得多。同样，如果显卡的UEFI驱动加载成功，电脑上会出现一个启动屏幕。在所有的硬件驱动都被加载之后，就像BIOS一样，操作系统将不得不在最后被启动。

在启动操作系统的阶段，根据启动记录的启动顺序，还需要到对应设备的启动记录，启动操作系统，进入。这里需要注意的是，UEFI在检测到没有操作系统启动设备时，会直接进入UEFI设置页面，而不是像BIOS一样黑屏显示相关信息。

综上所述，对BIOS和UEFI的电脑启动过程的描述可以概括为:BIOS应该先初始化CPU，然后跳转到BIOS启动处进行POST自检。如果在这个过程中出现了严重的错误，电脑会以不同的警报声进行提醒，然后通过读取中断加载各种硬件，硬件初始化后进入操作系统启动过程；另一方面，UEFI在预加载环境下直接初始化CPU和内存，如果CPU和内存出现问题，就会变黑。之后，将启动PXE通过枚举搜索各种硬件和加载驱动，完成硬件初始化，然后也将进入操作系统启动过程。

另外，BIOS是16位汇编语言程序，只能在16位实模式下运行，可访问内存只有1MB，而UEFI是32位或64位高级语言程序，突破实模式限制，可以达到所需的最大寻址。