- UEFI 是 BIOS 的现代替代品，具有更高的安全性、对大容量磁盘的支持以及更好的界面。
- BIOS+MBR 和 UEFI+GPT 几乎是不可分割的组合，混合使用这两种模式通常会导致系统无法启动。
- 安全启动属于 UEFI，它限制哪些系统可以启动，如果配置得当，可以提高安全性。
- 在升级硬件、重新安装系统或克隆磁盘之前，了解您的 Windows 使用的是 BIOS 还是 UEFI 至关重要。
当我们打开电脑，一切似乎都像变魔术一样启动时，实际上有一个底层程序在后台运行。这个初始的“大脑”可以是传统的BIOS，也可以是它的现代替代品UEFI 。两者经常被统称为BIOS，但它们并不相同。为了避免在安装操作系统或更换硬盘时出现意外情况，区分它们至关重要。
UEFI 的出现是为了取代我们自 20 世纪 70 年代末以来一直使用的BIOS 。它的基本功能与 BIOS 相同——初始化硬件并启动操作系统——但增加了许多改进：图形界面、增强的安全性、对超大容量磁盘的支持以及更灵活的分区管理。然而，计算机的启动方式决定了您可以安装哪些操作系统以及如何对磁盘进行分区，因此仔细了解它非常重要。
什么是固件、BIOS 和 UEFI？
在进行比较之前，有必要先澄清一个基本概念：BIOS 和 UEFI 都是固件。也就是说，它们都是存储在主板特殊存储器中的程序，在操作系统接管之前，它们直接控制计算机的电子电路。
固件会在按下电源按钮后立即运行。它会初始化并检查内存、处理器、显卡、硬盘和基本外设。确认一切正常后，它会确定应该从哪个设备启动（硬盘、USB、网络等），并从该设备加载操作系统。
什么是BIOS（基本输入/输出系统）？
经典的BIOS出现于20世纪70年代和80年代，其全称为基本输入/输出系统（Basic Input/Output System）。几十年来，它一直是几乎所有兼容PC的启动标准。BIOS代码以16位运行，其设计初衷是面向与当今标准相比非常有限的硬件。
当您启动一台带有传统 BIOS 的计算机时，首先发生的是 POST（开机自检）：BIOS 会对硬件进行一系列检查，包括内存、磁盘、CPU、风扇、温度等。如果一切正常，它会查看 MBR 式分区表，识别磁盘的引导扇区，并执行该扇区以加载操作系统。
传统BIOS的配置界面很容易辨认：蓝色或黑色背景屏幕，类似MS-DOS的界面，以及仅使用键盘进行导航。通过此菜单，您可以更改启动顺序、启用或禁用设备、调整电源配置文件，或修改处理器和内存参数。
多年来，BIOS 的功能已经绰绰有余，但随着大容量硬盘、64 位系统的普及以及新的安全需求，BIOS 就显得力不从心了。而 UEFI 的出现正是为了解决这个问题。
什么是UEFI（统一可扩展固件接口）？
UEFI是BIOS的直接演进，其全称为统一可扩展固件接口（Unified Extensible Firmware Interface）。它最初是由英特尔推动的标准，并于2002年由UEFI论坛正式确立，包括AMD、苹果、戴尔、联想和微软在内的众多公司都参与了其开发。
UEFI 的目标很明确：通过提供一个更加灵活、安全且能够处理现代硬件的环境来取代 BIOS。UEFI固件使用 C 语言编写，运行于 32 位或 64 位系统，并且可以驻留在任何非易失性存储器中，而不仅仅是传统的 CMOS 芯片。
实际上，UEFI 的基本功能与 BIOS 相同：初始化硬件、验证一切是否正常工作、识别启动设备并启动操作系统。区别在于，UEFI 添加了一系列额外的服务：它拥有自己的启动管理器、原生网络支持、加载第三方实用程序的功能、安全启动、对 GPT 分区磁盘的支持等等。
视觉上的变化显而易见。UEFI界面通常提供带有图标的图形菜单、鼠标支持、多语言支持，甚至还有动画和声音效果。一些主板甚至允许用户查看温度、电压和风扇曲线的实时信息，或者集成小型诊断工具。
BIOS 和 UEFI 之间的明显区别
如果你只是注意到启动时按下某个键就可以“进入 BIOS”，那么一切似乎都一样，但传统的 BIOS 和 UEFI 固件之间存在着相当深刻的变化，无论是在你看到的内容上，还是在底层发生的变化上。
最明显的区别在于界面。传统的BIOS界面简洁，以文本为主，只能通过键盘操作。而UEFI则提供了一个类似于轻量级操作系统的图形界面，支持鼠标操作，并且通常提供面向新手用户的“基础”界面和面向需要更精细控制的用户的“高级”界面。
另一个关键区别在于连接性。UEFI可以独立连接到互联网，即使不启动操作系统，也能更新固件或访问网络服务。这使得即使在未启动 Windows 或 Linux 系统的计算机上，也能使用远程维护工具。
从代码角度来看，BIOS 仅限于 16 位，而 UEFI 则直接以 32 位或 64 位运行。这使其能够处理更多内存、并行运行更多设备，并加快启动速度，从而缩短从按下电源按钮到看到桌面所需的时间。
对于最终用户而言，另一个非常实用的变化是UEFI 集成了自己的启动管理器，能够处理多个操作系统和多个启动项，而无需依赖传统的 MBR 方案。这一点与 GPT 分区的使用相结合，我们将在后面详细讨论。
UEFI模式相对于BIOS的主要优势
除了美观之外，UEFI 还提供了一系列技术优势，这也解释了为什么制造商纷纷大规模转向 UEFI。在大多数现代计算机上，如果可以选择 UEFI 和传统 BIOS，除了特定情况外，显然应该使用 UEFI 。
其中一项关键改进在于对用户时间的尊重：启动速度通常快得多。得益于其现代化的架构，UEFI 可以同时初始化多个设备，因为它以 32/64 位运行，拥有更大的可用地址空间。这在拥有大量磁盘或控制器的系统中尤为明显。
另一个关键优势是存储支持。UEFI可以与GPT 分区磁盘无缝协作，允许您使用大于 2TB 的硬盘，并在单个磁盘上创建多达 128 个主分区，而无需扩展分区或任何其他变通方法。
在安全领域，UEFI 引入了众所周知的安全启动功能。该功能会对启动期间运行的代码进行加密验证，并阻止启动未经签名或篡改的系统，从而降低在操作系统自我防御之前，被恶意启动工具包和恶意软件攻击的风险。
我们也不应忽视其可扩展性。UEFI采用模块化设计，可以通过第三方驱动程序和应用程序进行扩展，例如超频工具、诊断工具、小型媒体播放器或嵌入式网络客户端。此外，由于驱动程序可以直接与固件关联，操作系统无需加载某些驱动程序，从而简化了操作系统的运行并提高了整体性能。
最后，在维护方面，UEFI 支持在许多专业平台上进行远程管理和网络访问，因此即使操作系统损坏或主磁盘发生故障，技术人员也可以对服务器或 PC 进行干预。
UEFI的常见局限性和问题
综上所述，UEFI 似乎完美无缺，但没有哪个系统是绝对可靠的。UEFI也可能带来一些问题，尤其是在混合使用不同模式或与旧版操作系统配合使用时。
首先，UEFI 主要面向 64 位系统。虽然也有针对 32 位系统的特定实现，但实际上，现代计算机经常会遇到问题，甚至根本无法启动较旧的 32 位系统，尤其是在磁盘格式化为 GPT 且启用了安全启动的情况下。
从安全角度来看，需要澄清一点：虽然带有安全启动的 UEFI 提高了安全性，但并非绝对安全。UEFI 固件存在一些特定的威胁，例如某些持久性木马程序，它们安装在系统底层，即使格式化、重装系统甚至更换硬盘，由于它们驻留在主板上，因此仍然能够存活。
另一个问题来源是启动配置丢失或意外更改。简单的 UEFI 重置（使用按钮、跳线或电池）可以将主板恢复到出厂设置，从而改变启动模式（UEFI/Legacy），即使数据完好无损，也可能导致 Windows 无法启动。
最后，为了兼容非常老旧的硬件，有时需要启用传统模式（CSM），但这可能会与 GPT 磁盘或预期以纯 UEFI 启动的现代系统发生冲突。简而言之，它提供了强大的功能，但也带来了更多需要管理的变量。
安全启动：它是什么以及它如何融入这一切
安全启动值得单独一节讨论，因为它引发了很多问题。它本身并非 Windows 的一项功能，而是 UEFI 标准的一个组成部分，现代系统（包括 Windows 8 及更高版本，以及许多最新的 Linux 发行版）都能够利用这一标准。
安全启动背后的理念相对简单：在启动过程中，固件仅执行使用可信加密密钥签名和验证过的代码。这包括操作系统引导加载程序，以及在某些情况下，在操作系统启动之前加载的可选驱动程序。
如果某个程序试图在未使用已识别密钥签名的情况下启动，UEFI 会直接拒绝授予其控制权限。这使得攻击者难以未经许可从 USB 加载备用系统来读取磁盘，也使得恶意软件难以修改引导加载程序使其在防病毒软件之前运行。
这种机制最初出现时曾引起争议，因为它最初排除了许多非Windows系统和较旧的Linux发行版。因此，现代主板通常会包含传统兼容模式（CSM/Legacy）以及禁用安全启动的选项，从而允许安装非UEFI设计的系统。
目前，大多数知名的 64 位 Linux 发行版都已支持安全启动，因此只要固件密钥配置允许，它们就可以在 UEFI 模式下与 Windows 10/11 共存，而无需禁用安全启动。
MBR 和 GPT 分区：它们为何对 BIOS 和 UEFI 至关重要
讨论BIOS和UEFI时，不可避免地要提及磁盘上信息的组织方式。分区表定义了物理磁盘如何被划分为可用的分区，这里主要有两种分区方案：MBR和GPT。
在传统PC中，BIOS处理的是使用MBR（主引导记录）分区表的磁盘。这种格式起源于20世纪80年代，当时谈论多TB磁盘还只是科幻小说里的情节。MBR存储在磁盘的前几个扇区中，其中包含引导代码和分区描述等信息。
MBR 有几个重要的限制：它最多只允许 4 个主分区（或者 3 个主分区和 1 个包含内部逻辑驱动器的扩展分区），并且每个分区不能超过 2 TB。此外，由于信息集中在一个位置，如果 MBR 损坏，您可能会失去对所有分区的访问权限。
UEFI 引入了 GPT（GUID 分区表）。GPT的设计初衷正是为了克服 MBR 的局限性。它允许在单个磁盘上定义多达 128 个主分区，每个分区的理论大小可达数百 TB。
另一个关键区别在于其鲁棒性：GPT 在磁盘上存储了分区表的多个冗余副本，因此即使前几个扇区损坏，也不一定意味着整个分区结构都会丢失。这使得在出现错误时更容易恢复。
实际上，常见的组合是 BIOS+MBR 和 UEFI+GPT。纯 UEFI 启动的计算机通常要求系统磁盘格式化为 GPT，并带有相应的EFI 启动分区。相比之下，传统的 BIOS 启动模式通常适用于 MBR 磁盘。
什么时候使用分区并从MBR切换到GPT（反之亦然）才有意义？
分区操作不仅仅是一个技术问题；它直接影响您组织数据的方式以及您可以安装的操作系统。在某些情况下，修改分区表几乎是必不可少的。
一个典型的例子是多重启动。如果你想在同一台计算机上安装多个操作系统——例如 Windows 和 Linux——你需要为每个操作系统分配一个清晰定义的分区（或分区集），并且分区方案必须与你使用的启动模式兼容。
另一种常见情况是，您已经创建了分区，需要调整其大小、删除或移动它们，以便为新的操作系统或数据分区腾出空间。在这种情况下，任何错误的操作都可能导致数据丢失，因此最好格外谨慎，事先做好备份，并尽可能使用专业的软件。
当您想将操作系统克隆到另一个磁盘时，通常也需要使用分区，以便在发生灾难时能够完全恢复到之前的状态。在这种情况下，源磁盘和目标磁盘的分区类型（MBR/GPT）和启动模式（BIOS/UEFI）必须匹配，以避免系统无法启动。对于这些操作，通常需要参考相关指南来了解如何正确克隆系统。
从 MBR 切换到 GPT（反之亦然）是可行的，但其中存在一些问题。在很多情况下，除非使用支持即时转换的专用工具，否则这需要擦除磁盘上的所有内容。此外，如果不遵循特定且较为复杂的步骤，您无法对正在启动 Windows 的磁盘进行“热转换”；因此，市面上有很多关于如何安全操作的指南。
操作系统与 BIOS/UEFI 和 MBR/GPT 的兼容性
固件、分区模式和操作系统兼容性是一个值得了解的复杂问题。并非所有系统都能以 UEFI 启动，并非所有系统都支持 GPT 分区表，也并非所有系统都能很好地支持安全启动。
从 Windows XP 及更早版本开始，它们仅支持 BIOS 和 MBR 模式。它们无法以 UEFI 模式启动，也无法作为主操作系统安装在 GPT 磁盘上。Windows Vista 引入了初步的 UEFI 支持，但直到 Windows 7，尤其是 Windows 8，才真正确立了对 UEFI 的支持。
在现代环境下，从 Vista 开始的 64 位 Windows 系统即可兼容 GPT 磁盘；而从 Windows 8 开始，推荐使用 UEFI 安装并创建 EFI 系统分区。事实上，经过认证的计算机，即使预装了最新的 Windows 版本，出厂时通常也已启用 UEFI 和安全启动，并且磁盘分区格式为 GPT。
就 Linux 而言，目前的 64 位发行版通常同时支持 UEFI 和 GPT，很多情况下甚至支持安全启动。然而，一些非常老的发行版或 32 位版本可能需要禁用安全启动，甚至强制使用传统 BIOS 模式才能正常工作。
需要注意的是，将操作系统安装到一种启动模式后再切换到另一种启动模式并非明智之举。例如，如果您在 MBR 分区上以 BIOS 模式安装了 Windows，然后启用不带 CSM 的纯 UEFI 模式，计算机很可能无法启动。反之亦然：如果您在 GPT 分区上以 UEFI 模式安装了 Windows，但仅禁用 UEFI 和安全启动，则 Windows 将无法在传统模式下启动。
如何判断你的电脑使用的是BIOS还是UEFI
如果您不确定电脑使用的是哪种操作系统，无需打开机箱或胡乱猜测。Windows提供了几种简便的方法来检查您使用的是传统 BIOS 还是 UEFI，以及磁盘格式是 MBR 还是 GPT。
最快捷的方法之一是通过“系统信息”工具。 从“开始”菜单中，您可以搜索“系统信息”或运行 msinfo32在主摘要中，您会看到一个名为“BIOS 模式”的字段。
如果该字段中显示“Legacy”或类似字样，则表示 Windows 以传统 BIOS 模式启动。如果显示“UEFI”，则表示系统已安装并配置为使用 UEFI 固件，可能使用 GPT 磁盘和 EFI 启动分区。
另一种有效的方法是磁盘管理。 打开 diskmgmt.msc 检查安装 Windows 的磁盘。如果您看到一个 FAT32 格式的小型“EFI 系统”分区，以及另一个为 Microsoft 保留的分区和主 NTFS 分区，那么您看到的是在 GPT 上以 UEFI 模式安装的系统。
但是，如果您只看到一两个主要的 NTFS 分区，而没有看到 EFI 分区，则Windows 很可能安装在 BIOS/MBR 分区表中。要确认这一点，您可以使用分区工具或 Windows 命令行。
甚至还有一种基于安装日志文件的“取证”方法。 在文件夹中 C:\Windows\Panther 文件已保存 setupact.log 其中包含安装过程中检测到的启动环境的详细信息。通过筛选该文件，使用字符串“检测到的启动环境”，您可以查看系统是安装在 BIOS 环境还是 EFI 环境中。
如何从 Windows 访问 UEFI 或 BIOS
如今，访问固件不再像以前那样，只需在启动时狂按 F2 或 Delete 键即可，尤其是在启动速度极快的计算机上。Windows 10 和 11 提供了直接进入 UEFI 设置的途径，无需像忍者一样快速操作。
最“干净”的方法是通过 Windows 设置。依次点击“开始”→“设置”→“更新和安全”→“恢复”。在“高级启动”部分，你会找到一个“立即重启”按钮，点击后会进入一个特殊的启动菜单。
重启后，您会看到几个选项。选择“疑难解答”→“高级选项”→“UEFI 固件设置”，然后点击“重启”。设备将直接启动到固件设置界面，您可以在此更改启动参数、启用或禁用安全启动等。
有一个非常方便的快捷方式：按住Shift键，同时点击“重启”，无论是从“开始”菜单、登录屏幕，甚至是熟悉的Ctrl+Alt+Delete组合键点击。这样就能直接进入“高级启动”菜单，无需任何麻烦。
如果您更喜欢使用命令行，那也是可以的。 以管理员权限打开命令提示符并运行 shutdown.exe /r /oWindows 会警告您它将重新启动以进入高级选项，您也可以从中访问 UEFI。
对于那些经常进行这些调整的人来说， 你甚至可以创建一个桌面快捷方式来运行 shutdown /r /fw /t 1双击该图标，系统将重新启动并直接进入固件设置，无需经过任何其他菜单。
当出现问题时重置 UEFI 设置
在不了解每个设置的具体作用的情况下随意调整 UEFI 设置可能会导致计算机无法启动。如果发生这种情况，您始终可以将配置恢复到出厂默认设置，通常可以通过以下三种方法之一来实现。
有些厂商会在主板上集成一个物理的UEFI重置按钮，甚至有些按钮可以从机箱外部触及。在电脑关机并拔掉电源线的情况下，按住该按钮几秒钟通常足以清除自定义设置。
另一种经典方法是调整主板跳线。通过暂时改变用于清除配置的跳线位置（具体操作方法请参阅主板手册），并将计算机断电几秒钟，UEFI 就会丢失已保存的设置并恢复到默认状态。
最“传统”的方法是取出主板上的CMOS电池。在电脑断电的情况下，取出CMOS电池约10-15秒，然后再装回去。这段时间通常足以让固件忘记之前的配置。
在这三种情况下，如果你还能访问配置信息，最好事先将其记录下来或拍照，这样问题解决后就可以将一切恢复原状。
UEFI升级：何时值得升级？
鉴于操作系统和驱动程序更新如此重要，人们自然会想知道UEFI是否也需要频繁更新。简而言之：只有在有充分理由的情况下才需要更新。
一般来说，如果您的计算机运行正常，且没有遇到兼容性问题或严重故障，则无需更新 UEFI 。虽然现代主板相比旧版 BIOS 有了很大的改进，但固件更新失败仍然存在重大风险。
当制造商发布新版本修复您遇到的特定错误、提高与新处理器或内存的兼容性，或解决重大安全漏洞时，考虑升级可能就很有意义了。
要查看您的固件版本，可以在系统信息工具中查看“BIOS 版本和日期”字段。然后，将其与主板或笔记本电脑制造商网站上提供的最新版本进行比较。
但是，如果您的电脑在更换组件后出现故障——例如，升级内存或安装高性能显卡后——问题可能是由于物理不兼容或主板限制造成的，而不一定是UEFI版本的问题。建议在尝试固件更新之前排除这些可能性。
了解 BIOS、UEFI、安全启动、MBR 和 GPT 的整个框架不仅仅是出于技术好奇心；它能让你掌握如何安装系统、如何组织磁盘以及在系统停止启动时应该（或不应该）进行哪些操作的工具，从而使你更接近于能够驾驭任何经手电脑的技术人员的形象。
