UEFI – новый шаг развития BIOS

3

МИНИСТЕРСТВО ОБРАЗОВАНИЯ РЕСПУБЛИКИ БЕЛАРУСЬ

УЧРЕЖДЕНИЕ ОБРАЗОВАНИЯ

«ГОМЕЛЬСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ УНИВЕРСИТЕТ
ИМЕНИ ФРАНЦИСКА СКОРИНЫ»

Физический факультет

Кафедра автоматизированных систем обработки информации

UEFI – новый шаг развития BIOS

Курсовая работа

Исполнитель

Студент группы    AС-61                                                    Кучерявенко Е.А.

Научный руководитель     

ГОМЕЛЬ 2011

РЕФЕРАТ

Курсовая работа 23 страницы, 2 рисунка, 5 использованных источников.

Ключевые слова: UEFI, EFI,  BIOS, INTEL, WINDOWS 8, Click BIOS, материнская плата

Объект исследования:  UEFI как замена BIOS

Цель курсовой работы:  Описать степень развития  UEFI, уровень поддержки  этой технологии производителями, перспективы развития в будущем.

СОДЕРЖАНИЕ

ВВЕДЕНИЕ

1 АКТУАЛЬНОСТЬ ИССЛЕДОВАНИЯ UEFI

1.1 ЭВОЛЮЦИЯ BIOS

1.2 ПОНЯТИЕ UEFI

1.3 Преимущества UEFI BIOS

1.4 НЕДОСТАТКИ UEFI

2 РЕАЛИЗАЦИЯ UEFI ПРИЗВОДИТЕЛЯМИ

2.1 INTEL PLATFORM INNOVATION FRAMEWORK ДЛЯ EFI

2.2 ПЛАТФОРМЫ, ИСПОЛЬЗУЮЩИЕ EFI ИЛИ ИНСТРУМЕНТАРИЙ

2.3 ОПЕРАЦИОННЫЕ СИСТЕМЫ

3 ПЕРСПЕКТИВЫ РАЗВИТИЯ UEFI

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

СПИСОК ИСПОЛЬЗОВАННЫХ ИСТОЧНИКОВ

ВВЕДЕНИЕ

BIOS — базовая система ввода/вывода — начинает постепенно уступать место платформе UEFI, представляющей собой новый тип интерфейса между микропрограммами, оборудованием и операционной системой компьютера.

BIOS, созданная четверть века назад, давно не удовлетворяет требованиям, предъявляемым к современным ПК. Изначально предполагалось, что эта система, главной задачей которой является инициализация подключённых к материнской плате устройств сразу после включения компьютера, найдёт применение примерно в 250 тыс. машин. Однако на деле BIOS прослужила много дольше и пока продолжает доминировать на ПК.

Как ожидается, ситуация начнёт меняться уже в ближайшее время. По мнению экспертов, в следующем году большинство новых компьютеров будет использовать систему UEFI (Unified Extensible Firmware Interface). Этот тип интерфейса между микропрограммами, оборудованием и ОС, изначально носивший имя EFI, в середине девяностых годов создавался корпорацией Intel для платформы Itanium. Сейчас разработку EFI курирует организация Unified EFI Forum (UEFI).

Ожидается, что перевод компьютеров на интерфейс UEFI позволит значительно сократить время загрузки ПК. Если при использовании BIOS с момента включения питания до появления экрана приветствия ОС проходит в среднем полминуты, то с внедрением UEFI этот показатель сократится до нескольких секунд.

UEFI обеспечит поддержку альтернативных средств ввода данных, таких как виртуальные клавиатуры и сенсорные дисплеи.

Администраторы получат в своё распоряжение расширенные инструменты удалённого управления и средства диагностики, а пользователи — возможность запускать приложения вроде браузера и медиаплеера, не загружая ОС.

1 АКТУАЛЬНОСТЬ ИССЛЕДОВАНИЯ UEFI

1.1 ЭВОЛЮЦИЯ BIOS

Почти четвертьвековая история базовой системы ввода-вывода, или просто BIOS, подходит к концу. Не исключено, что в скором времени ей на смену придёт унифицированный расширяемый интерфейс «прошивки», сокращённо UEFI (Unified Extensible Firmware Interface). Главное отличие UEFI от BIOS заключается в использовании первым языков программирования более высокого уровня, что значительно облегчает создание, оптимизацию и диагностику «прошивки», а также позволит повысить скорость загрузки компьютерных систем.

BIOS (basic input/output system) - базовая система ввода-вывода - это встроенное в компьютер программное обеспечение, которое ему доступно без обращения к диску. На PC BIOS содержит код, необходимый для управления клавиатурой, видеокартой, дисками, портами и другими устройствами. Обычно BIOS размещается в микросхеме ПЗУ (ROM), размещенной на материнской плате компьютера (поэтому этот чип часто называют ROM BIOS). Эта технология позволяет BIOS всегда быть доступным, несмотря на повреждения, например, дисковой системы. Это также позволяет компьютеру самостоятельно загружаться. Поскольку доступ к RAM (оперативной памяти) осуществляется значительно быстрее, чем к ROM, многие производители компьютеров создают системы таким образом, чтобы при включении компьютера выполнялось копирование BIOS из ROM в оперативную память. Задействованная при этом область памяти называется Shadow Memory (теневая память). В настоящее время, почти все материнские платы комплектуются Flash BIOS, который в любой момент может быть перезаписан в микросхеме ROM при помощи специальной программы. Обновление BIOS обычно необходимо для добавления новых возможностей, исправления различных ошибок и/или проблем совместимости, а также добавления поддержки новых процессоров. Новые версии BIOS всегда содержат исправления предыдущих версий.

BIOS PC стандартизирован, поэтому, в принципе менять его, также как, например, операционные системы нет необходимости. Дополнительные возможности компьютера можно использовать только использованием нового программного обеспечения.

BIOS, который поддерживает технологию Plug-and-Play, называется PnP BIOS. При использовании этой технологии BIOS должен быть обязательно прошит во Flash ROM.

Если первоначально конструкция BIOS была относительно прямолинейной, то с годами, изменяясь и подстраиваясь под новые технологии, она стала напоминать миску со спагетти. Сторонники EFI утверждают, что новая система облегчит компаниям введение усовершенствований и попутно ускорит процесс загрузки ПК.

"Мы прошли через четыре поколения ОС и множество поколений системной шины, но все еще остаемся с первой версией BIOS. Она становится все большим препятствием для инноваций", - сетует менеджер программной платформы отделения ПО и решений Intel Майк Ричмонд.

Первый EFI-компьютер - от Gateway - поступил в продажу в ноябре. Другие должны появиться в 2004 году, а в последующие годы их станет еще больше. Но на поезд EFI спешат не все. Традиционно производители ПК отказываются менять свои компьютеры, особенно корпоративные, часто предпочитая стабильность. Это стало причиной долголетия флоппи-диска, несмотря на многие попытки покончить с ним.

Не торопится осваивать EFI и один из главных разработчиков BIOS Phoenix Technologies. Компания, чье ПО BIOS применяется большинством крупнейших мировых производителей ПК, не собирается переходить на EFI до тех пор, пока технология не станет стандартом. Phoenix разработала собственную альтернативу BIOS для ноутбуков - Core Management Environment.

Многие участники индустрии сходятся во мнении, что если производители ПК хотят продолжать освоение новых технологий, то с BIOS нужно что-то делать и как можно скорее. "Мы пользуемся BIOS, которая восходит ещё к 1982 году и сплошь состоит из заплат и расширений. Чтобы навести порядок и наращивать функциональность, необходимо что-то предпринять", - говорит аналитик Mercury Research Дин Маккаррон.

Конечно, попытки изменить изначальный принцип BIOS уже предпринимались. IBM представила модифицированный дизайн системы PS/2 ещё в 1988 году, частично чтобы сбросить с рынка компьютеры с клонированным BIOS. 32-битную архитектуру Multi Channel Architecture (MCA) с ABIOS можно рассматривать как способ обхода реализаций клонированных BIOS. Следующая технология Advanced RISC Computing (ARC) нацелилась на объединение загрузочных окружений платформ MIPS и Alpha в 1990-х годах, но ей не хватило эволюционного развития, расширяемости и возможности увеличения числа платформ. PowerPC и SPARC представили собственные решения Open Firmware (OF) и Common Hardware Reference Platform (CHRP), своего рода ответ на ACPI.

В середине 90-х к выводу о несостоятельности классического BIOS для серверных платформ пришли Intel и HP, когда проектировали первые продукты на базе Itanium. Была разработана программа Intel Boot Initiative, которая позже была переименована в EFI, а затем отпущена в свободное плавание под именем UEFI. Extensible Firmware Interface (наращиваемый программно-аппаратный интерфейс) должен служить прослойкой между железом компьютера и ПО, заменяя, по сути, обычный BIOS.

Изначально EFI создавалась для первых систем Intel-HP Itanium в середине 1990-х годов. Ограничения PC-BIOS (16-битный исполняемый код, адресуемая память 1 Мбайт, аппаратные ограничения IBM PC/AT и т. д.) были очевидно недопустимы в больших серверных платформах, для использования в которых планировался Itanium. Изначально назывался — Intel Boot Initiative (Загрузочная Инициатива Intel), позже было переименовано в EFI. Вместо сборки и тестирования нового экспериментального BIOS в закрытой лаборатории, Intel решила по-своему продемонстрировать 32-битную прошивку на 32-битной платформе, компания опубликовала первую полную спецификацию Extensible Firmware Interface, предназначенную для систем Itanium. Принципиальной целью EFI было определить формат инструкций и синтаксиса, которые операционная система будет использовать для запроса данных и сервисов от локальной прошивки.

Спецификация EFI 1.02 была выпущена Intel 12 декабря 2000. (Версия 1.01 имела проблемы в юридическом плане, связанные с торговой маркой, и была быстро изъята)

Спецификация EFI 1.10 была выпущена 1 декабря 2002. Она включала модель драйвера EFI, а также несколько незначительных улучшений по сравнению с версией 1.02.

В 2005 году Intel внесла эту спецификацию в UEFI Forum, который теперь ответственен за развитие и продвижение EFI. EFI был переименован в Unified EFI (UEFI), чтобы отразить это изменение, при этом большая часть документации использует оба термина.

Общими усилиями, наконец-таки, в начале 2006-го года компания Phoenix сказала первое «ну, да» уже многочисленным продвигателям стандарта EFI, мутировавшему к тому времени в UEFI. А в прошлом году, когда набирающий ход паровоз китайской компьютерной мысли отчётливо прогудел, что уедет один по рельсам “open source” (в плане EFI) – Phoenix окончательно сказала «точно – да». Потому теперь, когда «хозяин» разрешил, а в самом конце года Microsoft, наконец-таки, разродилась и поддержкой EFI в своём SP1 для Vista – можно предполагать бурное развитие решений для этого сегмента.

UEFI Forum выпустил спецификацию 2.1 UEFI 7 января 2007. На март 2007 года это последняя публично доступная спецификация. Она добавила и улучшила криптографию, установление подлинности сети и архитектуру пользовательского интерфейса.

1.2 ПОНЯТИЕ UEFI

Extensible Firmware Interface (EFI) — интерфейс между операционной системой и микропрограммами, управляющими низкоуровневыми функциями оборудования, его основное предназначение: корректно инициализировать оборудование при включении системы и передать управление загрузчику операционной системы.

EFI содержит системную информацию, организованную в виде таблиц, здесь есть загрузочные и runtime-службы внутренней операционной системы. Загрузочные службы включают инициализацию, файловые службы и другие подобные, а также текстовые и графические консоли пользователя. Runtime-службы включают сервисы даты, времени и NVRAM. Для поддержки связи между устройствами все драйверы и компоненты EFI поддерживают связь через специальные протоколы. Драйверы тоже очень важны, поскольку окружение устройств EFI (EFI Byte Code, EBC), является независимым от процессора, обеспечивающим как инициализацию, так и работу устройств (за исключением специфического для ОС "железа" с особыми функциями и требованиями поддержки, например, high-end видеокарт).

При разработке UEFI участники форума с самого начала установили четкие рамки для каждого процесса. Процедуру загрузки (PI, Platform Initialization — инициализация платформы) материнской платы, основанной на UEFI, также можно разделить на несколько этапов. Первым из них, следующим непосредственно за включением компьютера, является Pre-EFI Initialization (PEI): система загружает модули инициализации процессора, памяти и чипсета и выполняет их. Затем осуществляется переход в окружение исполнения драйверов (DXE). В этот момент производится активация остальных компонентов, причем одновременно нескольких.

Рисунок 1 – Схема взаимодействия UEFI  с компьютером

В принципе, интерфейс UEFI будет предоставлять операционной системе минимум необходимых функций, предоставлявшихся до этого BIOS-ом. Но, вместо того, что бы заниматься долгой процедурой определения установленного в компьютере оборудования, которая и занимает большую часть времени, UEFI будет использовать совсем другие принципы идентификации. К примеру, вместо того, что бы сообщить операционной системе, что к порту такому-то на компьютере подключена мышь, UEFI просто сообщит операционной системе о том, что к компьютеру подключено устройство, по функциям напоминающее мышь. А что это за устройство и куда оно подключено, операционная система определит самостоятельно, что в принципе уже реализовано в современных операционных системах. Поэтому, при использовании интерфейса UEFI, пауза между включением компьютера и началом загрузки операционной системы сократится до одной-двух секунд.

Это модульная, платформенно-независимая оболочка, позволяющая загружать различные функции BIOS. Универсальность EFI базируется на новой для BIOS типологии программного кода – драйверности. Новый код написан на языке «С», сама архитектура является достаточно простой, наращиваемой и имеет модульную структуру. Это позволяет добавлять модули, разработанные разными компаниями. Инфраструктура поддерживает функционирование технологий IA-32, Intel Itanium и Intel XScale по единой схеме и включает в себя модуль поддержки совместимости (compatibility support module, CSM) для обеспечения загрузки имеющихся операционных систем, а также осуществления их связи с современной архитектурой.

Рисунок 2 - Этапы загрузки  BIOS и UEFI

Собственно EFI находится в ПЗУ на материнской плате компьютера, но дополнительные сервисы, драйверы, расширения и программы могут быть загружены с другого носителя информации (чаще всего - со специального раздела на винчестере). Драйверы могут также располагаться в ПЗУ или где-либо ещё и разделяются на платформозависимые и независимые (аналогично с OpenFirmware). Зачастую они могут быть загружены ещё до старта ОС (после старта управление передаётся ей) и обеспечивают работу с клавиатурой, мышью, сетью, видеокартой, да и вообще со всеми устройствами, которые изначально распаяны на материнской плате. Для конечного пользователя это даёт полностью графический интерфейс для настройки компьютера, возможность автообновления прошивки из Сети, способность запускать некоторые программы. В последнем случае наиболее актуальными смотрятся различные программы для системного обслуживания машины: восстановления данных, разбивки дисков, антивирусного сканирования. И всё это без загрузки "взрослой" операционки!