UEFI – das bessere BIOS

Das Basic Input/Output System (BIOS) hat vor rund 30 Jahren das Licht der Welt erblickt — und sich seitdem kaum verändert. Charakteristisch für das BIOS sind der blaue Hintergrund und die Klötzchenschrift.

Anfangs hatte das BIOS noch die Aufgabe, zwischen Hardware und Software zu vermitteln — auch während das Betriebssystem lief. Mittlerweile ist das BIOS jedoch fast nur noch dafür da, die Hardware einzuschalten und dann die Kontrolle an das Betriebssystem mit seinen Treibern zu übergeben.

In diesem Jahr zeichnet sich eine Wende ab. Denn das BIOS ist mit seinen Fähigkeiten komplett am Ende. So kommt es beispielsweise nicht mehr mit Festplatten zurecht, die größer sind als 2 TByte. Das Unified Extensible Firmware Interface — kurz UEFI — wird das BIOS ablösen.

War UEFI bislang nur vereinzelt anzutreffen, finden sich seit März 2011 in Elektronikmärkten wie Saturn bereits eine Reihe von PC-Systemen mit UEFI. Denn mit den neuen Prozessorgenerationen Sandy Bridge von Intel und Fusion von AMD setzen immer mehr Mainboard-Hersteller auf UEFI.

Grund: Die meisten neuen PCs und Betriebssysteme unterstützen nun vollständig 64 Bit.

Wer sich also im März oder April 2011 einen neuen PC angeschafft hat, besitzt mit hoher Wahrscheinlichkeit bereits ein System mit UEFI — wenn im PC die neueste Hardware verbaut wurde.

Die Intel-Welt hat schon nahezu komplett auf UEFI umgestellt. Das bedeutet: Fast alle neuen Mainboards für Intels Sandy-Bridge-Prozessor sind mit UEFI ausgerüstet.

Einer der wenigen Hersteller, der seine Mainboards für diesen Prozessor momentan noch mit dem klassischen BIOS ausrüstet, ist Gigabyte. Aber auch dieser Hersteller will noch in diesem Jahr komplett auf UEFI umsteigen.

Bei AMD-Prozessoren ist die Zahl der Mainboards mit UEFI noch relativ überschaubar. Zwar steigen auch hier die Hersteller bei den Fusion-Prozessoren langsam auf UEFI um, die Anzahl der Hersteller von AMD-Mainboards mit UEFI beschränkt sich derzeit jedoch noch auf Asrock, Asus und MSI.

Die Abkürzung UEFI steht für Unified Extensible Firmware Interface. Auf Deutsch heißt das: vereinheitlichte erweiterbare Firmware-Schnittstelle.

UEFI kann man sich als Mini-Betriebssystem mit grafischer Bedienoberfläche vorstellen. Es arbeitet mit 64 Bit und übernimmt auf dem Mainboard die Aufgabe des BIOS, es vermittelt also zwischen Hardware und Betriebs­system.

Anders als beim BIOS sind im UEFI bereits die wichtigsten Treiber eingebunden. Damit lässt sich zum Beispiel der Netzwerkanschluss schon vor dem

eigentlichen Systemstart nutzen — um etwa ein UEFI-Update durchzuführen, zu surfen oder über das Netzwerk zu booten.

Theoretisch können die Treiber für UEFI (EFI-Treiber) auch vom Betriebssystem weiterverwendet werden, derzeit sind jedoch nur sehr wenige EFI-Treiber verfügbar. Aus diesem Grund benötigen Sie auch bei einem UEFI-PC entsprechende Win­dows-Treiber.

Das BIOS ist 30 Jahre alt und hat schon so manche Probleme verursacht. Etwa mit den immer größer werdenden Festplatten. Bisher ließen sich viele der Probleme mit BIOS-Updates oder Zusatzsoftware lösen. Damit ist jetzt Schluss.

Mit den aktuellen 3-TByte-Festplatten ist eine Speichergrenze erreicht, die sich nicht einfach mit einem Update überwinden lässt. Das BIOS verwendet nämlich einen 32 Bit breiten Adressraum für die Verwaltung von Festplatten. Das BIOS kann also nur Festplatten mit einer maximalen Speicherkapazität von 2^32*512 Byte verwalten. Das entspricht einer Größe von 2199 GByte. Ein PC ohne UEFI kann also auch nicht von einer Festplatte mit mehr als 2 TByte booten.

Da UEFI mit 64 Bit arbeitet, steht ihm ein deutlich größerer Adressraum zur Verwaltung von Arbeitsspeicher und Festplatte zur Verfügung. Die maximal mögliche RAM-Menge beträgt also 2^64*8 Bit. Damit ist UEFI in der Lage, bis zu 16 Exabyte Arbeitsspeicher zu verwalten.

Bei einer Festplatte mit 512 Byte pro Sektor ergibt sich eine maximale Größe von 2^64*512 Byte. UEFI kann also Festplatten bis zu 8192 Exabyte verwalten. Derzeit kann das Windows-Dateisystem allerdings nur 18 Exabyte ansprechen.

UEFI hat meist eine hochaufgelöste grafische Bedienoberfläche, die sich komfortabel mit der Maus bedienen lässt. Wie unter Windows findet der Anwender in UEFI diverse Icons, über die sich die einzelnen Funktionen aufrufen lassen. Über Registerkarten, Schieberegler und Dropdown-Menüs konfigurieren Sie die PC-Hardware.

Praktisch: Die Hardware-Hersteller können in UEFI auch Tools einbauen. Beim UEFI von MSI etwa sind ein RAM-Test, Spiele und ein Backup-Programm dabei. Um die Spiele und das Backup-Programm aus UEFI heraus zu starten, muss allerdings die Treiber-CD im Laufwerk liegen.

UEFI benötigen Sie vor allem dann, wenn Sie von einer Festplatte booten wollen, die größer als 2 TByte ist, oder wenn Sie den Boot-Prozess von Win-dows deutlich beschleunigen wollen.

Rund die Hälfte der gesamten Boot-Zeit eines PCs wird vom BIOS belegt. Während dieser Zeit initialisiert das BIOS nacheinander die CPU, den Arbeitsspeicher, den Chipsatz, die Grafikkarte, die Festplatte, das DVD-Laufwerk und alle anderen Systemkomponenten. Dabei finden teilweise Funktionsprüfungen der Hardware-Komponenten statt. Am Ende sucht das BIOS auf den Laufwerken in der angegebenen Startreihenfolge nach dem Bootloader. Bei Festplatten befindet er sich im Master Boot Record (MBR).

Wenn hingegen ein UEFI-PC gestartet wird, findet der BootVorgang in drei Schritten statt. Nach dem Einschalten des PCs startet im ersten Schritt die Pre-EFI Initialization (PEI). Dabei werden die Hauptkomponenten des PCs — CPU, RAM und Chipsatz — eingeschaltet. Im zweiten Schritt wechselt der PC in das Driver Execution Environment (DXE). In diesem Zustand werden parallel die Treiber für die Hardware-Komponenten eingebunden, die Windows anschließend übernimmt. In der dritten Phase wird das Betriebssystem gestartet. Da UEFI weiß, welches das Startlaufwerk ist, entfällt die zeitintensive Suche nach dem Bootloader — Windows wird sofort gestartet. Statt des Startlaufwerks wird also nur noch der Bootloader von Windows angegeben.

Da UEFI noch nicht lange auf dem Markt ist, sind die Nachteile noch nicht voll abschätzbar. Es lassen sich jedoch Aussagen über verschiedene Funktionen treffen, die in UEFI bereits angelegt sind und integriert werden könnten.

So soll es möglich sein, ein digitales Rechtemanagement in UEFI zu implementieren, das für die Durchsetzung von Urheberrechten verwandt werden könnte.

Außerdem soll — so sagen Experten — die Netzwerkfunktionalität von UEFI ein Sicherheitsrisiko darstellen. Sie ließe sich beispielsweise dazu benutzen, um unbemerkt Daten vom Betriebssystem zu entwenden und über das Netzwerk zu verschicken.

Schon seit Längerem gibt es Bestrebungen, das betagte BIOS zu ersetzen. Die bekannteste Alternative ist Coreboot — ehemals Linux BIOS. Es handelt sich dabei um ein Open-Source-Projekt. Jeder kann sich den Quellcode herunterladen und theoretisch ein eigenes BIOS erstellen. Coreboot unterstützt rund 230 Mainboards. Eine Liste der unterstützten Plattformen finden Sie unter www.coreboot.org.

Alle 64-Bit-Versionen von Windows ab Vista mit Service Pack 1 sind vollständig mit UEFI kompatibel. Auch Linux unterstützt UEFI seit Kernel 2.6.25. Dafür ist allerdings ein Bootloader wie Elilo oder Grub2 nötig.

Eigentlich unterstützt ein 32-Bit-Win­dows kein UEFI. Mit einem Trick arbeitet aber auch XP mit UEFI zusammen. Mit Hilfe einer BIOS-Emulation lassen sich nämlich auch 32-Bit-Systeme auf einem PC mit UEFI installieren. Alle derzeit verfügbaren Mainboards enthalten so eine BIOS-Emulation — auch Compatibility Support Module (CSM) genannt.