uefi

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UEFI和Bios区别

Win8系统相对于Win7系统在开机速度上有相

当大的提升，这是因为Win8系统为了提升系统

性能和对硬件的优化，加入了诸如开机引导及应

用预缓存等技术。而其中的UEFIBIOS引导，

则能使平台开机更智能，开机速度更快。

对比采用传统BIOS引导启动方式，UEFIBIOS

减少了BIOS自检的步骤，节省了大量的时间，

从而加快平台的启动。

但并不是所有WIN8都可以安装在UEFI模式

下，即使你的BIOS是UEFIBIOS，有时也会无

法安装，这是因为它与硬盘的分区结构、WIN8

是32位还是64位有关。在UEFIBIOS中，为

了兼容以前的操作系统，还提供了Legacy

BIOS模式，下面说一下这两种BIOS模式与硬

盘分区形式的关系：

LegacyBIOS模式：

支持所有32位WINDOWS8系统的安装，支持

在MBR硬盘分区结构下64位WINDOWS8的

安装，不支持硬盘的GPT的分区结构。

此时BIOS应是以下设置(以下均以G480BIOS

为例)：

此时如果在安装WINDOWS8时，而硬盘的分

区结构为GPT，则在安装过程中会有如下提示：

UEFIBIOS模式：

支持GPT分区结构下的64位WINDOWS8系

统的安装，此时BIOS设置如下：

同时,需要在默认系统优化选项(有的机型无此选

项)更改如下:

上面选项凋整后就可以安装WIN8了,但有时我

们在安装时会出现没有光驱引导(或U盘)选项的

情况(有的BIOS表现为有选项但无法引导)：

此时，我们需再调整SECUREBOOT选项,将此

选项DISABLE即可成功引导：

如果在UEFI模式下安装64位WINDOWS8，

而硬盘分区模式为MBR，则会出现如下提示：

此时我们需要按SHIFT+F10键进入CMD模式，

使用DISKPART磁盘工具，将MBR分表区转

为GPT模式，具体命令为：convertgpt(注意，

更改分区模式硬盘里的数据会全部丢失，请提前

备份好数据再进行此操作)：

备注:

下面介绍一下与本文相关的知识:

分区表：MasterBootRecord，即硬盘

主引导记录分区表，只支持容量在2.1TB以下

的硬盘，超过2.1TB的硬盘只能管理2.1TB，最

多只支持4个主分区或三个主分区和一个扩展

分区，扩展分区下可以有多个逻辑分区。

分区表：GPT，全局唯一标识分区表

(GUIDPartitionTable)，与MBR最大4个分区

表项的限制相比，GPT对分区数量没有限制，

但Windows最大仅支持128个GPT分区，GPT

可管理硬盘大小达到了18EB。只有基于UEFI

平台的主板才支持GPT分区引导启动。

分区：EFIsystempartition，该分区用

于采用了EFIBIOS的电脑系统，用来启动操作

系统。分区内存放引导管理程序、驱动程序、系

统维护工具等。如果电脑采用了EFI系统，或当

前磁盘用于在EFI平台上启动操作系统，则应建

议ESP分区。

分区：即微软保留分区，是GPT磁盘上

用于保留空间以备用的分区，例如在将磁盘转换

为动态磁盘时需要使用这些分区空间。

BOOT功能:Windows8中增加了

一个新的安全功能,SecureBoot内置于UEFI

BIOS中,用来对抗感染MBR、BIOS的恶意软件,

Windows8缺省将使用SecureBoot,在启动

过程中，任何要加载的模块必须签名(强制的)，

UEFI固件会进行验证，没有签名或者无法验证

的，将不会加载。

详

ml

详

ml

传统BIOS开机流程

从你按下主机机壳上的电源键，到进入作业系统

的期间，储存於主机板上那颗EEPROM（电气

可抹除暨可程式化唯读记忆体）裡的BIOS便会

开始执行以下的工作：

1.初始化：

当电脑打开，CPU会自行重置為初始状态，準

备运作。BIOSbootblock（基本输出输入系统

开机区块）初始化阶段啟动，因為此时系统记忆

体中是空的，没有内容可以执行，所以厂商让

CPU去寻找系统BIOSROM中的reset

vector（重置向量）：用一个固定的位置来啟动

所谓的BIOSbootprogram开机程式。

一般来说程式会在记忆体的FFFF0h位址，也就

是在UMA（上层记忆区域）靠结尾的地方。為

细

出

处

参

考

：

/os/Windows8/

细

出

处

参

考

：

/os/Windows8/

避免ROM大小改变造成相容性的问题，所以一

般会选择放这裡。它的内容只有一个jump指

令，进一步跳到真正的BIOS啟动程序。当然了，

各家IBV（independentBIOSvender；独

立BIOS供应商）可以把程式放在不同的位置，

只要透过jump来指定就可以了。

在这段期间，系统的CPU、晶片组、SuperI/O

和USB只有部分初始化，仅获取足够资料来应

付万一BIOS开机失败，可以利用软碟（由

SuperI/O控管）甚至是光碟（由晶片组的

IDE/SATA）等储存媒体来救援BIOS的boot

block。

（PowerOnSelfTest；开机自我检

测）：

然后BIOS开始施行Power-OnSelfTest

（POST；开机自我检测），在过程中检查电脑

各项组件及其设定，像是：中央处理器、主记忆

体、键盘、滑鼠等等状态。接著便寻找被内建在

BIOS内部的显示卡程序并执行。

它通常被放在记忆体C0000h的位置，作用是

显示卡的初始化，而大部分的显示卡都会在显示

器上显示其相关讯息。这就是為何各位在开机的

时候，首先会在显示器的画面左上角出现有关显

示卡讯息的原因。

再下来就是让BIOS寻找其他装置的ROM（唯

读记忆体），看看这些设备中哪些还有个别的

BIOS。如果这时有找到任何其它装置的BIOS，

它们也会被执行。

下一步BIOS会显示啟动画面，并开始更深入的

检测，包含我们平常可以在萤幕上看到的记忆体

容量检测。如果这时候遇到任何错误，就会在画

面上显示错误讯息。

3.记录电脑系统的设定值：

到这裡还没有结束，再来BIOS会根据自己的

「系统资源表」，来对系统进行进一步的确认，

看看你的电脑究竟安装了那些系统资源或设备。

有些电脑会逐步显示这些被侦测到的设备。例如

BIOS支援随插即用，那它将会侦测和配置随插

即用装置，并显示由BIOS侦测到的随插即用设

备。

在这些检测结束后，BIOS会打出一个侦测总结

表於画面上。而这个总结表在部分IBV的设定

中是可以让使用者开啟或关闭的。当然也有些

IBV為加速开机把这一步直接隐藏省略。

Tips:BIOSbootblock

在快闪唯读记忆体内，通常会分成两个区块，一

个区块存放一般的BIOS程式码，即所谓的

codeblock（程式码区块）；另一个区块则是

存放用来开机（或急救）的程式码，就是所谓的

bootblock（开机区块）。当电源打开时，主

机板会先从bootblock执行，它会立即检查

codeblock的程式码是否正确，如果正确，就

会转到codeblock继续执行下去。而所谓的

BIOSrecovery（BIOS回复）就是利用boot

block回写动作来进行BIOS更新失败时的救

援。

4.提供常驻程式：

提供作业系统或应用程式呼叫的中断向量，如

INT10h（VGA图形及文字输出中断）等。

5.载入作业系统：

到这裡是系统检测的部分，接下来BIOS便开始

寻找开机装置，使用者可以透过在BIOS的设定

来决定搜寻顺序，目前常见的开机设备至少包含

FDD、HDD以及光碟机和USB开机装置等多

项。

找到开机装置后，BIOS将会搜寻开机讯息以进

行作业系统的开机过程。如果是找到了一个灌好

OS的硬碟，它将会寻找位在硬碟第0面，第0

轨，第1磁区裡的MasterBootRecord（主

要开机磁区）。如果它找到的是FDD，也会读

取软碟的第1磁区。再把读取到的资料放在记忆

体7C00h的位置，跳到那裡并且执行它。自此

才开始进入OS啟动阶段。

UEFIBIOS系统的开机流程

同样是进行电脑系统的开机，由於UEFIBIOS

是遵循UEFI论坛的规范定义下开发的，所以

UEFI的开机流程会像下图一般：

阶段：

SEC（安全性）阶段其主要的特色為「cacheas

RAM」，即处理器的快取当成记忆体。由於C

语言需要使用堆叠，在这个阶段的系统记忆体尚

未被初始化，在没有记忆体可用的情况下，便把

处理器的快取当成记忆体来使用，在主记忆体被

初始化之前来进行预先验证CPU／晶片组及主

机板。

因為这时侯没有快取，会导致处理器的效能变得

较差，所以在记忆体初始化完毕之前，SEC和

PEI阶段的程式码越简短，越能减少这个副作

用。

阶段：

和传统BIOS的初始化阶段类似，PEI（EFI前

初始化）阶段是用以唤醒CPU及记忆体初始化。

这时候只起始了一小部分的记忆体。同时，晶片

组和主机板也开始初始化。接下来的服务程式会

确定CPU晶片组被正确的初始化，在此时，EFI

驱动程式派送器将载入EFI驱动程式记忆体，进

入了起始所有记忆体的DXE阶段（驱动程式执

行环境）。

阶段：

DXE的主要功能在於沟通EFI驱动程式及硬体。

也就是说此阶段所有的记忆体、CPU（在此是指

实体两个或以上的非核心数目，也就是双CPU

插槽处理器甚至是四CPU插槽处理器）、PCI、

USB、SATA和Shell都会被初始化。

阶段：

在BDS（开机设备选择）这个阶段，使用者就

可以自开机管理者程式页面，选择要从哪个侦测

到的开机设备来啟动。

阶段：

然后进入TSL（短暂系统载入）阶段，由作业系

统接手开机。除此之外，也可以在BDS阶段选

择UEFIShell，让系统进入简单的命令列，进

行基本诊断和维护。

传统BIOS哪裡不好？

在继续探讨何谓UEFIBIOS之前，先来看看传

统BIOS有哪些问题，让Intel决心带头推出

UEFIBIOS。

1.过时的16位元模式

在x86系列CPU进入32位元的时代，為了相

容性考量，当时最新的80386CPU保留了16

位元的执行方式，即真实模式（realmode）。

在后来多次的CPU改朝换代中都保留了这种执

行方式，甚至在含有EM64T的Xeon系列CPU

中，供电到CPU啟动时仍然会切换到16位元

的真实模式下执行。

也就是说，虽然各大BIOS厂商為了配合潮流演

进，将许多新功能新元素添加到產品中，但

BIOS在本质上没有任何改变。迫使Intel在开

发更新的CPU时，都必须加进会使效能大大降

低的相容模式。

2.只有1MB定址空间

各位读者如果有注意传统BIOS开机，在POST

完毕后萤幕上打出的系统摘要表，会发现记忆体

栏位标示著「BaseMemory=640KB」。加上

前一篇提到的384KBUMA（这裡的记忆体不会

列入BaseMemory），就是所谓1MB可定址

记忆体空间。

会造成这项限制，主要还是真实模式的副作用。

16位元的CPU，其定址能力為20条定址线所

能处理的2^20位元组（Bytes），也就是1024

千位元组（KB）。换句话说，在进入OS之前

的开机阶段，即使安装了高达4GB的记忆体，

绝大部分都无法使用。

3.组合语言难维护

假设某天你买了一张高阶工作站主机板，再装上

一张SCSI或SAS的磁碟阵列卡，竟然发现安

装后你的主机板开机开不下去，然后显示「Not

enoughspacetocopyPCIoptionROM」或

「OptionROMmemoryspaceexhausted」

警告字串。然后本来你那雀跃快乐的心情消失

了，取而代之的是「归LP火」熊熊燃烧著。

当你打电话给阵列卡商，电话那头的死公务员声音说著：「你要不要问问主机板厂有没有新的

BIOS？」。好不容易找上主机板厂商客服问：

「你们有没有办法解决？」然后，你和主机板

BIOS工程师之间的攻防就此展开。

对板卡厂的BIOS工程师而言，除非刚好有下单

下很大的客户遇到类似相关问题，否则很有可能

就是不了了之。你只好趁购买七天内退掉那张阵

列卡，不然就是再找一张可以正常搭配的主机

板。

由於传统BIOS是用组合语言编写的，而软体界

早就已经是C/C++高阶语言甚至是.NET满天

飞，為了相对难找的人才（组合语言高手相对少，

要BIOS真正写得好的更是少数）来减缓新產品

上市的速度，不管是消费者或厂商都无法接受。

此时UEFIBIOS标準化和模组化的特徵，便可

加速產品推出和减少debug的时间。另外C语

言写的UEFIBIOS体积也会变大，连带使储存

BIOS的EEPROM需要扩增。

别忘了，这也是Intel的势力范围，如果EFI

BIOS推广成功，板卡厂就得多採购一颗晶片。

▲由於传统BIOS的先天侷限，有时候磁碟阵

列卡就是装不上去。

4.十年不变的程式码

上述三大问题是以开发厂商的角度来观察。其他

隐而不现的部分，则包含了功能的侷限性和对使

用者不够友善的操作介面。对照现今的视窗介面

作业系统，传统BIOS以文字介面為主且充满著

火星文，加上除了单纯的开机，作為仲介硬体初

始化和作业系统的功能外实在阳春的可怜。

在开发ItaniumCPU之际，业界大魔王Intel

实在不想再受制於这些顾虑。试想，既然这是一

个新生的CPU架构，那系统韧体和作业系统之

间的介面就顺便一起重新定义。

并且这一次，Intel為了让以后各种新的规格和

技术可以快速导入，严格定义这个传统BIOS接

班人必须具有扩展弹性，而且採取标準化的韧体

介面规范，以避免发生传统BIOS的IBV程式

码更新太被动的问题。

笔者不是开玩笑，业界之前盛传一句话，如果

AwardBIOS当时（IntelPentium处理器时

代）没有华硕，那肯定没有后来功能齐全的

BIOS程式编码。传统BIOS静态连结，缺乏远

见且叠床架屋，而几乎全基於经验和约定的见招

拆招。所以才有2000年开发出来所谓的EFI

（ExtensibleFirmwareInterface；可扩展

韧体介面）技术作為工业标準规格，定义了一个

驱动介面，用以沟通硬体／韧体和作业系统。

UEFI的版本发展

最初制定的EFI版本2000年12月的1.02版。

在2002年的12月又释出了加入EFI驱动程式

模型的1.10版。於2005年，Intel将此规格

提供给负责UEFI开发和推广的UEFI论坛。為

了反映这点，EFI也被更名為UEFI。在大部分

的文件资料中，EFI和UEFI讲的是一样的东西。

UEFI论坛在2007年1月释出2.1版的规范。

目前最新公开的版本就是2009年5月发佈的

2.3版。概括而论，凡依照UEFI论坛规范，使

用C语言写作的BIOS即為UEFIBIOS。

UEFI论坛成员类别

IBV（独立BIOS厂商）AMI、Insyde、Phoenix

IHV（独立硬体厂商）AMD、Apple、Dell、

HP、

IBM、Intel、联想

ISV（独立软体厂商）微软

UEFIBIOS哪裡好？

UEFI是藉由UEFI论坛制定的严谨规范来达成

标準化，并用模组化之C语言方式的参数堆叠传

递，藉由动态连结形式所建构出来的系统，相较

於使用组合语言的传统BIOS更易於实作，在容

错和错误更正的表现上更加优良，更好开发。

UEFI是以32或64位元CPU保护模式执行（也

称為FlatMode），突破传统16位元代码的定

址能力，可达到CPU的最大定址空间。

1.定址空间更弹性

UEFIBIOS利用载入EFIdriver的形式，来进

行硬体的辨识／控制及系统资源掌控。

传统BIOS是以真实模式中断向量的方式增加

硬体功能。它要将一段类似於驱动程式的16位

元代码，放置在记忆体0x000C0000至

0x000DFFFF之间。这段记忆体空间有限

（128KB），因此，当必须放置的optionROM

超过128KB时，传统BIOS便无能為力。

很多时候传统BIOS的工程师為了解决这类问

题，像刚刚提到的介面卡BIOS容量过大，便要

想办法利用可能的排列组合硬挤出空间来放驱

动代码。而重组过程有时不小心造成一些副作

用，例如才刚解决的bug，重组后又再发生！也

就是说，UEFIBIOS可以更有系统的分配储存

空间，避免使用强制定址。

2.什麼系统都能用

另外，传统BIOS的硬体服务程式都是以16位

元代码的形式存在，在增强模式下执行的作业系

统想存取这些服务会有困难。因此BIOS提供的

服务在现实中只能提供给MS-DOS之类的系统

用。

相对的，UEFI系统下的驱动并不是可以直接在

CPU执行的代码，而是用EBC（EFIByte

Code）这种专用於EFIdriver的虚拟机器指令，

该指令必须在UEFI的DXE阶段被解压缩后翻

译执行。

如此便有更佳的向下相容性，因為EFIdriver

是弹性的驱动程式模组架构，可不断的扩充驱动

程式及介面，不用重新编写，所以就无需考虑因

系统升级所衍生的相容性因素。

3.开发维护更容易

加上EFIdriver开发简单，所有的PC零组件

厂商都可以参与，就像现代作业系统的开发模

式，这样的模式曾使Windows系统短短几年就

变得无比强大。有了EFIdriver，也可以让显示

卡在开机阶段就载入某种程度的功能，进而可以

把传统文字介面為主的BIOS转成图形介面。

4.精简系统用途大

最后还有EFIShell，这是个精简的作业系统，

可以让使用者进行BIOS的更新、系统诊断、安

装特定软体。有了UEFIBIOS甚至可以播放CD

和DVD而不需完全载入OS，EFIdriver可以

被载入或卸载，连TCP/IP核心程式都可以使

用。基於EFI的drivermodel可使UEFI系统

接触到所有的硬体功能，在进入作业系统之前瀏

览网站不再是天方夜谭，甚至实作起来也非常简

单。总之，对使用者而言，多了一个方便的环境

以及华丽的图形介面，是最明显的好处。

传统OS重点差异

BIOS种类传统BIOSUEFIBIOS

程式语言组合语言C语言

资源控制中断向量

写死的记忆体存取

写死的输出／输入存取驱动程式／协定

处理器运行环境X8616位元CPU保护模式

扩充方式接合中断向量载入驱动程式

第三方IHV和ISV支援性较差较佳且可以支

援多平台

图形化能力较差较佳

内建简化的作业系统前环境无有

有谁在用UEFI？

UEFI支援必须藉由软硬体的相互合作来达成，

我们来看看目前市面上流通的產品中，哪些已经

採用了UEFI。

支援UEFI的硬体

1.2006年，苹果电脑推出第一台使用Intel处

理器架构的麦金塔电脑。从此开始用EFI/UEFI

framework，而非以往搭载IBMPowerPC处

理器的麦金塔电脑用的、发源於Sun

Microsystems（昇阳电脑公司）的Open

Firmware。

▲目前新版的MacOSX都已经支援UEFI。

自家的行动型、桌上型和伺服器电脑主

机板自2006年起开始全面转换為EFI/UEFI

BIOS。例如从945系列晶片组开始，Intel的

主机板就已经使用了该framework。

3.此外，2008年开始，许多64位元电脑系统

也正式支援EFI/UEFIBIOS。如IBM的x3450

伺服器、微星科技具备ClickBIOS的主机板（包

括下一篇介绍的EFINITY主机板）、HP笔记

型电脑EliteBook系列和平板电脑、HP

Compaq笔记型电脑较新的机种。

▲微软到了WindowsServer2008才开始支

援UEFI。

支援UEFI的作业系统

1.早在2000年，Linux作业系统便可以支援

EFI，当时是eliloEFIbootloader（开机载体），

演化至今是EFI版本的grub。

2.苹果电脑到了MacOSX10.4（代号Tiger）

的Intel版便可以支援EFI。

3.2002年微软给ItaniumCPU使用的Windows2000AdvancedServerLimited

Edition及DatacenterServerLimited

Edition版支援了EFIv1.10规范。后来的

WindowsServer2003forIA-64版和

WindowsXP64-bit版本也支援EFI。至於

UEFI的支援是从WindowsServer2008和

VistaSP1的64位元版本开始，包括Windows

7也只有64位元版完整支援UEFI。

▲Intel自家的D945PSN主机板。

综上所述：

BIOS开机：上电---初始化---自检---载入开机

程式---开机；

UEFI开机：上电先加载EFI微型操作系统；应

用软件，驱动程序，硬件构成；最后加载作业系

统windows；

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