长沙重装系统技术分享MBR与GPT分区/传统BIOS与UEFI启动原理

之前有个新同事问我，什么是BIOS，简单说下，BIOS就是基本输入输出系统。那么英文解释也很简单，Basic（基本） Input Output System 。

   它为计算机提供最底层的、最直接的硬件控制，计算机的原始操作都是依照固化在BIOS里的内容来完成的。准确地说，BIOS是硬件与软件程序之间的一个接口或者说是转换器，负责解决硬件的即时需求，并按软件对硬件的操作要求具体执行。电脑使用者在使用计算机的过程中，都会接触到BIOS，它在计算机系统中起着非常重要的作用。一旦bios损坏，计算肯定无法启动，就需要刷新bios，当然更新bios，可以解决各种硬，软件兼容性问题。以前bios都是英文界面，稍微英语好点的，大概也能看懂，不用死记硬背。自从UEFIbios出现，图形化的界面，中文界面，大大降低了难度。
    
    如今新的技术层出不穷，玩电脑的朋友，如果一不及时补充知识，就会一头雾水，很多东西不知道是什么，下面介绍的这些就是不同与传统的一些新技术的基础知识，希望对一些没注意过这些知识的朋友有所帮助：
     一、MBR分区及操作系统启动原理

   大家常会看到硬盘分区中这样的几种说法：系统分区、启动分区、活动分区、主分区、拓展分区、逻辑分区，MBR、PBR、DPT、主引导扇区等。尤其是看到很多误导后，更会云里雾里，现在我力求用最简明的语言阐清几者之间的关系。若有错误之处还请不吝指出。
        首先，每个独立的硬盘都只有一个主引导扇区MBR（共512字节），记录着硬盘分区的信息。主引导扇区包括：BOOT LOADER（主引导程序，446字节）、DPT（硬盘分区表，64字节）、MN（幻数，2字节）。此扇区与是否已经分区无关，与安装的操作系统无关，硬盘都存在。PBR是分区引导记录，每个分区都有。
   其次，说一下各个分区的基本含义，上面说到DPT即分区表，总共有64个字节，每个分区参数占用16个字节，做个简单的除法可知：硬盘最多可分4个逻辑磁盘（独立互不干扰）。我们看到的硬盘分区可能会出现很多个，这是何故？这是引入拓展分区的缘故。独立互不干扰的4个逻辑磁盘，可以全部是主分区，即通常说的最多可分4个主分区；如果只有三个主分区，剩下的那个逻辑磁盘设成拓展分区，而拓展分区包括很多相互连接的逻辑分区（不像主分区那样独立自主）。一言以蔽之，硬盘分区包括主分区+拓展分区。拓展分区=很多逻辑分区相加。
   再次，系统分区、启动分区、活动分区这三个分区之间的关系。其中系统分区、启动分区这两个名字好像起反了，系统分区中包含“启动文件”（NTLDR、BOOTMGR等），启动分区包含系统文件（比如Windows文件夹）。每次电脑启动时，必须有且仅有一个活动分区，装载活动分区里面的“启动文件”，因此活动分区就是系统分区。活动分区也必须是主分区
          

说到这基本澄清了“分区”的概念，下面介绍一下系统启动原理：
1.WindowsXP系统启动：开机自检——将MBR代码读入内存，管理权交给MBR-MBR读取分区表DPT——DPT读取硬盘中的活动分区(系统控制权交给该分区的PBR)。到这里为止和安装的系统无关，前面讲过活动分区就是系统分区，而系统分区里面含有“启动文件”（NTLDR）——接着读取同目录下的BOOT.INI文件（系统启动菜单管理文件）——进入WindowsXP系统。

2..Windows7系统启动：开机自检——将MBR代码读入内存，管理权交给MBR-MBR读取分区表DPT——DPT读取硬盘中的活动分区(系统控制权交给该分区的PBR)。到这里为止和安装的系统无关，前面讲过活动分区就是系统分区，而系统分区里面含有“启动文件”（BOOTMGR）——接着读取同目录下的BCD文件（启动配置文件）——交给启动分区的Winload.exe——进入Windows7系统。

3.WindowsXP和Windows7双系统启动：开机自检——将MBR代码读入内存，管理权交给
MBR-MBR读取分区表DPT——DPT读取硬盘中的活动分区(系统控制权交给该分区的PBR)。到这里为止和安装的系统无关，前面讲过活动分区就是系统分区，而系统分区里面含有“启动文件”（BOOTMGR）——读取同目录下的\BOOT\BCD和BOOT.INI文件——列出启动菜单：如果选择Windows7接下来由Winload.exe接管；如果选择WindowsXP接下来由NTLDR接管。
思考一个问题：为什么在Windows7的基础上装WindowsXP双系统后，只能进入WindowsXP？
答：系统安装过程中会更新PBR，WindowsXP系统将PBR修改成为适合WindowsXP的了，因此无法进入Windows7。
二、传统BIOS与新型EFI/UEFI BIOS的基本认识
传统BIOS的全称是Basic Input Output System，译为“基本输入输出系统”是电脑主板ROM芯片上的一段代码。按下电源后，计算机会进行加电自检（检测硬件是否正常）、初始化硬件（使硬件按照PC的架构工作）、启动OS Loader加载操作系统（由BIOS读取MBR上的Loader）、向系统及软件提供服务、硬件中断处理（硬件出现错误指令->中断一下->由BIOS提供正确执行结果）。   有必要澄清一下BIOS和CMOS的概念，上文说到BIOS是一段“代码”，当属软件范畴；而CMOS（Complementary Metal Oxide Semiconductor）译为“互补金属氧化物半导体”，是主板上的一块RAM芯片，当属硬件范畴。CMOS中存放系统参数，通常有“BIOS设置、CMOS设置”等不确切的说法，准确的说法应是：通过BIOS设置程序对CMOS参数进行设置。   新一代的电脑主板采用UEFI BIOS，EFI（Extensible Firmware Interfaces，译为可扩展固件接口）的概念最早由Intel提出，UEFI是EFI的升级版。EFI/UEFI BIOS与传统BIOS不同之处在于，可以用鼠标操作，具有多国语言版，开机自检后还会加载硬件在EFI中的驱动程序，不用操作系统负责驱动的加载工作,可视之为“微型系统”。   总结：新一代的BIOS取代传统BIOS是有依据的，坚信：新事物必将取代旧事物。但就目前来说仍是“传统BIOS”的天下。
三、GPT分区方案与传统MBR分区方案的区别
   目前的大部分电脑硬盘都是采用“MBR分区方案”，前面详细介绍过MBR磁盘，现在说一下GPT磁盘。
GPT全名Globally Unique Identifier Partition Table Format（GUID分区表），是源于EFI（可扩展固件接口） 使用的磁盘分区架构。现在用最直白的语言说明之——   二者比较：MBR磁盘最多允许存在4个主分区，并且支持磁盘最大容量为2TB；而GPT磁盘最多可允许存在128个主分区（在Windows系统中），支持磁盘的最大容量为18EB（1EB=1024PB=1024*1024TB）。每个GPT磁盘都存在Protective MBR，用来防止不能识别GPT分区的磁盘管理工具的破坏。对于Windows系统来说，“GPT分区方案”中的几个分区：MSR分区、ESP分区。前面提到的Protective MBR，在Windows系统中即为MSR分区，是必须存在的一个分区；ESP分区（非必须存在），是采用UEFI BIOS电脑的系统中，存放启动文件的分区（当然，还有其他文件）。    GPT “优缺点”并存。优点：支持更大的硬盘、更多的分区、单个分区大小更大、每个分区存在GUID、分区表自带备份。当然，GUID分区表也存在着不足，如下图所示：

   须知：硬件的发展速度总是令人吃惊的。几个TB的硬盘、EFI BIOS的电脑将会普及，GUID分区方案终将成为主流 。现在很多笔记本都是采用UEFI bios+windows8启动，为什么改win7很麻烦，就需要改成传动BMR才行。现在主流主板都是采用UEFI BIOS，所以新型BIOS趋势。

   为什么非要在UEFI+GPT模式下安装系统？
BIOS+MBR已经趋于淘汰，UEFI+GPT是大势所趋，从2012年开始绝大多数电脑都支持UEFI+GPT, 目前是一个过渡阶段，目前绝大多数电脑BIOS+MBR和UEFI+GPT都同时支持！因为BIOS+MBR已经跟不上硬件的发展了，比如:3T的单硬盘安装系统只能在UEFI+GPT模式下安装系统。如何用光盘，ghost ，8.1  10后续。
      FI 可扩展固件接口（Extensible Firmware Interface，EFI）是 Intel 为 PC 固件的体系结构、接口和服务提出的建议标准。其主 要目的是为了提供一组在 OS 加载之前（启动前）在所有平台上一致的、正确指定的启动服务，被看做是有近20多年历史的 BIOS 的继任者。

UEFI
UEFI，全称“统一的可扩展固件接口”(Unified Extensible Firmware Interface)， 是一种详细描述类型接口的标准。这种接口用于操作系统自动从预启动的操作环境，加载到一种操作系统上。
UEFI是由EFI1.10为基础发展起来的，它的所有者已不再是Intel，而是一个称作Unified EFI Form的国际组织。注意不是微软！这个对我们后面用GHOST装系统有重要影响！
这里因为我们的在WIN+INTEL+AMD里几乎都是UEFI，这里UEFI几乎代表了EFI，有时候就混在一起说了！当然苹果电脑的启动就应该叫EFI，不能叫UEFI哦！
BIOS已经趋于淘汰，UEFI是大势所趋，从2012年开始绝大多数电脑都支持UEFI,
目前是一个过渡阶段，目前绝大多数电脑BIOS和UEFI都同时支持！
        目前是一个过渡阶段，目前绝大多数电脑BIOS和UEFI都同时支持！
BIOS已经跟不上硬件的发展了，比如:3T的单硬盘安装系统只能在UEFI模式下安装系统！
总之相对BIOS来说UEFI就是我们的奥林匹克精神更高、更快、更强大！
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