UEFI与BIOS和CMOS

BIOS到UEFI发展历程自动化09-2胡书锋540901010212一，传统的BIOS介绍及引导机制：BIOS,即BasicInputOutputSystem的缩写。BIOS各部分功能：（1）.自检及初始化这部分负责启动计算机，具体有三个部分，第一个部分是用于计算机刚接通电源时对硬件部分的检测，也叫做加电自检(POST)，功能是检查计算机是否良好，例如内存有无故障等。第二个部分是初始化，包括创建中断向量、设置寄存器、对一些外部设备进行初始化和检测等，其中很重要的一部分是BIOS设置，主要是对硬件设置的一些参数，当计算机启动时会读取这些参数，并和实际硬件设置进行比较，如果不符合，会影响系统的启动。最后一个部分是引导程序，功能是引导DOS或其他操作系统。BIOS先从软盘或硬盘的开始扇区读取引导记录，如果没有找到，则会在显示器上显示没有引导设备，如果找到引导记录会把计算机的控制权转给引导记录，由引导记录把操作系统装入计算机，在计算机启动成功后，BIOS的这部分任务就完成了。（2）.程序服务处理和硬件中断处理这两部分是两个独立的内容，但在使用上密切相关。程序服务处理程序主要是为应用程序和操作系统服务，这些服务主要与输入BIOS必须直接与计算机的I／O设备打交道，它通过端口发出命令，向各种外部设备传送数据以及从它们那儿接收数据，使程序能够脱离具体的硬件操作，而硬件中断处理则分别处理PC机硬件的需求，因此这两部分分别为软件和硬件服务，组合到一起，使计算机系统正常运行。BIOS的服务功能是通过调用中断服务程序来实现的，这些服务分为很多组，每组有一个专门的中断。例如视频服务，中断号为10H；屏幕打印，中断号为05H；磁盘及串行口服务，中断14H等。每一组又根据具体功能细分为不同的服务号。应用程序需要使用哪些外设、进行什么操作只需要在程序中用相应的指令说明即可，无需直接控制。二，UEFI引导机制：UEFI即UnifiedExtensibleFirmwareInterface的缩写，是由英特尔公司联合业界共同提出的一种欲在未来电脑系统中替代传统BIOS的升级解决方案。BIOS技术一直是计算机软件系统中与硬件联系最紧密的，在PC启动的过程中，BIOS担负着初始化硬件，检测硬件功能，以及引导操作系统的责任，可以看出，BIOS对于计算机系统来说，是非常重要的系统软件，没有BIOS的计算机是无法运行的。传统BIOS经过了长达20多年的时间，基本上没有大的改进，在CPU和操作系统已经完全32位化的今天，BIOS仍然停留在16位实模式时代，只能访问1MB的基础内存，同时BIOS的开发中还大量使用汇编语言，使得开发入门难度增加，并且业界没有一个统一的规范，各IBVs（IndependentBIOSVender）各自为政，这种局面使传统BIOS开发成为硬件和操作系统发展的瓶颈。EFI不是一套软件，而是一整套定义的很好的接口，在业界得到推广和认可形成了UEFI规范。UEFI结构及其功能：（1）.Pre-EFI初始化模块EFI初始化模块和驱动执行环境通常被集成在一个只读存储器中。Pre-EFI初始化程序在系统开机的时候最先得到执行，它负责最初的CPU，主桥及存储器的初始化工作。（2）.EFI驱动执行环境（3）.EFI驱动程序主要由各个设备厂商开发，EFI系统下的驱动并不是由可以直接运行在CPU上的代码组成的，而是用EFIByteCode编写而成的。这是一组专用于EFI驱动的虚拟机器指令，必须在EFI驱动运行环境(DriverExecutionEnvironment，或DXE)下被解释运行。（4）.兼容性支持模块(CSM)CSM是在x86平台EFI系统中的一个特殊的模块，它将为不具备EFI引导能力的操作系统提供类似于传统BIOS的系统服务。（5）.EFI高层应用各个厂商按照UEFI标准开发的基于固件的高级功能，例如IBMBladeCenter的AEM和BOFM。（6）.GUID磁盘分区Pre-EFI初始化程序在系统开机的时候最先得到执行，紧接着载入EFI驱动执行环境(DXE)。当DXE被载入运行时，系统便具有了枚举并加载其他EFI驱动的能力。在基于PCI架构的系统中，各PCI桥及PCI适配器的EFI驱动会被相继加载及初始化；这时，系统进而枚举并加载各桥接器及适配器后面的各种总线及设备驱动程序，周而复始，直到最后一个设备的驱动程序被成功加载。最后通过EFI定义的接口加载OS引导程序启动进入操作系统。UEFI与传统BIOS的比较：1.编码99%都是由C语言完成；2.一改之前的中断、硬件端口操作的方法，而采用了Driver/protocol的新方式；3.将不支持X86实模式，而直接采用Flatmode（也就是不能用DOS了，现在有些EFI或UEFI能用是因为做了兼容，但实际上这部分不属于UEFI的定义了）；4.输出也不再是单纯的二进制code，改为RemovableBinaryDrivers；5.OS启动不再是调用Int19，而是直接利用protocol/devicePath；6.对于第三方的开发，前者基本上做不到，除非参与BIOS的设计，但是还要受到ROM的大小限制，而后者就便利多了。7.弥补BIOS对新硬件的支持不足的毛病。UEFI的发展前景：没有一项技术可以像BIOS一样从PC兴起以来一直发展到现在却没有变，不过熟悉的BIOS可能会在三年内被UEFI取代用户的需求和存储技术的进步让UEFI的实施成为非常容易的工作，因此不需要付出太多的资源就可以实现转换。而且，日后的开机速度将得到显著提升，有人预测开机仅需几秒。CMOSCMOS是主板上一块可读写的RAM芯片，用于保存当前系统的硬件配置信息和用户设定的某些参数。CMOSRAM由主板上的钮扣电池供电，即使系统断电信息也不会丢失。对CMOS中各项参数的设定和更新可通过开机时特定的按键实现（一般是Del键）。进入BIOS设置程序可对CMOS进行设置。一般CMOS设置习惯上也被叫做BIOS设置。CMOS与BIOSBIOS是主板上的一块可读写的EPROM或EEPROM芯片，里面装有系统的重要信息和设置系统参数的设置程序（BIOSSetup程序）；CMOS是主板上的一块可读写的RAM芯片，里面装的是关于系统配置的具体参数，其内容可通过设置程序进行读写。CMOSRAM芯片靠钮扣电池供电，即使系统断电后信息也不会丢失。CMOSRAM既是BIOS设定系统参数的存放场所，又是BIOS设定系统参数的结果。CMOS，即：ComplementaryMetalOxideSemiconductor——互补金属氧化物半导体（本意是指互补金属氧化物半导体存储嚣，是一种大规模应用于集成电路芯片制造的原料），是微机主板上的一块可读写的RAM芯片。CMOSRAM芯片由系统通过一块钮扣电池供电，因此无论是在关机状态中，还是遇到系统断电情况，CMOS信息都不会丢失。BIOS是一组设置硬件的电脑程序，保存在主板上的一块EPROM或EEPROM芯片中，里面装有系统的重要信息和设置系统参数的设置程序——BIOSSetup程序。而CMOS即：ComplementaryMetalOxideSemiconductor——互补金属氧化物半导体，是主板上的一块可读写的RAM芯片，用来保存当前系统的硬件配置和用户对参数的设定，其内容可通过设置程序进行读写。CMOS芯片由主板上的钮扣电池供电，即使系统断电，参数也不会丢失。CMOS芯片只有保存数据的功能，而对CMOS中各项参数的修改要通过BIOS的设定程序来实现。CMOSRAM既是BIOS设定系统参数的存放场所，又是BIOS设定系统参数的结果。因此，完整的说法应该是“通过BIOS设置程序对CMOS参数进行设置”。由于BIOS和CMOS都跟系统设置密初相关，所以在实际使用过程中造成了BIOS设置和CMOS设置的说法，其实指的都是同一回事。所谓BIOS，实际上就是微机的基本输入输出系统(BasicInput-OutputSystem），其内容集成在微机主板上的一个ROM芯片上，主要保存着有关微机系统最重要的基本输入输出程序，系统信息设置、开机上电自检程序和系统启动自检程序等。BIOS功能主要包括以下方面：一是BIOS中断服务程序，即微机系统中软件与硬件之间的一个可编程接口，主要用于程序软件功能与微机硬件之间实现衔接。操作系统对软盘、硬盘、光驱、键盘、显示器等外围设备的管理，都是直接建立在BIOS系统中断服务程序的基础上，操作人员也可以通过访问INT5、INT13等中断点而直接调用BIOS中断服务程序。二是BIOS系统设置程序，前面谈到微机部件配置记录是放在一块可读写的CMOSRAM芯片中的，主要保存着系统基本情况、CPU特性、软硬盘驱动器、显示器、键盘等部件的信息。在BIOSROM芯片中装有“系统设置程序”，主要用来设置CMOSRAM中的各项参数。这个程序在开机时按下某个特定键即可进入设置状态，并提供了良好的界面供操作人员使用。事实上，这个设置CMOS参数的过程，习惯上也称为“BIOS设置”。三是POST上电自检程序，微机按通电源后，系统首先由POST(PowerOnSelfTest，上电自检）程序来对内部各个设备进行检查。通常完整的POST自检将包括对CPU、640K基本内存、1M以上的扩展内存、ROM、主板、CMOS存贮器、串并口、显示卡、软硬盘子系统及键盘进行测试，一旦在自检中发现问题，系统将给出提示信息或鸣笛警告。第四为BIOS系统启动自举程序，系统在完成POST自检后，ROMBIOS就首先按照系统CMOS设置中保存的启动顺序搜寻软硬盘驱动器及CD—ROM、网络服务器等有效地启动驱动器，读入操作系统引导记录，然后将系统控制权交给引导记录，并由引导记录来完成系统的顺利启动。3相机领域编辑CMOS制造工艺也被应用于制作数码影像器材的感光元件（常见的有TTL和CMOS），尤其是片幅规格较大的单反数码相机。再透过芯片上的模-数转换器（ADC）将获得的影像讯号转变为数字信号输出。CMOS与CCD的区别1.成像过程CCD与CMOS图像传感器光电转换的原理相同，他们最主要的差别在于信号的读出过程不同；由于CCD仅有一个（或少数几个）输出节点统一读出，其信号输出的一致性非常好；而CMOS芯片中，每个像素都有各自的信号放大器，各自进行电荷-电压的转换，其信号输出的一致性较差。但是CCD为了读出整幅图像信号，要求输出放大器的信号带宽较宽，而在CMOS芯片中，每个像元中的放大器的带宽要求较低，大大降低了芯片的功耗，这就是CMOS芯片功耗比CCD要低的主要原因。尽管降低了功耗，但是数以百万的放大器的不一致性却带来了更高的固定噪声，这又是CMOS相对CCD的固有劣势。2.集成性从制造工艺的角度看，CCD中电路和器件是集成在半导体单晶材料上，工艺较复杂，世界上只有少数几家厂商能够生产CCD晶元，如DALSA、SONY、松下等。CCD仅能输出模拟电信号，需要后续的地址译码器、模拟转换器、图像信号处理器处理，并且还需要提供三组不同电压的电源同步时钟控制电路，集成度非常低。而CMOS是集成在被称作金属氧化物的半导体材料上，这种工艺与生产数以万计的计算机芯片和存储设备等半导体集成电路的工艺相同，因此生产CMOS的成本相对CCD低很多。同时CMOS芯片能将图像信号放大器、信号读取电路、A/D转换电路、图像信号处理器及控制器等集成到一块芯片上，只需一块芯片就可以实现相机的的所有基本功能，集成度很高，芯片级相机概念就是从这产生的。随着CMOS成像技术的不断发展，有越来越多的公司可以提供高品质的CMOS成像芯片，包括：Micron、CMOSIS、Cypress等。3.速度CCD采用逐个光敏输出，只能按照规定的程序输出，速度较慢。CMOS有多个电荷-电压转换器和行列开关控制，读出速度快很多，大部分500fps以上的高速相机都是CMOS相机。此外CMOS的地址选通开关可以随机采样，实现子窗口输出，在仅输出子窗口图像时可以获得更高的速度。4.噪声CCD技术发展