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UEFI LogoDie Abkürzung "EFI" steht für "Extensible Firmware Interface" oder auf deutsch "Erweiterbare Firmware Schnittstelle". EFI ist der offizielle Nachfolger des betagten BIOS (Basic Input/Output System) auf Computer Hauptplatinen.

Was ist das BIOS?

Beim einschalten des Computers werden zwar alle Bauteile mit Strom versorgt, aber keines "weiß", was es machen soll. Genau hier greift das BIOS ein. In einem wiederbeschreibbaren Speicher (EEPROM Chip oder auch in einem Flash-Speicher) ist ein kleines Programm abgelegt, das automatisch beim einschalten gestartet wird. Das Programm prüft zuerst grob, ob alle wichtigen Bauteile (Prozessor, Speicher, Grafikkarte, Festplatte) vorhanden und "ansprechbar" sind. Ansonsten bricht der Start gleich mit einer Fehlermeldung (Pieptöne) ab. Sind alle Bauteile einsatzbereit, werden einfache Treiber dafür gestartet, damit diese überhaupt funktionieren. Damit ist der Computer eigentlich benutzbar. Nun sucht das BIOS den so genannten Bootdatenträger, meist auf der Festplatte, und führt den darauf vorhandenen Bootsektor aus. In diesem Bootsektor ist nun ein weiteres Programm abgelegt, welches den Start des Betriebssystems durchführt.
Ist das Betriebssystem geladen, übernimmt dieses die Kontrolle über den Computer und bindet die eigenen Treiber für alle Bauteile ein.

Warum soll das BIOS nun abgelöst werden?

Das BIOS wurde zu Beginn des Computerzeitalters im Jahr 1981 entwickelt und wurde seit dem nur wenig verändert. Im Gegenteil, um das BIOS an die aktuellen Bedürfnisse anzupassen, wurden meist mehr schlecht als recht Funktionen in das BIOS eingefügt.
Jeder der schon einmal in das BIOS geschaut hat, fühlt sich direkt in die Computersteinzeit zurück versetzt. Grafische Benutzersteuerung? Fehlanzeige. Mausbedienung? Fehlanzeige. Jeder Schritt muss mit der Tastatur durchgeführt werden. Darüber hinaus ist alles sehr unübersichtlich.
Heute befinden sich fast nur noch 64-Bit Prozessoren in den aktuellen Computern. Auch der Absatz von 64-Bit Betriebssystemen steigt stark an, zumal erst damit der heute zur Verfügung stehender Arbeitsspeicher komplett verwendbar ist. Das BIOS arbeitet aber nur im 32-Bit Modus und hat somit entsprechende Einschränkungen.
Seit 2010 kommen noch weitere BIOS-Probleme dazu, an die 1981 keiner gedacht hat: der Festplattenspeicher überschreitet nun die 3 TB (Terabyte) Grenze und scheitert somit wieder an der 32-Bit Adressierung. Mit 32-Bit lassen sich 2³² Sektoren mit je 512 Byte ansprechen, was eine maximale Größe von 2 TB entspricht. So große Festplatten lassen sich mit einem BIOS nur noch über Tricks und Umwege verwenden. Einige Hersteller vergrößern z.B. die Sektorgröße, was aber auch nicht ideal ist.

Was macht EFI besser?

EFI ist ein 64-Bit Programm und beseitigt damit schon einmal alle 32-Bit Probleme wie viel Arbeitsspeicher, oder große Festplatten. Mit 64-Bit lassen sich z.B. 264 Sektoren mit 512 Byte verwalten, was einer Festplattengröße von 9 Zettabyte entspricht. Des Weiteren ist EFI ein modernes Produkt mit grafischer Benutzeroberfläche und leichter (Maus) Bedienung. Aber auch sonst hat sich einiges verändert, hier ein paar Beispiele:

  • Netzwerkmodul enthalten. Dadurch kann eine Fernwartung schon vor dem Betriebssystem-Start durchgeführt werden
  • Unterstützt hochauflösende Grafiken schon beim Start
  • Treiber können als Modul in das EFI integriert werden und werden nicht mehr nur dem Betriebssystem überlassen. Dadurch werden Betriebssystem unabhängige Treiber möglich
  • Macht Bootloader für verschiedene Betriebssysteme unnötig. Im EFI kann das zu startende Betriebssystem gewählt werden.
  • DRM (Digital Rights Management) – Integriert auf Wunsch ein digitales Rechtemanagement
  • Netzwerkbootsystem (Preboot Execution Environment)
  • Es ist eine Shell integriert, über die spezielle Applikationen gestartet werden können - Dateianhang "*.efi"
  • Es ist eine sichere Umgebung, so genannte Sandbox vorhanden. Dadurch kann das System bereits mit EFI laufen und nicht im Betriebssystem
  • Einführung einer neuen Partitionstabelle. Der alte "Master Boot Record" wird durch die flexiblere "GUID Partition Table" abgelöst

Was ist Unified EFI (UEFI)?

EFI ist eigentlich eine Entwicklung des Prozessorherstellers "INTEL". Intel hat EFI bis zur Version 1.10 entwickelt. Dementsprechend waren die Ersten Versionen auch hauptsächlich auf INTEL Hauptplatinen ausgerichtet. Für einen breiten Erfolg ist das natürlich zu wenig. Im Jahr 2005 wurde daher das "Unified EFI Forum" (UEFI) gegründet. Das ist ein Zusammenschluss einiger wichtiger Firmen wie die Prozessorhersteller INTEL und AMD, die Soft- und Hardwareentwickler Microsoft, Apple, HP, IBM, Lenovo und Dell sowie die BIOS Hersteller American Megatrends und Phoenix Technologies. UEFI hat von Intel die Rechte übernommen EFI weiter zu entwickeln. Im Jahr 2006 erschien die UEFI Version 2.0 als erste Kooperation aus dem gegründeten UEFI Forum. Im Mai 2009 erschien die derzeit aktuelle Version 2.3.

Wie sieht es mit der Kompatibilität aus?

Aktuelle 64-Bit Microsoft Windows-Betriebssysteme ab Vista Service Pack 1 sind voll kompatibel mit UEFI und sollten problemlos damit zusammen arbeiten. Auch neue Linux und MAC-OS Betriebssysteme unterstützen UEFI.
Anders sieht es z.B. bei 32-Bit Windows Versionen aus. Hier wird eine BIOS-Emulation benötigt. Ein solches "Compatibility Support Module" (CSM) stellen normalerweise die Betriebssystemhersteller zur Verfügung. Microsoft wollte aber für Windows XP oder auch für Windows Vista 32-Bit kein solches Modul bereitstellen.
Der Hersteller Apple setzte schon früh auf seinen MAC-Computern mit Intel Prozessoren UEFI ein. Das hätte aber zur Folge gehabt, dass Apple kein Microsoft Windows 32-Bit Betriebssystem wie Windows XP verwenden konnte. Somit entwickelte Apple mit "Boot Camp" eine eigene BIOS-Emulation.

Was kann UEFI?

Oben in der Aufzählung sind bereits die wichtigsten Eigenschaften von UEFI aufgeführt. Zu den wichtigsten Neuerungen gehört mit Sicherheit die Einbindung der Hardwaretreiber bereits vor dem Betriebssystemstart. Dadurch brauchen die Hardwareentwickler in Zukunft nicht mehr für jedes Betriebssystem spezielle Treiber zu entwickeln. Es wird nur noch ein UEFI-Treiber benötigt und die Hardware wird einwandfrei in das Betriebssystem eingebunden. Macht eine Hardware Probleme, kann UEFI hier gleich reagieren und diese deaktivieren. Eine solche Hardware bringt dann nicht den ganzen Rechner zum Absturz.
Eine weitere wichtige Eigenschaft ist die Netzwerkfunktion bereits vor dem Betriebssystem start. Dadurch kann bereits beim Startvorgang eine Verbindung für eine Fernwartung oder ein Viren- oder Firmwareupdate aufgebaut werden.

UEFI beschleunigt zudem den Rechnerstart gegenüber einem Rechner mit BIOS. Der Startvorgang erfolgt in drei Schritten:

  1. Pre-EFI Initialization (PEI) = Es werden die Hauptkomponenten aktiviert (CPU, Speicher und Chipsatz)
  2. Driver Execution Environment (DXE) = Die Treiber aller Hardwarekomponenten werden eingebunden. Das geschieht parallel und geht somit deutlich schneller als beim BIOS Start.
  3. Betriebssystem-Start = UEFI "weiß" wo das Startlaufwerk ist und spricht dieses sofort an. Das BIOS musste erst die Laufwerke in der angegebenen Startreihenfolge nach dem Bootsektor absuchen.

Beim Betriebssystemstart fällt dann auch die Einbindung der Treiber weg, da diese bereits im UEFI eingebunden wurden.

Gibt es auch Nachteile?

Nun ja, um derzeit echte Nachteile aufzuführen ist es wahrscheinlich noch zu früh. Dafür gibt es noch zu wenige Computer mit UEFI. In Kritik steht allerdings genau die oben beschriebene Netzwerkfunktion gleich beim Rechnerstart. Im schlimmsten Fall könnte man vom Betriebssystem unbemerkt eine Verbindung zu einem anderen Rechner aufbauen um Daten zu klauen oder zu manipulieren. Ob das wirklich möglich ist, wird die Zukunft zeigen.
Des Weiteren besitzt UEFI die Möglichkeit ein DRM-System (Digital Rights Management) zu integrieren. Damit ist z.B. denkbar, dass der Computer beim Start schon prüft, ob rechtmäßige Software eingesetzt wird und wenn nicht, gegebenenfalls den Betriebssystem start unterbindet.

Gibt es Alternativen?

Das betagte BIOS abzulösen wird von vielen versucht. Am bekanntesten sind wohl die so genannten "Open-Source-BIOS" Entwicklungen. Das sind Entwicklungen freier Programmierer, die Ihre Werke kostenfrei anbieten.  "Open-Source" steht für "Offener Programmcode". Der Programmcode wird also frei weiter gegeben und kann im Prinzip von jedem verändert und erweitert werden. Hier sind wohl die Entwicklungen "OpenBIOS" und "coreboot (ehemals LinuxBIOS)" am bekanntesten.
Da bei UEFI allerdings Firmen mit viel Geld und Einfluss beteiligt sind, wird dieses mit Sicherheit die "echte" BIOS-Nachfolge antreten.

Wann wird UEFI das BIOS ablösen?

Die Ersten Hauptplatinen mit UEFI werden bereits seit 2010 verkauft. Allerdings noch in geringen Stückzahlen. Apple setzt bereits auf seinen aktuellen iMAC Computern UEFI ein. Im Jahr 2011 sollen nach und nach alle neuen Hauptplatinen mit UEFI ausgeliefert werden. Es wird angestrebt, dass bis zum Jahr 2015 über 90 % aller Rechner mit UEFI ausgestattet sind.

Fazit:

Das BIOS ist Tod, es lebe UEFI. So könnte man die aktuelle Lage beschreiben. In anbetracht des Alters ist es sicher auch eine gute Entscheidung das BIOS endlich abzulösen. Zumal die Computer-Entwicklung nicht anhält. Heute sind Computer mit 4 GB Hauptspeicher schon fast Standard. Nun kommen die 3 TB Festplatten und das wird sicher noch nicht das Ende sein. Da kommen 32-Bit Programme einfach nicht mehr mit.
Ob es nun unbedingt UEFI als BIOS-Ersatz sein muss, bleibt dahingestellt. Die "Open-Source-BIOS" Entwicklungen sind mit Sicherheit genau so gut. Nur wer den Einfluss und das Geld hat, bestimmt auch die Richtung. Da im UEFI-Forum fast alle bekannten Soft- und Hardwarehersteller beteiligt sind, wird UEFI auch der nächste Standard für Hauptplatinen werden.

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