Jak działa BIOS i UEFI – różnice i zastosowanie to temat, który pozwala zrozumieć, jak współczesne komputery uruchamiają system operacyjny oraz jakie możliwości oferują różne metody inicjalizacji sprzętu.
Podstawowe pojęcia
Pierwszym krokiem w zrozumieniu działania obu rozwiązań jest poznanie najważniejszych terminów. BIOS (Basic Input/Output System) to klasyczne oprogramowanie firmware umieszczone zazwyczaj w pamięci flash na płycie głównej. Jego głównym zadaniem jest testowanie podzespołów oraz wczytanie bootloadera. UEFI (Unified Extensible Firmware Interface) to nowoczesny standard zastępujący BIOS, oferujący bardziej rozbudowane interfejsy, większą elastyczność i dodatkowe zabezpieczenia w procesie uruchamiania.
W obu systemach istnieje etap POST (Power-On Self Test), którego celem jest weryfikacja podstawowych komponentów, takich jak procesor, pamięć RAM czy kontrolery dysków. Różnice ujawniają się przy bardziej złożonych operacjach, np. obsłudze dużych nośników, sieci czy grafiki.
Architektura i zasada działania BIOS
Tradycyjny BIOS działa w środowisku o ograniczonych możliwościach. Jego interfejs tekstowy pozwala na zmianę ustawień parametrów płyty głównej, kontrolę kolejności urządzeń rozruchowych oraz konfigurację zegara.
- Rozmiar pamięci: BIOS dysponuje zwykle kilkoma kilobajtami kodu, ograniczając możliwości rozbudowy.
- Tryb 16-bitowy: Ogranicza przestrzeń adresową do 1 MB, co wpływa na szybkość i funkcjonalność.
- Tablica MBR: BIOS odczytuje pierwszy sektor dysku (Master Boot Record), który zawiera informacje o partycjach i kod rozruchowy.
W procesie startu BIOS wykonuje kolejność czynności:
- Procesor inicjalizuje stałe resetu.
- Uruchamiany jest kod BIOS z pamięci flash.
- Wykonywany jest test POST.
- BIOS skanuje urządzenia w określonej w ustawieniach kolejności.
- Odczyt MBR i przekazanie sterowania do bootloadera.
Ze względu na ograniczenia 16-bitowego trybu i MBR, tradycyjny BIOS nie radzi sobie z dyskami powyżej 2 TB oraz bardziej zaawansowanymi technologiami.
Architektura i zasada działania UEFI
UEFI to następca BIOS, który pracuje w trybie 64-bitowym, co pozwala na wykorzystanie większej przestrzeni adresowej oraz korzystanie z modułowej struktury kodu. Jego kluczowe elementy to:
- EFI System Partition – specjalna partycja (zazwyczaj FAT32) zawierająca pliki wykonawcze UEFI i sterowniki.
- Zintegrowany shell – konsola umożliwiająca ręczne uruchamianie aplikacji i skryptów.
- Interfejs programistyczny – UEFI oferuje zestaw funkcji umożliwiających dostęp do sprzętu bez pośrednictwa systemu operacyjnego.
- Secure Boot – mechanizm weryfikujący podpisy cyfrowe oprogramowania rozruchowego i sterowników.
Typowy proces uruchamiania z UEFI wygląda następująco:
- Aktywacja procesora w trybie 64-bitowym.
- Wczytanie kodu UEFI z pamięci nieulotnej.
- POST oraz wstępna inicjalizacja sprzętu z użyciem sterowników UEFI.
- Przeglądanie partycji EFI, znalezienie plików wykonywalnych rozruchu (np. EFIBootbootx64.efi).
- Weryfikacja podpisów Secure Boot.
- Uruchomienie bootloadera systemu operacyjnego.
Dzięki wykorzystaniu tablicy GPT (GUID Partition Table) UEFI obsługuje nośniki powyżej 2 TB oraz większą liczbę partycji niż MBR. Ponadto modułowa budowa pozwala producentom na dołączanie własnych rozszerzeń, np. narzędzi diagnostycznych lub trybów sieciowych.
Główne różnice i zastosowanie
Prędkość i wygoda
UEFI oferuje szybszy czas rozruchu dzięki możliwości pominięcia niektórych etapów POST oraz optymalizacji sterowników. Z kolei BIOS – ze względu na prostotę – może być bardziej przewidywalny w starszym sprzęcie.
Kompatybilność
Nowoczesne płyty główne z UEFI często posiadają tryb Legacy, pozwalający na uruchamianie systemów wymagających BIOS. To rozwiązanie jest przydatne przy instalacji starszych systemów operacyjnych lub oprogramowania diagnostycznego nieprzystosowanego do UEFI.
Zabezpieczenia
Secure Boot to jedna z najważniejszych innowacji UEFI. Dzięki podpisom cyfrowym uniemożliwia uruchomienie zainfekowanego bootloadera lub sterowników, co znacząco podnosi poziom ochrony przed atakami typu rootkit.
Elastyczność i rozwój
BIOS miał ograniczone możliwości aktualizacji – zwykle wymagał specjalnych narzędzi producenta płyty. UEFI natomiast umożliwia łatwe wgrywanie nowych sterowników i poprawek bezpośrednio z poziomu interfejsu lub systemu operacyjnego. To otwarta architektura, która może być rozwijana przez społeczność i firmy trzecie.
Zastosowania praktyczne
- Serwery – UEFI z Secure Boot zapewnia stabilne i bezpieczne środowisko startowe.
- Komputery osobiste – szybszy rozruch i wsparcie dla dużych dysków to korzyści dla graczy i profesjonalistów.
- Systemy wbudowane – BIOS wciąż jest obecny w prostych urządzeniach, takich jak maszyny przemysłowe.
Perspektywy rozwoju
UEFI staje się standardem we wszystkich nowoczesnych platformach, a jego możliwości są cały czas rozbudowywane. W kolejnych latach można spodziewać się integracji z technologiami chmurowymi czy wdrożenia kolejnych mechanizmów zabezpieczeń sprzętowych. Tradycyjny BIOS będzie stopniowo wycofywany, ale ze względu na ogromne zaplecze starszych systemów pozostanie jeszcze przez wiele lat w urządzeniach legacy.
