Wissen: BIOS und UEFI in Theorie und Praxis

Ein altes Problem

Der Begriff BIOS ist eine Abkürzung für den englischen Begriff „Basic Input Output System“. Wie der Name vermuten lässt, ist das BIOS, dessen Konzept schon knapp 40 Jahre alt ist, die Schnittstelle zwischen der im Computer verbauten Hardware und der darauf ausgeführten Software. In einigen Fällen spricht man daher auch von der „Firmware“ des Computers. Das BIOS wird dabei auf der Hauptplatine eines Computers in Form eines Speicherchips platziert.

Das Ur-BIOS hat ein entscheidendes Problem beim Starten von frühen Computergenerationen gelöst, man spricht von einem so genannten Henne-Ei-Problem: Die Software, welche ausgeführt werden soll, ist meist auf irgendeiner Art Datenträger gespeichert, um diese Software vom Datenträger laden zu können, benötigt der Prozessor jedoch zuerst spezielle Software.

Das BIOS schaffte hier Abhilfe, in dem der zuvor manuell auszuführende Bootloader Bestandteil des auf dem Mainboard integrierten BIOS-Chips wurde. Somit konnte der Bootloader zuallererst geladen werden, welcher dann dem Prozessor erlaubte, auf alle angeschlossenen Datenträger zuzugreifen und Programme auszuführen.

Zwei wichtige Aufgaben

Das BIOS in heutigen Computern übernimmt im Kern immer noch seine zwei wesentlichen Aufgaben: Es führt den sogenannten POST (Power on Self Test) durch, der durch visuelle oder akustische Signale eventuell aufgetretene Fehler bei der Prüfung der Betriebsbereitschaft der Hardware an den Anwender übermittelt. Die zweite Aufgabe ist die Initialisierung der Hardware, also das Laden sowie das Übergeben der Kontrolle an das Betriebssystem.

Zudem stellt das BIOS grundlegende Funktionen zur Konfiguration der Hardware bereit. Dieses BIOS-Konfigurationsmenü ist es, was im allgemeinen Sprachgebrauch mit „BIOS“ bezeichnet wird. Hier lassen sich alle wichtigen Parameter der Hardware unabhängig vom Betriebssystem konfigurieren. Standardanwendungen sind z.B. das Festlegen des Bootlaufwerkes, die Auswahl von installierten Steckkarten oder das Setzen eines Kennworts, welches vor dem Laden des Betriebssystems eingegeben werden muss.

Aktuelle Computer mit BIOS erlauben es beispielsweise zusätzlich Befehlssätze von Prozessoren ein oder auszuschalten, Speicher- und CPU-Parameter zu ändern, um die Leistung des Computer zu steigern (Übertakten oder Overclocking) oder die Einstellungen der auf dem Mainboard integrierten Lüftersteuerung anzupassen.

Die Steuerung des BIOS erfolgt ausschließlich über die Tastatur. Die BIOS-Oberfläche erinnert auch heute noch an ein altes DOS-Programm und schreckt dadurch viele Laien ab.

Das UEFI als Erbe des BIOS

Wie im vorigen Paragraphen genannt, wurde der Funktionsumfang des Ur-BIOS durch immer weitere Einstellungsparameter- und Möglichkeiten erweitert, um die verschiedensten Geräte anzusteuern. Mit Einführung der 64-Bit-Hardware und 64-Bit-tauglichen Betriebssysteme kam das BIOS an vielen Stellen an seine Grenzen.

Der Nachfolger des BIOS trägt die Bezeichnung UEFI (Unified Extensible Firmware Interface), welches wiederum eine Weiterentwicklung des schon länger bestehenden EFIs (Extensible Firmware Interface) ist.

EFI wurde initial von Intel entwickelt, um die eigene IA64-64-Bit-Architektur zu verwenden, da das Ur-BIOS nicht kompatibel zu 64-Bit-Hardware ist. Im sogenannten UEFI-Forum sind seit 2005 nun alle wichtigen Chipentwickler und BIOS-Hersteller vereint, um das UEFI als einen einheitlichen Standard zu vermarkten und weiterzuentwickeln.

Vorteile und Veränderung durch UEFI

Eine sofort sichtbare Veränderung beim Starten eines Computers mit UEFI sind die hochauflösenden Grafiken und die Möglichkeit Maus und Tastatur zur Konfiguration des Computers zu nutzen. Damit lässt sich das UEFI identisch zu beispielsweise einem Windows-Programm im Vollbildmodus bedienen. Die daraus resultierende Freiheit beim Design der Benutzeroberfläche hat dazu geführt, dass das starre Schema der alten BIOS-Struktur durchbrochen wurde und Konfigurations- und Überwachungsparameter nun oftmals wesentlich logischer und verständlicher gegliedert sind. Hierzu wollen wir später noch auf ein praktisches Beispiel an Hand des ASUS Maximus VII Hero Mainboards eingehen.

Unter der Haube des UEFI verstecken sich aber noch viel weitreichendere Veränderungen im Vergleich zum alten BIOS. Das Wichtigste vorweg: Selbstverständlich ist das UEFI mit Fokus auf 64 Bit entwickelt worden und daher vollständig kompatibel.

War das BIOS im Wesentlichen nur dazu da den Start des Computers einzuleiten, war die Kontrolle samt der nötigen Treiber danach Sache des Betriebssystems. UEFI ermöglicht es, die Treiber benötigter Hardware nun direkt zu integrieren, ohne das Betriebssystem mit dieser Aufgabe zu belasten. Damit sitzt das UEFI am zentralen Knotenpunkt zwischen dem Betriebssystem und der Firmware / Hardware.

Quelle: Wikipedia.de

Weiter bietet das UEFI zum Beispiel die Möglichkeit einen Computer aus der Ferne zu konfigurieren, ohne dass ein Betriebssystem geladen werden muss. Auch ist das Ausführen von speziellen EFI-Programmen direkt aus dem UEFI heraus möglich, ohne ein Betriebssystem verwenden zu müssen. Für Anwender mehrere Betriebssysteminstallationen bietet UEFI außerdem den Vorteil, die installierten Betriebssysteme beim Starten des Rechners direkt auswählen zu können. Ein entsprechender separater Bootmanager, wie er beim BIOS noch nötig war, entfällt damit.

Die Verwendung von UEFI wird beispielsweise auch dann Pflicht, wenn Festplatten mit einzelnen Partitionen, die größer als 2 GB sind, verwendet bzw. verwaltet werden sollen. UEFI unterstützt in diesem Fall den Guid Partition Table Standard, der die Funktionsweise des alten MBR (Master Boot Records) ersetzt.

UEFI bietet zusätzlich einen Sicherheitsvorteil, in dem der Bootloader eines Betriebssystems (z.B. Windows) nur dann ausgeführt wird, wenn er digital signiert ist. Somit wird die Ausführung manipulierter Bootloader zum Laden von Schadsoftware unterbunden. Das Betriebssystem wird nur dann geladen, wenn die digitale Signatur gültig ist.

Praktische Verwendung des UEFI

Zuletzt wollen wir noch einen Blick auf die praktische Verwendung eines UEFI am Beispiel der ASUS Maximus VII Hero Hauptplatine mit Intel Z97 Chipsatz werfen. Die übersichtliche grafische Oberfläche und die Eingabemöglichkeiten durch Maus und Tastatur erleichtern das Konfigurieren der Hardware und anderer Parameter ungemein. Dank UEFI werden diese Arbeitsschritte nun so einfach dargestellt, dass sich das UEFI auch von Normalanwender bedienen lassen sollte.

Das ASUS Mainboard bietet beispielsweise einen ausgeprägten Bereich zum manuellen oder automatischen Übertakten von Arbeitsspeicher und Prozessor. Auch Lüfterdrehzahlen und Spannungen lassen sich zentral im UEFI-Menü überwachen.

Auch das Update des UEFI, etwa um die Kompatibilität zu neuer Hardware herzustellen, ist einfach gestaltet. Entweder man führt das Update über ein Programm aus, welches die Arbeit direkt bei geladenem Betriebssystem erledigt oder man speichert das Update-File auf einem USB-Stick und nutzt das ins UEFI integrierte Update-Programm, welches ohne weiteres auf die angeschlossenen Datenträger des Computer zugreifen kann, um das Update-File von einiger beliebigen Stelle zu laden. So gelingt es, das UEFI-Menü anwendertechnisch noch ein wenig näher an die normalen Nutzergewohnheiten unter Windows heranzuführen und macht somit selbst etwas Kompliziertes wie ein „BIOS-Update“ zu einer einfach ausführbaren Tätigkeit.

Musste man früher während eines Updatevorgangs des BIOS noch bangen, dass ein Stromausfall den halb beschriebenen BIOS-Chip nicht unbrauchbar macht, so haben heutige Mainboard meist einen zweiten BIOS-Chip an Board, der als Backup fungiert und den PC auch bei einem fehlgeschlagenen Update des UEFIs noch starten lässt.

Hinweis: Beim Updaten von BIOS und UEFI gilt generell: Immer die Hinweise des Herstellers beachten / befolgen und für eine Datensicherung sorgen.

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Nils Waldmann

...ist seit über 17 Jahren bei Allround-PC.com und als Redakteur und technischer Leiter tätig. In seiner Freizeit bastelt und konstruiert Nils gerne flugfähige Modelle und ist mit der Drohne unterwegs.

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