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BIOSとUEFIの違い
BIOS(バイオス)とUEFI(ユーイーエフアイ)は、PCやサーバが起動する際に最初に動作するファームウェア(ハードウェア制御ソフト)です。
これらはOSの前段で動作し、ハードウェアの初期化とOSの起動を担当します。
UEFIはBIOSの後継として登場しました。
主な違い
| 項目 | BIOS | UEFI |
|---|---|---|
| 登場時期 | 1980年代〜 | 2000年代〜 |
| 操作性 | 文字だけの画面 操作は主にキーボード |
見た目がリッチ マウスも使える |
| 規格と対応するストレージ | MBR (ディスク容量は最大2TBまで) |
GPT (ディスク容量は事実上無制限) |
| 起動速度 | 遅い | 速い |
| セキュアブート | なし | あり |
| 拡張性 | 低い | 高い |
BIOS=昔の単純な起動方式
UEFI=高機能なOS起動プラットフォーム(ほぼOSの前段)
現在販売されているPCはほぼすべてUEFIを採用しており、BIOSは過去の仕組みになっています。
ただし設定画面をBIOS設定と呼ぶ習慣は今も残っています。
BIOSとは
BIOS(Basic Input/Output System)は、従来から使われているファームウェアです。
特徴
- 1980年代から使われている古い仕組み
- キーボード操作のみ(テキスト画面)
- 起動方式はMBR(最大2TB・パーティション4つ)
- 1つのブートローダに依存(柔軟性低い)
- 起動が比較的遅い
起動の流れ
- 電源ON
- CPUが決められたアドレスを実行
- BIOSが起動
- BIOSがハードウェア初期化(POST)
- BIOSが起動デバイスを選択
- 選択したデバイスの先頭512バイト(MBR)を読み込む
- MBR内のブートストラップコード(Stage1)を実行
- Stage2ブートローダ(GRUBなど)を起動
- ブートローダがカーネルをロード
- カーネル自身がOSが起動
ハードウェア初期化(POST)のPOSTとは、(Power-On Self Test)の略です。
行っていること
- メモリ(RAM)のチェック
- CPUの基本動作確認
- キーボード・画面の初期化
- ストレージ(HDD/SSD)の認識
- BIOS設定の読み込み
MBRとは、ディスクの先頭にあり、BIOSが最初に読む場所です。
カーネルをロードとは、OSの中心部分(カーネル)をメモリに置くことです。
UEFIとは
UEFI(Unified Extensible Firmware Interface)は、BIOSの後継規格です。
特徴
- BIOSの後継(現在の標準)
- マウス操作・GUIあり
- 起動ディスクはGPT(大容量対応・パーティション多数)
- 複数のブートローダ管理可能(Boot Manager)
- 起動が速い
- セキュリティ機能(Secure Boot)あり
- 拡張性が高く、ドライバやネットワーク機能も持つ
起動の流れ
- 電源ON
- CPUが決められたアドレスを実行
- UEFIが起動
- UEFIがハードウェア初期化(POST)
- UEFIドライバの読み込み
- UEFIがNVRAMのブートエントリを参照し、起動対象を選択
- EFIパーティション(ESP)をマウント
- 指定された.efiファイルを実行
- .efi(ブートローダ)がカーネルをロード
- カーネル自身がOSを起動
EFIパーティション(ESP(EFI System Partition))とは、UEFIがOSを起動するために必要なファイルを格納する専用の領域です。
.efiファイルとは、UEFIが直接実行できるプログラム(ブートローダ)です。
カーネルをロードとは、OSの中心部分(カーネル)をメモリに置くことです。
Secure Boot
Secure Bootは、署名されたOSのみ起動を許可する仕組みです。
署名されたOSとは、信頼できる発行元がデジタル署名したブートプログラム(.efi)を使って起動するOSのことです。
一般的には、Microsoftの署名が使われることが多いです。
Linuxは、shimというMicrosoft署名済みの中間ローダを使う事が多いです。
- 開発元(例:Microsoft)が秘密鍵で署名
- PC側は登録された公開鍵で検証(UEFIファームウェア内の鍵ストア)
- 一致すれば信頼できると判断
目的
- ブートローダ改ざん防止
- マルウェア対策(ブートキット対策)
BIOS互換モード(CSM)
UEFIにはLegacy BIOS互換モード(CSM)がある場合があります。
Windows 11のインストールおよび動作には、UEFIモード(セキュアブート対応)が必須であり、従来のBIOS互換モードであるCSMは原則として無効(Disabled)にする必要があります。
MBRとGPTとは
どちらもハードディスク(SSD含む)のパーティション情報をどう管理するかを定めた規格です。
MBR(Master Boot Record)
ディスクの先頭512バイトに、起動プログラムとパーティション情報をまとめて格納する古い方式です。
制限
- ディスク容量は最大2TBまで
- パーティションは最大4つ(基本パーティション)
- 4つ以上作りたい場合は拡張パーティションという工夫が必要
- 起動情報が1か所だけなので、壊れると起動不能になりやすい
特徴
- 1983年にIBMが策定した非常に古い規格
- BIOSと組み合わせて使う
- Windows10以前の古い環境やレガシーBIOS環境では必須
GPT(GUID Partition Table)
UEFIとともに登場した新しいパーティション管理方式です。
制限の緩和
- ディスク容量は理論上最大9.4ZB(ゼタバイト)→事実上無制限
- パーティションは最大128個(Windowsの場合)
- 64ビットのアドレス空間を使用
特徴
- パーティション情報をディスクの先頭と末尾の両方に保存(冗長化)→壊れにくい
- 各パーティションに固有のGUID(ID)が付く
- CRCチェックサムでデータ整合性を検証できる
- セキュアブートと組み合わせて使える
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