UEFI - co przyniesie następca BIOS-u

Większość najnowszych pecetów jest wyposażonych w UEFI. Następcę BIOS-u można obsługiwać za pomocą myszy. Na dodatek obsługuje on twarde dyski, których pojemność przekracza 2 TB.


Tuż po włączeniu komputera pojawiają się na ekranie różne komunikaty niezrozumiałe dla wielu użytkowników. Niekiedy zamiast nich widoczny jest duży ekran startowy. Dopiero potem następuje wczytywanie systemu operacyjnego (np. Windows). Wspomniane komunikaty i ekran startowy pochodzą z tzw. BIOS-u (Basic Input / Output System). Od ponad 30 lat komputery witają w ten sposób swoich użytkowników.

Klasyczne menu konfiguracyjne BIOS-u znane wielu użytkownikom, choć nie lubiane. Jednak wcale nie obsługiwanie za pomocą klawiatury stanowi największy problem, lecz niezrozumiałe nazwy parametrów.

Klasyczne menu konfiguracyjne BIOS-u znane wielu użytkownikom, choć nie lubiane. Jednak wcale nie obsługiwanie za pomocą klawiatury stanowi największy problem, lecz niezrozumiałe nazwy parametrów.

Teraz ma godnego następcę, który jest gotów na przejęcie jego obowiązków. UEFI (Unified Extensible Firmware Interface), bo tak brzmi nazwa nowego systemu rozruchowego, potrafi zarządzać twardymi dyskami o pojemności ponad 2 TB, uruchamia się szybciej i zapewnia graficzny interfejs użytkownika obsługiwany za pomocą myszy. Wiele nowych pecetów i płyt głównych jest już wyposażonych w UEFI. Poniżej opisujemy wszystkie funkcje, wyjaśniamy podstawy techniczne i pokazujemy, co nowy BIOS potrafi lepiej od swojego poprzednika. Ponadto dowiesz się, na co zwracać uwagę podczas przesiadki i instalowania Windows 7 w komputerze z systemem UEFI.

1. Po co BIOS w komputerze

Zarys historyczny

Koncepcja BIOS-u sięga 1975 r. i pochodzi od twórcy systemu operacyjnego CP/M (Control Program for Microcomputers), Gary’ego Kildalla. W ramach pracy nad komputerem klasy PC z systemem MS-DOS firmy IBM i Microsoft przejęły w 1981 r. wiele elementów z systemu CP/M - zastosowały także BIOS. W innych komputerach z tej epoki układ pamięci (ROM) mieścił nawet cały system operacyjny łącznie z graficznym interfejsem użytkownika. Przykładem takiego urządzenia jest Atari ST. Słynny Commodore 64 i jego skromniejszy kuzyn VIC-20 (znany także jako niemiecki VC20) nie uruchamiały z modułu pamięci systemu operacyjnego wg obecnych kryteriów, lecz tylko środowisko rozruchowe programów napisanych w popularnym wówczas języku programowania BASIC. Zanim program był gotowy do użycia, trzeba było wczytać kod źródłowy.

Komputer wczytuje swój system operacyjny przeważnie z twardego dysku. Aby było to możliwe, musi być oprogramowanie, które wgra program startujący system operacyjny z twardego dysku. Oprogramowanie to mieści się w układzie EPROM (Erasable Programmable Read-Only Memory). Jest to moduł pamięci nieulotnej, a więc układ, który nie traci przechowywanych w nim informacji nawet po odłączeniu zasilania. Programem do aktualizowania BIOS-u można w dowolnej chwili zaopatrzyć taki układ pamięciowy w nowe oprogramowania.

Nadrzędne pojęcie BIOS-u to firmware, zwane także oprogramowaniem wewnętrznym i układowym. Chodzi o oprogramowanie, które zawiera procedury wymagane do zainicjalizowania danego urządzenia lub cały system operacyjny, i mieści się w module pamięci. Nazwa firmware występuje najczęściej w połączeniu z takimi urządzeniami jak rutery DSL, telewizory i smartfony.

Jednak zanim BIOS jest w stanie wczytać program rozruchowy systemu operacyjnego, musi wykonać kilka innych czynności. W pierwszej kolejności BIOS musi sprawdzić i/lub przygotować do uruchomienia następujące elementy:

- procesor

- pozostałe układy na płycie głównej

- sumę kontrolną pamięci CMOS

- pamięć roboczą (RAM)

- kartę graficzną

- klawiaturę

- twarde dyski i dyski USB

Po zakończeniu inwentaryzowania zainstalowanych podzespołów sprzętowych, BIOS może wyświetlić na ekranie komunikaty powitalne, uzyskać dostęp do twardego dysku, a następnie wczytać z niego sektor PBR (Partition Boot Record) aktywnej partycji rozruchowej. Dopiero później wchodzi w grę system operacyjny. Program umieszczony w sektorze startowym wczytuje Windows Boot Manager, za którym kryje się program Bootmgr. Zapewnia on menu startowe, które tworzy na podstawie informacji z BCD (Boot Configuration Data). Jeżeli jako system operacyjny do wczytania zostanie wybrany Windows, do akcji wkroczy następnie Winload, który wczyta jądro systemu operacyjnego (tzw. kernel), a także sterowniki wymagane do uruchomienia systemu. Zanim zostaną załadowane sterowniki, program rozruchowy Windows (Windows boot loader) odwoła się za pomocą funkcji BIOS-u do podzespołów sprzętowych, aby znaleźć pliki systemu operacyjnego na twardym dysku. Na tym BIOS spełnił swoją powinność.Od tej pory całkowitą kontrolę nad podzespołami sprzętowymi przejmują sterowniki systemu operacyjnego.

Schematyczne objaśnienie procesu rozruchowego komputera wyposażonego w UEFI.

Schematyczne objaśnienie procesu rozruchowego komputera wyposażonego w UEFI.

2. Dlaczego UEFI zamiast konwencjonalnego BIOS-u

Komputer musi być wyposażony w oprogramowanie, które po jego włączeniu umożliwia wczytać system operacyjny. Nie zmieni w tym nic wprowadzenie interfejsu UEFI. Jak to często bywa w przygotowywaniu nowych rozwiązań technologicznych, UEFI nie ma za zadanie ułatwiać życia użytkownikowi, lecz powstał, aby zaoszczędzić pieniądze przy produkcji płyt głównych, a więc komputerów klasy PC. Projektowanie oprogramowania BIOS-u jest skomplikowane i wymaga uiszczania opłat licencyjnych firmie IBM (która pierwsza wprowadziła BIOS), a także producentom BIOS-u takim jak American Megatrends bądź Phoenix Technologies. Oprócz tego konwencjonalny BIOS musi być bardzo precyzyjnie dopasowany do architektury sprzętowej danej płyty głównej. Nawet najmniejsza zmiana wymaga pracochłonnego przeprogramowania. Na domiar złego płyty główne są wyposażane w coraz więcej elementów sprzętowych, którymi musi zarządzać BIOS. To dodatkowo utrudnia i podraża proces produkcyjny.

Z wymienionych powodów Intel już od ponad dziesięciu lat pracuje nad stworzeniem następcy BIOS-u. Trwa to tak długo, bo Intel musiał namówić do współpracy głównych producentów sprzętu i oprogramowania. Tymczasem prace nad projektem przyspiesza organizacja Unified EFI Forum. Ponadto dba o standaryzację poszczególnych składników. W forum UEFI partycypują tak wielkie firmy jak np. Intel, AMD, IBM, American Megatrends czy Microsoft.

3. Jakie funkcje zapewnia UEFI

Jeśli nie należysz do użytkowników, którzy całymi dniami grzebią w BIOS-ie, zapewne rzadko zetkną się z interfejsem UEFI. Mimo to miło, że wiele komputerów wyposażonych w UEFI można obsługiwać za pomocą myszy poprzez graficzny interfejs użytkownika. Do menu ustawień dostaniesz się - jak w dotychczasowych rozwiązaniach - naciskając odpowiedni klawisz tuż po włączeniu komputera. Przeważnie jest to klawisz [Delete] lub [F2]. Jednak nie wszystkie pecety z UEFI muszą zapewniać graficzny interfejs użytkownika. Niektóre płyty główne z UEFI oferują menu konfiguracyjne obsługiwane wyłącznie za pomocą klawiatury. Z drugiej strony już od dawna są pecety, w których konwencjonalny BIOS można obsługiwać przy użyciu myszy.

Programy UEFI

UEFI ma dostęp do wszystkich podzespołów sprzętowych już podczas rozruchu komputera. Zatem można byłoby na przykład zaktualizować BIOS bezpośrednio poprzez internet bez udziału systemu operacyjnego. Niemniej jednak dotychczas tylko nieliczni producenci zdecydowali się udostępnić taką możliwość. Stosunkowo dobrze wyposażone są pod tym względem płyty główne MSI. Bezpośrednio z ClickBIOS-u, jak został nazwany przez producenta, można m.in. zaktualizować oprogramowanie firmware, przeprowadzić testy pamięci RAM, a nawet utworzyć zapasową kopię zasobów z twardego dysku. Producenci płyt głównych i inne firmy mogą jednak w każdej chwili zaoferować więcej dodatkowych funkcji.

W kwestii dostępnych ustawień interfejs UEFI nie przynosi żadnych niespodzianek. Można zmieniać ustawienia kontrolera twardych dysków, a także parametry taktowania pamięci RAM. Ponadto można włączać lub wyłączać określone podzespoły sprzętowe i określać kolejność sprawdzania napędów w poszukiwaniu systemu operacyjnego. W niektórych płytach głównych znajdziesz liczne funkcje pozwalające przetaktować procesor, a także precyzyjnie dostroić parametry zarządzania energią. Zaledwie niewielu producentów wykorzystało dotychczas możliwość łatwego rozszerzania interfejsu UEFI, wyposażając go w takie elementy jak gry czy odtwarzacze multimedialne.

Z technicznego punktu widzenia przejrzysty układ i zmodyfikowany proces rozruchu owocują w UEFI skróceniem czasu uruchamiania. Po włączeniu komputera ma miejsce najpierw zainicjalizowanie procesora, pamięci RAM i chipsetu - podobnie jak w wypadku konwencjonalnego BIOS-u. Potem są wczytywane sterowniki, za pośrednictwem których komputer uaktywnia takie podzespoły jak twarde dyski czy karty sieciowe. System operacyjny może użyć do tego celu sterownika UEFI, więc nie musi wczytywać własnego sterownika, co może - przynajmniej teoretycznie - skrócić rozruch komputera. Po zakończeniu czynności inicjalizacyjnych sprzętu interfejs UEFI przywołuje program ładujący system operacyjny. Program ten został zapisany na twardym dysku podczas instalowania systemu operacyjnego. W dalszej kolejności następuje uruchomienie systemu operacyjnego.

Menu konfiguracyjne interfejsu UEFI obsługuje się wygodnie za pomocą myszy. Ustawienia odpowiadają w głównych zarysach tym z konwencjonalnego BIOS-u. Za to dostępne są bardziej obszerne objaśnienia.

Menu konfiguracyjne interfejsu UEFI obsługuje się wygodnie za pomocą myszy. Ustawienia odpowiadają w głównych zarysach tym z konwencjonalnego BIOS-u. Za to dostępne są bardziej obszerne objaśnienia.

4. Na co zwracać uwagę przy przesiadce na UEFI

Większość funkcji UEFI pozostaje niewidzialnych dla użytkownika, lecz nie odgrywa żadnej roli w codziennej pracy przy komputerze. Ponadto dotychczas nie stworzono komputerów, które mogłyby obejść się bez konwencjonalnych procedur BIOS-u. W przeciwnym razie nie można byłoby instalować w nich systemów operacyjnych, które nie są wyposażone w obsługę UEFI. Pecety dysponujące UEFI korzystają z układu CSM (Compatibility Support Mode), który zapewnia wymagane funkcje BIOS-u. W niektórych menu konfiguracyjnych BIOS-u jest opcja włączania i wyłączania UEFI. Jednak z reguły nie można nią wyłączyć całego UEFI, co sam CSM. Gdy jest uaktywniony UEFI, brakuje CSM i na odwrót.

5. Na co zwracać uwagę w wypadku Windows

Ekran startowy interfejsu UEFI (tu: w komputerze Asus) jest stosunkowo przejrzysty. W rubryce wydajności systemu można zmieniać opcje zasilania.

Ekran startowy interfejsu UEFI (tu: w komputerze Asus) jest stosunkowo przejrzysty. W rubryce wydajności systemu można zmieniać opcje zasilania.

Instalowanie systemu Windows w komputerze z UEFI przebiega jak zazwyczaj. Pecet uaktywnia CSM, a Windows nawet nie zauważa nowego UEFI. Sytuacja przybiera zupełnie inny obrót, gdy trzeba zainstalować Windows na twardym dysku o pojemności 3 terabajtów (TB). To obecnie jedyny wypadek, w którym nie da się obejść bez UEFI.

BIOS odwołuje się do twardych dysków za pośrednictwem rekordu MBR (Master Boot Record). W ten sposób jest w stanie zarządzać dyskami o pojemności nie przekraczającej 2,19 TB. Tymczasem UEFI ma do dyspozycji GUID Partition Table (GPT), która pozwala zaadresować przestrzeń dyskową o rozmiarze ok. 9,4 ZB (1 zetabajt = 1 miliard terabajtów).

Gdybyś zechciał zainstalować Windows na dysku o pojemności 3 TB, lecz komputer byłby wyposażony w konwencjonalny BIOS, mógłbyś wykorzystać zaledwie 2,19 TB. Pozostałe miejsce będzie leżało odłogiem - nie uda się użyć go do założenia dodatkowej partycji.

Także w komputerze z UEFI Windows tworzy automatycznie partycję na podstawie struktury MBR, dając użytkownikowi do dyspozycji tylko 2,19 TB miejsca na twardym dysku. Aby temu zapobiec, trzeba uruchomić program instalacyjny z płyty DVD w trybie UEFI. Jednak jest to możliwe tylko w 64-bitowej wersji Visty (z dodatkiem SP1) i Windows 7. 32-bitowe edycje Windows nie zostały wyposażone w odpowiedni program rozruchowy.

Powłoka EFI-Shell

Niektóre płyty główne są wyposażone w powłokę EFI-Shell. Uruchamia się ją w większości wypadków z poziomu menu konfiguracyjnego BIOS-u. Za powłoką tą kryje się miniaturowy system operacyjny, który pozwala wydawać proste komendy tekstowe w wierszu poleceń. Na przykład polecenie map wyświetla spis wykrytych napędów, a poleceniem cd można przeskakiwać pomiędzy katalogami. Jeżeli zechcesz np. dokonać rozruchu komputera z instalacyjnej płyty Windows, nie zaś poprzez menu startowe, można spróbować ziścić ten plan za pomocą powłoki EFI-Shell. W tym celu wpisz polecenie fs0: (zakładając, że to oznaczenie napędu DVD) i potwierdź klawiszem [Enter]. Następnie należy wprowadzić \EFI\BOOT\BOOTX64.EFI i ponownie nacisnąć klawisz [Enter]. Teraz uruchomi się instalator systemu Windows jak zazwyczaj z płyty DVD.

Sposób instalowania systemu Windows na twardym dysku o pojemności 3 TB. Włóż instalacyjną płytę DVD systemu Windows do napędu i uruchom komputer. Przywołaj menu wyboru napędu z systemem operacyjnym. W większości wypadków należy w tym celu nacisnąć klawisz [F8], [F10] lub [Esc]. Właściwy klawisz lub skrót klawiaturowy jest wyszczególniony w instrukcji obsługi dołączonej do płyty głównej. Przed wpisem napędu DVD w menu powinien widnieć napis UEFI: Wskaż ten wpis, po czym naciśnij dowolny klawisz, aby uruchomić program instalacyjny z płyty DVD. Teraz zainstaluj Windows jak zazwyczaj. Jeśli płyta główna nie oferuje menu startowego lub nie znajdziesz wpisu UEFI:, przywołaj menu konfiguracyjne BIOS-u. Poszukaj w nim opcji o nazwie UEFI boot lub podobnej i uaktywnij ją. Zapisz dokonaną zmianę (przeważnie robi się to klawisz [F10]) i zrestartuj komputer. Następnie jeszcze raz przeskocz do menu konfiguracyjnego BIOS-u i poszukaj w nim ustawień kolejności sprawdzania napędów. Teraz powinien widnieć tu wpis odnoszący się do nośnika danych z UEFI. Uruchom instalator Windows z tego nośnika danych i naciśnij dowolny klawisz, gdy poprosi cię o to system. Potem wykonaj dalsze czynności instalacyjne jak przy zwyczajnym instalowaniu systemu.

Windows utworzy na twardym dysku tablicę partycji GUID i założy kilka partycji. Na początku znajduje się sektor Master Boot Record, lecz został on tu umieszczony tylko jako zabezpieczenie. W przeciwnym razie starsze systemy operacyjne mogłyby uznać tenże dysk za pusty, a wówczas nie zablokowałby omyłkowego założenia na nim partycji przez użytkownika, co zniszczyłoby partycję GPT. W wypadku Windows 7 dalej znajduje się partycja ESP (EFI System Partition) o rozmiarze 100 MB. Partycja ta mieści plik bootmgfw.efi w katalogu \EFI\Microsoft\boot. Za nią kryje się zarezerwowana partycja (MSR) wielkości 128 MB, z której mogą korzystać niektóre aplikacje w celu przechowywania danych. Do tej partycji zaś przylega partycja przeznaczona na system operacyjny Windows.

Gdy włączysz komputer, zauważysz, że po zainstalowaniu systemu Windows w menu rozruchowym pojawi się nowy wpis. Zaczyna się od łańcucha UEFI: lub po prostu nosi nazwę Windows Boot Manager. Gdy go wybierzesz, zostanie wczytany plik bootmgfw.efi z partycji ESP. Interpretuje on bazę danych Boot Configuration Data (BCD) zawierającą informację, z której partycji ma być wczytany Windows. W dalszej kolejności zostanie załadowany program \Windows\System32\Winload.efi i rozpocznie się właściwy proces wczytywania środowiska Windows. W trakcie działania systemu UEFI pozostaje w ukryciu. Za to w konsoli Zarządzanie dyskami ujrzysz nową partycję EFI System Partition, a we właściwościach nośnika danych znajdziesz wzmiankę o GPT.

Zainteresowani tematyką BIOS-u znajdą więcej informacji w artykułach Prawidłowa konfiguracja BIOS - jak to zrobić? i

Sekrety BIOS-u: zafunduj sobie wzrost wydajności, zaś pierwsze wzmianki o UEFI w artykule Następca BIOS'u?