和老BIOS說永別EFI BIOS技術(shù)解析

　　BIOS，幾乎和PC有著同樣的壽命，當(dāng)年康柏第一臺(tái)“克隆”PC誕生的時(shí)候，它為了簡(jiǎn)化啟動(dòng)的設(shè)置，引入了固化程序的概念，在啟動(dòng)時(shí)負(fù)責(zé)將PC初始化，然后再將控制權(quán)交給磁盤上的操作系統(tǒng)。而今天，“康柏”這個(gè)品牌已經(jīng)消失，而BIOS卻作為無心插柳柳成蔭之作，延續(xù)至今。BIOS伴隨了我們十幾年，在這么長(zhǎng)的日子里，硬件升了一代又一代，電腦換了一臺(tái)又一臺(tái)，唯一不變的，就是BIOS。BIOS默默伴隨著我們這幫從剛學(xué)會(huì)打ABCD的毛頭孩子長(zhǎng)大成人，當(dāng)我們都變了，它卻還是它最初的模樣。

　　風(fēng)華已去，佳人已老，BIOS在十幾年的守護(hù)中，一步步逐漸落后于硬件的發(fā)展，趨于落寞，垂垂老暮。BIOS在PC啟動(dòng)時(shí)，將PC初始化，然后控制權(quán)交給磁盤上的操作系統(tǒng)，在后面的階段，用戶的感覺是在通過操作系統(tǒng)直接和硬件對(duì)話，可實(shí)際上，操作系統(tǒng)想要與硬件進(jìn)行溝通，仍然必須通過BIOS。下面就由學(xué)習(xí)啦小編為大家介紹bios從舊到新的發(fā)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(tǒng)。BIOS即是操作系統(tǒng)和計(jì)算機(jī)硬件之間通訊的橋梁，更是充當(dāng)翻譯的角色，從DOS時(shí)代起，微軟的操作系統(tǒng)一直都是建立在“中斷”這個(gè)概念上的，程序的切換依靠中斷，系統(tǒng)的開關(guān)依靠中斷，甚至我們按下了機(jī)箱上“Reset”鍵強(qiáng)制重啟電腦，也還是中斷在后臺(tái)的作用。為了延續(xù)整套的16位中斷系統(tǒng)，無論是CPU開發(fā)還是軟件升級(jí)，都得考慮中斷模式。

　　在x86系列處理器進(jìn)入32位時(shí)代后，由于兼容性的原因，新的處理器保留了16位的運(yùn)行方式，此后多次處理器的升級(jí)換代都保留了這種運(yùn)行方式。甚至在含64位擴(kuò)展技術(shù)的至強(qiáng)系列處理器中，處理器加電啟動(dòng)時(shí)仍然會(huì)切換到16位的實(shí)模式下運(yùn)行。BIOS程序以16位匯編代碼、寄存器參數(shù)調(diào)用方式、靜態(tài)鏈接以及1MB以下內(nèi)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(duì)其進(jìn)行改進(jìn)，加入了許多新元素到產(chǎn)品中，如ACPI、USB支持等，但BIOS的根本性質(zhì)沒有得到任何改變，16位的運(yùn)行工作環(huán)境是其最為致命的缺點(diǎn)。

　　現(xiàn)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(fā)展到現(xiàn)在，用來存放BIOS程序的芯片最大不過2Mb，換成實(shí)際字節(jié)就是256KB，面對(duì)這個(gè)數(shù)值，即使你想為BIOS編寫一些新的功能，BIOS芯片中也不會(huì)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(jīng)過了這些年的輝煌期，已經(jīng)逐漸脫離了時(shí)代的發(fā)展，成為了PC功能和性能進(jìn)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(huán)的環(huán)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(kuò)展固件接口，早在2006年的上半年，Intel曾經(jīng)在IDF上進(jìn)行過EFI的演示。要使用EFI系統(tǒng)，必須主板和操作系統(tǒng)都支持EFI功能，目前支持EFI功能的操作系統(tǒng)有Mac OS X、Vista和Server 2003。

　　EFI在開機(jī)時(shí)的作用和BIOS一樣，就是初始化PC，但在細(xì)節(jié)上卻又不一樣。BIOS對(duì)PC的初始化，只是按照一定的順序?qū)τ布姡?jiǎn)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(huì)加載硬件在EFI中的驅(qū)動(dòng)程序，不用操作系統(tǒng)負(fù)責(zé)驅(qū)動(dòng)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一樣易于上手。在EFI的操作界面中，鼠標(biāo)成為了替代鍵盤的輸入工具，各功能調(diào)節(jié)的模塊也做的和Windows程序一樣，可以說，EFI就是一個(gè)小型化的Windows系統(tǒng)。

　　對(duì)于操作系統(tǒng)來說，如果主板使用的是BIOS，那么操作系統(tǒng)就必須面對(duì)所有的硬件，大到主板顯卡，小到鼠標(biāo)鍵盤，每次重裝系統(tǒng)或者系統(tǒng)升級(jí)，都必須手動(dòng)安裝新的驅(qū)動(dòng)，否則硬件很可能無法正常工作。而基于EFI的主板則方便很多，因?yàn)镋FI架構(gòu)使用的驅(qū)動(dòng)基于EFI Byte Code。EFI Byte Code有些類似于Java的中間代碼，并不由CPU直接執(zhí)行操作，而是需要EFI層進(jìn)行翻譯。對(duì)于不同的操作系統(tǒng)來說，EFI將硬件層很好地保護(hù)了起來，所有操作系統(tǒng)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(lián)系，這就意味著無論操作系統(tǒng)是Windows還是Linux，只要有EFI Byte Code支持，只需要一份驅(qū)動(dòng)程序就能吃遍所有操作系統(tǒng)平臺(tái)。

　　更為神奇的是，EFI Byte Code驅(qū)動(dòng)還能繞過操作系統(tǒng)，直接安裝在EFI環(huán)境中，這樣對(duì)硬件的控制就由EFI層負(fù)責(zé)，EFI向操作系統(tǒng)直接提供硬件操作的接口，不需要操作系統(tǒng)再調(diào)用驅(qū)動(dòng)。這種方式的優(yōu)點(diǎn)是不需要進(jìn)入操作系統(tǒng)，只需要進(jìn)入EFI界面，更新驅(qū)動(dòng)程序就可以完成，而且不需要對(duì)每一個(gè)操作系統(tǒng)進(jìn)行驅(qū)動(dòng)升級(jí)，只要EFI界面中升級(jí)一次，所有上層的操作系統(tǒng)都可以直接調(diào)用新的EFI接口。

　　EFI在開機(jī)之始就能夠驅(qū)動(dòng)所有的硬件，網(wǎng)絡(luò)當(dāng)然也不會(huì)例外，所以在EFI的操作界面中，程序可以直接連接上互聯(lián)網(wǎng)，向外界求助操作系統(tǒng)的維修信息或者在線升級(jí)驅(qū)動(dòng)程序。

　　更方便的編程方式

　　有人會(huì)問：既然EFI功能那么強(qiáng)大，那它存放在什么地方?是存放在原來的BIOS芯片中嗎?答案當(dāng)然是No。BIOS芯片只有256KB，遠(yuǎn)遠(yuǎn)不夠EFI使用。EFI是以小型磁盤分區(qū)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(qū)引導(dǎo)系統(tǒng)，然后對(duì)磁盤進(jìn)行EFI化的處理，這個(gè)處理的過程，主要就是劃分EFI獨(dú)用的磁盤空間。

　　EFI的存儲(chǔ)空間大約為50MB到100MB，具體視驅(qū)動(dòng)文件多少而定。在這部分空間中，包含以下幾個(gè)部分：

　　1. Pre-EFI初始化模塊

　　2. EFI驅(qū)動(dòng)執(zhí)行環(huán)境

　　3. EFI驅(qū)動(dòng)程序

　　4. 兼容性支持模塊(CSM)

　　5. EFI高層應(yīng)用

　　6. GUID 磁盤分區(qū)

　　在實(shí)現(xiàn)中，EFI初始化模塊和驅(qū)動(dòng)執(zhí)行環(huán)境通常被集成在一個(gè)只讀存儲(chǔ)器中。Pre-EFI初始化程序在系統(tǒng)開機(jī)的時(shí)候最先得到執(zhí)行，它負(fù)責(zé)最初的CPU、北橋、南橋、內(nèi)存和硬盤的初始化工作，緊接著載入EFI驅(qū)動(dòng)。當(dāng)EFI驅(qū)動(dòng)程序被載入運(yùn)行后，系統(tǒng)便具有控制所有硬件的能力。在EFI規(guī)范中，一種突破傳統(tǒng)MBR磁盤分區(qū)結(jié)構(gòu)限制的GUID磁盤分區(qū)系統(tǒng)(GPT)被引入，新結(jié)構(gòu)中，磁盤的分區(qū)數(shù)不再受限制(在MBR結(jié)構(gòu)下，只能存在4個(gè)主分區(qū))，并且分區(qū)類型將由GUID來表示。在眾多的分區(qū)類型中，EFI系統(tǒng)分區(qū)可以被EFI系統(tǒng)存取，用于存放部分驅(qū)動(dòng)和應(yīng)用程序。CSM是在x86平臺(tái)EFI系統(tǒng)中的一個(gè)特殊的模塊，它將為不具備EFI引導(dǎo)能力的操作系統(tǒng)提供類似于傳統(tǒng)BIOS的系統(tǒng)服務(wù)。

　　由于EFI驅(qū)動(dòng)開發(fā)簡(jiǎn)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(qū)動(dòng)。基于EFI的驅(qū)動(dòng)模型可以使EFI系統(tǒng)接觸到所有的硬件功能，不進(jìn)入操作操作系統(tǒng)就瀏覽網(wǎng)站不再是天方夜譚，甚至實(shí)現(xiàn)起來也非常簡(jiǎn)單。這對(duì)基于傳統(tǒng)BIOS的系統(tǒng)來說是件不可能的任務(wù)，在BIOS中添加幾個(gè)簡(jiǎn)單的USB設(shè)備支持都曾使很多BIOS設(shè)計(jì)師痛苦萬分，更何況除了添加對(duì)無數(shù)網(wǎng)絡(luò)硬件的支持外，還得憑空構(gòu)建一個(gè)16位模式下的TCP/IP協(xié)議。

　　EFI是否固若金湯？
　　很多人擔(dān)心EFI這種開放的模式將會(huì)導(dǎo)致新的安全隱患，因?yàn)镋FI系統(tǒng)比傳統(tǒng)的BIOS更易于受到計(jì)算機(jī)病毒的攻擊，當(dāng)一部分EFI驅(qū)動(dòng)程序被破壞時(shí)，系統(tǒng)有可能面臨無法引導(dǎo)的情況。實(shí)際上，系統(tǒng)引導(dǎo)所依賴的EFI驅(qū)動(dòng)部分通常都不會(huì)存放在EFI的GUID分區(qū)中，即使分區(qū)中的驅(qū)動(dòng)程序遭到破壞，也可以用簡(jiǎn)單的方法得到恢復(fù)，因?yàn)橹蛔x芯片中的EFI代碼足夠用來引導(dǎo)計(jì)算機(jī)從光驅(qū)啟動(dòng)，此時(shí)插入EFI的安裝盤，對(duì)EFI的系統(tǒng)存儲(chǔ)區(qū)域進(jìn)行修復(fù)或者覆蓋安裝，就能將PC恢復(fù)到正常。而且這個(gè)修復(fù)過程對(duì)操作系統(tǒng)來說，等于是從兩臺(tái)配置一模一樣配置機(jī)器中的一臺(tái)轉(zhuǎn)移到另一臺(tái)，并不會(huì)出現(xiàn)需要重新識(shí)別硬件的情況。 EFI在概念上非常類似于一個(gè)低等級(jí)的操作系統(tǒng)，并且具有操控所有硬件資源的能力。不少人感覺它的不斷發(fā)展將有可能代替現(xiàn)代的操作系統(tǒng)。事實(shí)上，EFI的締造者們?cè)诘谝话嬉?guī)范出臺(tái)時(shí)就將EFI的能力限制于不足以威脅操作系統(tǒng)的統(tǒng)治地位。首先，它只是硬件和操作系統(tǒng)間的接口規(guī)范;其次，EFI環(huán)境下不提供中斷的訪問機(jī)制，也就是說每個(gè)EFI驅(qū)動(dòng)程序必須用輪詢的方式來檢查硬件狀態(tài)，并且需要以解釋的方式運(yùn)行，較操作系統(tǒng)下的驅(qū)動(dòng)效率低得多;第三，EFI系統(tǒng)不提供復(fù)雜的存儲(chǔ)器保護(hù)功能，它只具備簡(jiǎn)單的存儲(chǔ)器管理機(jī)制，具體來說就是指運(yùn)行在x86處理器的段保護(hù)模式下，以最大尋址能力為限把存儲(chǔ)器分為一個(gè)平坦的段，所有的程序都有權(quán)限存取任何一段位置，并不提供真實(shí)的保護(hù)服務(wù)。

　　EFI的命令行控制模式

　　EFI的設(shè)計(jì)架構(gòu)中，一旦引導(dǎo)軟件將控制權(quán)交給操作系統(tǒng)，所有用于引導(dǎo)的服務(wù)代碼將全部停止工作，部分運(yùn)行時(shí)代服務(wù)程序還可以繼續(xù)工作，以便于操作系統(tǒng)一時(shí)無法找到特定設(shè)備的驅(qū)動(dòng)程序時(shí)，該設(shè)備還可以繼續(xù)被使用。EFI的程序只限于類似Java偽執(zhí)行文件的能力，并沒有直接訪問磁盤所有資源的能力，而且在進(jìn)入操作系統(tǒng)后的大多數(shù)情況下，EFI部分的代碼都進(jìn)入沉睡模式，即使有針對(duì)EFI的病毒，也無法造成進(jìn)一步的影響。

　　和BIOS說再見

　　EFI的出現(xiàn)，可以說是充分彌補(bǔ)了BIOS原有的不足。因?yàn)锽IOS過于自信芯片的安全，所以當(dāng)遇上CIH病毒，啟動(dòng)機(jī)制也被完全破壞。而EFI將主要程序文件放在了硬盤上，被破壞了還可以使用光盤進(jìn)行維修，對(duì)操作系統(tǒng)而言，這種“破壞-維修”的方式是完全透明的，不會(huì)影響操作系統(tǒng)的使用。雖然看起來EFI更容易受到損壞，但也更為易于修復(fù)。

　　BIOS在經(jīng)歷了十幾年發(fā)展之后，也終于走到了盡頭，外觀上的落后、功能上的羸弱、安全上的薄弱、性能上的不足，都嚴(yán)重制約著它的進(jìn)一步發(fā)展。雖然在這些日子里，BIOS能夠帶給我們基本的功能，但PC要進(jìn)步，就必須尋求更高更好的技術(shù)。

　　EFI作為BIOS的替代者，無論是界面、功能還是安全性，都要遠(yuǎn)遠(yuǎn)高于后者，而且作為未來主板的趨勢(shì)所向，EFI上能執(zhí)行的程序會(huì)越來越多，EFI能夠提供的基本功能也就越來越強(qiáng)。今天，微星在CES展會(huì)上展示了EFI主板的強(qiáng)大，因?yàn)楹推胀˙IOS主板在設(shè)計(jì)難度以及生產(chǎn)兼容性上并不沖突，所以可以相信，擁有諸多優(yōu)點(diǎn)的EFI會(huì)取代BIOS，讓PC越來越易于使用。

　　微星支持EFI技術(shù)的P35 Neo3主板

　　EFI BIOS界面

　　編輯總結(jié) ：Intel作為EFI大力的推廣者和制定者，能看到EFI逐漸從服務(wù)器平臺(tái)走向桌面級(jí)市場(chǎng)，其中辛酸甘苦只有自己才知道。從初期廠商對(duì)EFI的概念毫無興趣，到今天各大BIOS提供商如Phoenix, AMI等，原先被認(rèn)為是EFI發(fā)展的阻礙力量，現(xiàn)在也不斷的推出各自的解決方案。支持EFI功能的主板也逐漸退出。一切的一切，都似乎預(yù)示著我們可以和BIOS說聲再見，讓技術(shù)的進(jìn)步來記錄歷史。