和老BIOS說永別 EFI BIOS技術解析_BIOS故障

　　BIOS，幾乎和PC有著同樣的壽命，當年康柏第一台“克隆”PC誕生的時候，它為了簡化啟動的設置，引入了固化程序的概念，在啟動時負責將PC初始化，然後再將控制權交給磁盤上的操作系統。而今天，“康柏”這個品牌已經消失，而BIOS卻作為無心插柳柳成蔭之作，延續至今。BIOS伴隨了我們十幾年，在這麼長的日子裡，硬件升了一代又一代，電腦換了一台又一台，唯一不變的，就是BIOS。BIOS默默伴隨著我們這幫從剛學會打ABCD的毛頭孩子長大成人，當我們都變了，它卻還是它最初的模樣。

　　風華已去，佳人已老，BIOS在十幾年的守護中，一步步逐漸落後於硬件的發展，趨於落寞，垂垂老暮。BIOS在PC啟動時，將PC初始化，然後控制權交給磁盤上的操作系統，在後面的階段，用戶的感覺是在通過操作系統直接和硬件對話，可實際上，操作系統想要與硬件進行溝通，仍然必須通過BIOS。下面就由學習啦小編為大家介紹bios從舊到新的發展歷程吧。

　　我們熟悉的BIOS操作界面

　　BIOS的全稱是Basic Input/Output System，中文名是基本輸入輸出系統。BIOS即是操作系統和計算機硬件之間通訊的橋梁，更是充當翻譯的角色，從DOS時代起，微軟的操作系統一直都是建立在“中斷”這個概念上的，程序的切換依靠中斷，系統的開關依靠中斷，甚至我們按下了機箱上“Reset”鍵強制重啟電腦，也還是中斷在後台的作用。為了延續整套的16位中斷系統，無論是CPU開發還是軟件升級，都得考慮中斷模式。

　　在x86系列處理器進入32位時代後，由於兼容性的原因，新的處理器保留了16位的運行方式，此後多次處理器的升級換代都保留了這種運行方式。甚至在含64位擴展技術的至強系列處理器中，處理器加電啟動時仍然會切換到16位的實模式下運行。BIOS程序以16位匯編代碼、寄存器參數調用方式、靜態鏈接以及1MB以下內存固定編址的形式存在了十幾年，雖然各大BIOS廠商近年來努力得對其進行改進，加入了許多新元素到產品中，如ACPI、USB支持等，但BIOS的根本性質沒有得到任何改變，16位的運行工作環境是其最為致命的缺點。

　　現有的BIOS不但在工作方式存在令人不滿之處，在工作能力上，也令人頗有微詞。BIOS發展到現在，用來存放BIOS程序的芯片最大不過2Mb，換成實際字節就是256KB，面對這個數值，即使你想為BIOS編寫一些新的功能，BIOS芯片中也不會有足夠的空間讓你寫入。這也是BIOS這十幾年來一直停滯不前的原因之一。

　　所以BIOS經過了這些年的輝煌期，已經逐漸脫離了時代的發展，成為了PC功能和性能進一步提升的瓶頸，只有尋求BIOS的接任者。而BIOS，必將在璀璨光環的環繞中，落下帷幕，成為歷史的記錄。

　　EFI接過接力棒

　　EFI的英文全稱是Extensible Firmware Interface，中文名是可擴展固件接口，早在2006年的上半年，Intel曾經在IDF上進行過EFI的演示。要使用EFI系統，必須主板和操作系統都支持EFI功能，目前支持EFI功能的操作系統有Mac OS X、Vista和Server 2003。

　　EFI在開機時的作用和BIOS一樣，就是初始化PC，但在細節上卻又不一樣。BIOS對PC的初始化，只是按照一定的順序對硬件通電，簡單地檢查硬件是否能工作，而EFI不但檢查硬件的完好性，還會加載硬件在EFI中的驅動程序，不用操作系統負責驅動的加載工作。 EFI的最革命之處，是顛覆了BIOS的界面概念，讓操作界面和Windows一樣易於上手。在EFI的操作界面中，鼠標成為了替代鍵盤的輸入工具，各功能調節的模塊也做的和Windows程序一樣，可以說，EFI就是一個小型化的Windows系統。

　　對於操作系統來說，如果主板使用的是BIOS，那麼操作系統就必須面對所有的硬件，大到主板顯卡，小到鼠標鍵盤，每次重裝系統或者系統升級，都必須手動安裝新的驅動，否則硬件很可能無法正常工作。而基於EFI的主板則方便很多，因為EFI架構使用的驅動基於EFI Byte Code。EFI Byte Code有些類似於Java的中間代碼，並不由CPU直接執行操作，而是需要EFI層進行翻譯。對於不同的操作系統來說，EFI將硬件層很好地保護了起來，所有操作系統看到的，都只是EFI留給EFI Byte Code的程序接口，而EFI Byte Code又直接和Windows的API聯系，這就意味著無論操作系統是Windows還是Linux，只要有EFI Byte Code支持，只需要一份驅動程序就能吃遍所有操作系統平台。

　　更為神奇的是，EFI Byte Code驅動還能繞過操作系統，直接安裝在EFI環境中，這樣對硬件的控制就由EFI層負責，EFI向操作系統直接提供硬件操作的接口，不需要操作系統再調用驅動。這種方式的優點是不需要進入操作系統，只需要進入EFI界面，更新驅動程序就可以完成，而且不需要對每一個操作系統進行驅動升級，只要EFI界面中升級一次，所有上層的操作系統都可以直接調用新的EFI接口。

　　EFI在開機之始就能夠驅動所有的硬件，網絡當然也不會例外，所以在EFI的操作界面中，程序可以直接連接上互聯網，向外界求助操作系統的維修信息或者在線升級驅動程序。

　　更方便的編程方式

　　有人會問：既然EFI功能那麼強大，那它存放在什麼地方?是存放在原來的BIOS芯片中嗎?答案當然是No。BIOS芯片只有256KB，遠遠不夠EFI使用。EFI是以小型磁盤分區的形式存放在硬盤上的。EFI的安裝，必須在支持EFI功能的主板上，使用光驅引導系統，然後對磁盤進行EFI化的處理，這個處理的過程，主要就是劃分EFI獨用的磁盤空間。

　　EFI的存儲空間大約為50MB到100MB，具體視驅動文件多少而定。在這部分空間中，包含以下幾個部分：

　　1. Pre-EFI初始化模塊

　　2. EFI驅動執行環境

　　3. EFI驅動程序

　　4. 兼容性支持模塊(CSM)

　　5. EFI高層應用

　　6. GUID 磁盤分區

　　在實現中，EFI初始化模塊和驅動執行環境通常被集成在一個只讀存儲器中。Pre-EFI初始化程序在系統開機的時候最先得到執行，它負責最初的CPU、北橋、南橋、內存和硬盤的初始化工作，緊接著載入EFI驅動。當EFI驅動程序被載入運行後，系統便具有控制所有硬件的能力。在EFI規范中，一種突破傳統MBR磁盤分區結構限制的GUID磁盤分區系統(GPT)被引入，新結構中，磁盤的分區數不再受限制(在MBR結構下，只能存在4個主分區)，並且分區類型將由GUID來表示。在眾多的分區類型中，EFI系統分區可以被EFI系統存取，用於存放部分驅動和應用程序。CSM是在x86平台EFI系統中的一個特殊的模塊，它將為不具備EFI引導能力的操作系統提供類似於傳統BIOS的系統服務。

　　由於EFI驅動開發簡單，所有的硬件廠商都可以參與，為自家的硬件定制最為合適的驅動。基於EFI的驅動模型可以使EFI系統接觸到所有的硬件功能，不進入操作操作系統就浏覽網站不再是天方夜譚，甚至實現起來也非常簡單。這對基於傳統BIOS的系統來說是件不可能的任務，在BIOS中添加幾個簡單的USB設備支持都曾使很多BIOS設計師痛苦萬分，更何況除了添加對無數網絡硬件的支持外，還得憑空構建一個16位模式下的TCP/IP協議。

　　EFI是否固若金湯？
　　很多人擔心EFI這種開放的模式將會導致新的安全隱患，因為EFI系統比傳統的BIOS更易於受到計算機病毒的攻擊，當一部分EFI驅動程序被破壞時，系統有可能面臨無法引導的情況。實際上，系統引導所依賴的EFI驅動部分通常都不會存放在EFI的GUID分區中，即使分區中的驅動程序遭到破壞，也可以用簡單的方法得到恢復，因為只讀芯片中的EFI代碼足夠用來引導計算機從光驅啟動，此時插入EFI的安裝盤，對EFI的系統存儲區域進行修復或者覆蓋安裝，就能將PC恢復到正常。而且這個修復過程對操作系統來說，等於是從兩台配置一模一樣配置機器中的一台轉移到另一台，並不會出現需要重新識別硬件的情況。 EFI在概念上非常類似於一個低等級的操作系統，並且具有操控所有硬件資源的能力。不少人感覺它的不斷發展將有可能代替現代的操作系統。事實上，EFI的締造者們在第一版規范出台時就將EFI的能力限制於不足以威脅操作系統的統治地位。首先，它只是硬件和操作系統間的接口規范;其次，EFI環境下不提供中斷的訪問機制，也就是說每個EFI驅動程序必須用輪詢的方式來檢查硬件狀態，並且需要以解釋的方式運行，較操作系統下的驅動效率低得多;第三，EFI系統不提供復雜的存儲器保護功能，它只具備簡單的存儲器管理機制，具體來說就是指運行在x86處理器的段保護模式下，以最大尋址能力為限把存儲器分為一個平坦的段，所有的程序都有權限存取任何一段位置，並不提供真實的保護服務。

　　EFI的命令行控制模式

　　EFI的設計架構中，一旦引導軟件將控制權交給操作系統，所有用於引導的服務代碼將全部停止工作，部分運行時代服務程序還可以繼續工作，以便於操作系統一時無法找到特定設備的驅動程序時，該設備還可以繼續被使用。EFI的程序只限於類似Java偽執行文件的能力，並沒有直接訪問磁盤所有資源的能力，而且在進入操作系統後的大多數情況下，EFI部分的代碼都進