UEFI：为什么它能够替代BIOS成为新的标准？

引言

在谈论计算机的启动过程时，你可能听说过BIOS（基本输入输出系统）。这是一种固化到计算机中的程序，用于启动计算机，加载操作系统。然而，随着技术的发展，BIOS的局限性开始显现，特别是其缺乏扩展性的问题。于是，英特尔提出了一个新的概念，那就是UEFI，全称是统一的可扩展固件接口（Unified Extensible Firmware Interface）。那么，UEFI究竟是什么呢？我们为什么需要它？又是如何工作的呢？这就是本文要探讨的问题。

为什么需要UEFI？

在早期的计算机系统中，英特尔的8086处理器工作在1M实模式下，也就是说，它最多只能访问1MB的内存。这个限制主要是由于8086处理器的地址总线宽度只有20位，最多只能寻址到2的20次方，也就是1MB的内存。

然而，随着技术的发展，计算机的内存容量已经远远超过了1MB。新的处理器也能够访问更大的内存空间。但是，由于传统的BIOS仍然基于8086的1M实模式，这就意味着新的处理器在启动过程中，必须首先进入1M实模式，然后再切换到保护模式或者长模式，才能访问更大的内存空间。

这个过程不仅复杂，而且也会浪费处理器的性能。因为处理器在启动过程中，必须在不同的模式之间切换，这就像是一辆跑车在高速公路上却只能以慢速行驶，显然是对性能的一种浪费。

此外，由于BIOS是固定的，缺乏文档，完全基于经验和晦涩约定的一个事实标准，这就导致了其扩展性非常不好。例如，BIOS不能直接支持新的硬件设备，每当需要支持新的硬件设备时，都必须更新BIOS。而且，由于缺乏标准，不同的BIOS可能会有不同的实现方式，这就使得硬件制造商需要为不同的BIOS提供不同的驱动程序，增加了开发的复杂性。因此，英特尔提出了EFI（可扩展固件接口），并逐渐发展为UEFI。

可以这么理解，如果说BIOS是一部老旧的黑白电视，那么UEFI就像是一台智能彩电。它不仅具备了播放电视节目的基本功能，还能够接入网络，播放网络视频，甚至还能安装各种应用，功能强大，扩展性极强。

UEFI是如何工作的？

UEFI的工作过程可以分为几个阶段，每个阶段都有其特定的任务和功能。

1. 开机阶段（Security阶段） ：当你按下电源按钮，计算机开始工作，这就好比电影开始拍摄。UEFI在这个阶段会把处理器从最初的简单模式切换到更复杂的模式，同时还会为接下来的工作做一些基本的准备。
2. 硬件初始化阶段（PEI阶段） ：在这个阶段，UEFI会检查并初始化计算机的硬件，包括CPU、内存、硬盘等，就像导演在拍电影之前需要检查摄影机、灯光、道具等。
3. 驱动加载阶段（DXE阶段） ：这个阶段，UEFI会找到并加载需要的驱动程序，这些驱动程序就像电影中的演员，每个都有自己的角色和任务。
4. 启动设备选择阶段（BDS阶段） ：在这个阶段，UEFI会列出所有可用的启动设备，让你选择从哪个设备启动操作系统，就像导演在电影中选择合适的场景。
5. 操作系统预加载阶段（TSL阶段） ：在这个阶段，UEFI会为操作系统的加载做好准备，这就像导演在拍摄前做最后的准备工作。
6. 操作系统加载阶段（RT阶段） ：这个阶段，UEFI会把控制权交给操作系统，然后操作系统开始加载，就像电影开始正式拍摄。
7. 错误处理阶段（AL阶段） ：如果在启动过程中出现了严重的错误，UEFI会提供错误处理和恢复机制，就像电影拍摄过程中，如果出现了问题，导演需要找到解决办法，确保电影能够顺利拍摄完成。

UEFI与BIOS的区别

UEFI和BIOS在许多方面都存在着明显的区别。

首先，UEFI是一个标准平台，接口开放，厂家可以编写符合UEFI标准的驱动来拓展UEFI的能力，因此其扩展性极强。而传统的BIOS则不统一，封闭的，具体某个BIOS是由单个公司负责的模块。因此其规模、扩展性等都有很大限制。

其次，UEFI的99%是用C语言编写的，更像软件。而BIOS则是用汇编语言写的，更接近硬件。

再次，UEFI的基础程序在主板ROM，磁盘上的EFI系统分区可以存储更多内容。而BIOS的所有的程序和数据都在主板ROM。

此外，UEFI从文件系统（FAT格式）读取\efi\boot\bootx64.efi文件，启动这个程序，让此程序做想做的事。而BIOS从硬盘分区读取MBR（第一个扇区的前512个字节）交给CPU执行，做MBR想做的事。

最后，UEFI还有许多其他的优点，比如没有1M情节，可以通过GPT分区格式使用超过2TB的磁盘分区，有图形界面，交互体验好，可以实现安全引导，可以在UEFI UI界面和用户操作系统中更改启动配置等。而BIOS则在这些方面都做不到。

结论

总的来说，UEFI是一种全新的计算机启动方式，它弥补了BIOS的许多不足，具有更强的扩展性和更好的用户体验。随着技术的发展，UEFI将越来越广泛地应用于各种计算机系统中。

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作者：萤火架构
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来源：稀土掘金
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