BIOS和CMOS

名詞解釋

BIOS

"Basic Input Output System"

BIOS是個(gè)人電腦啟動(dòng)時(shí)加載的第一個(gè)軟件。

它是一組固化到計(jì)算機(jī)內(nèi)主板上一個(gè)ROM芯片上的程序，它保存著計(jì)算機(jī)最重要的基本輸入輸出的程序、開(kāi)機(jī)后自檢程序和系統(tǒng)自啟動(dòng)程序，它可從CMOS中讀寫系統(tǒng)設(shè)置的具體信息。

BIOS是一組固化到計(jì)算機(jī)內(nèi)主板上、一個(gè)ROM芯片上的程序，那么ROM是什么？

ROM

Read Only Memory，只讀存儲(chǔ)器

ROM內(nèi)部的資料是在ROM的制造工序中，在工廠里用特殊的方法被燒錄進(jìn)去的，其中的內(nèi)容只能讀不能改，一旦燒錄進(jìn)去，用戶只能驗(yàn)證寫入的資料是否正確，不能再作任何修改。如果發(fā)現(xiàn)資料有任何錯(cuò)誤，則只有舍棄不用。

經(jīng)過(guò)發(fā)展，ROM出現(xiàn)了更高級(jí)的形式，從而實(shí)現(xiàn)了BIOS的可升級(jí)

EPROM

EPROM（Erasable Programmable ROM，可擦除可編程ROM）

可重復(fù)擦除和寫入，解決了ROM芯片只能寫入一次的弊端。

在其正面的陶瓷封裝上，開(kāi)有一個(gè)玻璃窗口，透過(guò)該窗口，可以看到其內(nèi)部的集成電路，紫外線透過(guò)該孔照射內(nèi)部芯片就可以擦除其內(nèi)的數(shù)據(jù)，完成芯片擦除的操作要用到EPROM擦除器。EPROM內(nèi)資料的寫入要用專用的編程器，并且往芯片中寫內(nèi)容時(shí)必須要加一定的編程電壓（VPP=12—24V，隨不同的芯片型號(hào)而定）。

EEPROM

Electrically Erasable Programmable ROM，電可擦除可編程ROM）

通過(guò)跳線開(kāi)關(guān)和系統(tǒng)配帶的驅(qū)動(dòng)程序盤，可以對(duì)EEPROM進(jìn)行重寫，方便地實(shí)現(xiàn)BIOS升級(jí)。

BIOS程序

中主要包含：

• 自診斷程序：通過(guò)讀取CMOS RAM中的內(nèi)容識(shí)別硬件配置，并對(duì)其進(jìn)行自檢和初始化；
• CMOS設(shè)置程序：引導(dǎo)過(guò)程中，用特殊熱鍵啟動(dòng)，進(jìn)行設(shè)置后，存入CMOS RAM中；
• 系統(tǒng)自舉裝載程序：在自檢成功后將磁盤相對(duì)0道0扇區(qū)上的引導(dǎo)程序裝入內(nèi)存，讓其運(yùn)行以裝入DOS系統(tǒng)；
• 主要I/O設(shè)備的驅(qū)動(dòng)程序和中斷服務(wù)：由于BIOS直接和系統(tǒng)硬件資源打交道，因此總是針對(duì)某一類型的硬件系統(tǒng)，而各種硬件系統(tǒng)又各有不同，所以存在各種不同種類的BIOS，隨著硬件技術(shù)的發(fā)展，同一種BIOS也先后出現(xiàn)了不同的版本，新版本的BIOS比起老版本來(lái)說(shuō)，功能更強(qiáng)。

那么什么是CMOS？

CMOS

Complementary Metal Oxide Semiconductor CMOS
（本意是指互補(bǔ)金屬氧化物半導(dǎo)體——一種大規(guī)模應(yīng)用于集成電路芯片制造的原料）

CMOS RAM是電腦主板上的一塊可讀寫的RAM芯片，用它來(lái)保護(hù)當(dāng)前系統(tǒng)的硬件配置和用戶對(duì)某些參數(shù)的設(shè)定。現(xiàn)在的廠商把BIOS程序做到了CMOS芯片中，當(dāng)開(kāi)機(jī)時(shí)就可按特定鍵進(jìn)入CMOS設(shè)置程序?qū)ο到y(tǒng)進(jìn)行設(shè)置。所以又被人們叫做BIOS設(shè)置。

RAM

隨機(jī)存取存儲(chǔ)器（random access memory，RAM）又稱作“隨機(jī)存儲(chǔ)器”

是與CPU直接交換數(shù)據(jù)的內(nèi)部存儲(chǔ)器，也叫主存(內(nèi)存)。它可以隨時(shí)讀寫，而且速度很快，通常作為操作系統(tǒng)或其他正在運(yùn)行中的程序的臨時(shí)數(shù)據(jù)存儲(chǔ)媒介。

關(guān)系總結(jié)

• BIOS是軟件、一組程序； CMOS是芯片、硬件； 通過(guò)BIOS程序，可以設(shè)置CMOS里的參數(shù)； 廠商把BIOS程序做到了CMOS芯片中，當(dāng)開(kāi)機(jī)時(shí)就可按特定鍵進(jìn)入CMOS設(shè)置程序?qū)ο到y(tǒng)進(jìn)行設(shè)置。所以CMOS設(shè)置又被人們叫做BIOS設(shè)置。
• CMOS是一塊芯片，在主板上，保存著重要的開(kāi)機(jī)參數(shù)，會(huì)用CMOS紐扣電池來(lái)維持電量； CMOS里存放參數(shù)，通過(guò)程序把設(shè)置好的參數(shù)寫入CMOS去設(shè)置它；

?由于CMOS與BIOS都跟電腦系統(tǒng)設(shè)置密切相關(guān)，所以才有CMOS設(shè)置和BIOS設(shè)置的說(shuō)法。也正因此，初學(xué)者常將二者混淆。

CMOS RAM是系統(tǒng)參數(shù)存放的地方，而B(niǎo)IOS中系統(tǒng)設(shè)置程序是完成參數(shù)設(shè)置的手段。因此，準(zhǔn)確的說(shuō)法應(yīng)是通過(guò)BIOS設(shè)置程序?qū)MOS參數(shù)進(jìn)行設(shè)置。而我們平常所說(shuō)的CMOS設(shè)置和BIOS設(shè)置是其簡(jiǎn)化說(shuō)法，也就在一定程度上造成了兩個(gè)概念的混淆。

UEFI和Legacy

名詞解釋

uefi和legacy是兩種不同的引導(dǎo)方式。

uefi是新式的BIOS，legacy是傳統(tǒng)BIOS。

在UEFI模式下安裝的系統(tǒng)，只能用UEFI模式引導(dǎo)；同理，如果你是在Legacy模式下安裝的系統(tǒng)，也只能在legacy模式下進(jìn)系統(tǒng)。uefi只支持64為系統(tǒng)且磁盤分區(qū)必須為gpt模式，傳統(tǒng)BIOS使用Int 13中斷讀取磁盤，每次只能讀64KB，非常低效，而UEFI每次可以讀1MB，載入更快。此外，Win8，更是進(jìn)一步優(yōu)化了UEFI支持，號(hào)稱可以實(shí)現(xiàn)瞬時(shí)開(kāi)機(jī)。

GPT分區(qū)一般搭配UEFI引導(dǎo)方式

MBR分區(qū)一般搭配Legacy引導(dǎo)方式

UEFI

統(tǒng)一的可擴(kuò)展固件接口（Unified Extensible Firmware Interface，UEFI）

可擴(kuò)展固件接口（Extensible Firmware Interface，EFI）是 Intel 為 PC 固件的體系結(jié)構(gòu)、接口和服務(wù)提出的建議標(biāo)準(zhǔn)。其主要目的是為了提供一組在 OS 加載之前（啟動(dòng)前）在所有平臺(tái)上一致的、正確指定的啟動(dòng)服務(wù)，被看做是有近20多年歷史的 BIOS 的繼任者。

UEFI是由EFI1.10為基礎(chǔ)發(fā)展起來(lái)的，它的所有者已不再是Intel，而是一個(gè)稱作Unified EFI Form的國(guó)際組織。

不管是UEFI還是Legacy，他們都是BIOS，BIOS就是固件。

固件

固件(Firmware)就是寫入EROM（可擦寫只讀存儲(chǔ)器）或EEPROM(電可擦可編程只讀存儲(chǔ)器)中的程序。

BIOS就是固件。

固件是指設(shè)備內(nèi)部保存的設(shè)備“驅(qū)動(dòng)程序”，通過(guò)固件，操作系統(tǒng)才能按照標(biāo)準(zhǔn)的設(shè)備驅(qū)動(dòng)實(shí)現(xiàn)特定機(jī)器的運(yùn)行動(dòng)作。

固件是擔(dān)任著一個(gè)系統(tǒng)最基礎(chǔ)最底層工作的軟件。而在硬件設(shè)備中，固件就是硬件設(shè)備的靈魂，因?yàn)橐恍┯布O(shè)備除了固件以外沒(méi)有其它軟件組成，因此固件也就決定著硬件設(shè)備的功能及性能。

區(qū)別總結(jié)

與legacy BIOS 相比，UEFI最大的幾個(gè)區(qū)別在于：

• BIOS用的是8086匯編，UEFI99%以上用C，UEFI的APP和Drives可以用C/C++；
• 64位的UEFI固件是64位的操作系統(tǒng)(少數(shù)二合一平板用32位UEFI固件的可以忽略不計(jì))，BIOS是16位的。
• 一改之前的中斷、硬件端口操作的方法，而采用了Driver/protocol的新方式；
• 將不支持X86實(shí)模式，而直接采用Flat mode（也就是不能用DOS了，現(xiàn)在有些 EFI 或 UEFI 能用是因?yàn)樽隽思嫒荩珜?shí)際上這部分不屬于UEFI的定義了）；
• 輸出也不再是單純的二進(jìn)制code，改為Removable Binary Drivers；
• OS啟動(dòng)不再是調(diào)用Int19，而是直接利用protocol/device Path；
• 對(duì)于第三方的開(kāi)發(fā)，前者基本上做不到，除非參與BIOS的設(shè)計(jì)，但是還要受到ROM的大小限制，而后者就便利多了。
• 彌補(bǔ)BIOS對(duì)新硬件的支持不足的問(wèn)題。

MBR和GPT

名詞解釋

分區(qū)方式通常有兩種：MBR分區(qū)方案，GPT分區(qū)方案

在解釋MBR和GPT之前，需要先了解硬盤相關(guān)的觀念。

硬盤

硬盤最基本的組成部分是由堅(jiān)硬金屬材料制成的涂以磁性介質(zhì)的盤片，不同容量硬盤的盤片數(shù)不等。一個(gè)盤片可以有兩個(gè)盤面。

扇區(qū)

盤面被分成許多扇形的區(qū)域，每個(gè)區(qū)域叫一個(gè)扇區(qū) (sector)

磁道

盤片表面上以盤片中心為圓心，不同半徑的同心圓稱為磁道(track) ，磁道由扇區(qū)組成。

（柱面）磁柱

硬盤通常由重疊的一組盤片構(gòu)成，每個(gè)盤面都被劃分為數(shù)目相等的磁道，并從外緣的“0”開(kāi)始編號(hào)，具有相同編號(hào)的磁道形成一個(gè)圓柱，（即柱面是一個(gè)立體概念，磁道是一個(gè)平面概念，同一個(gè)盤面上的，柱面大小是所有盤面相同半徑的磁道大小總和），稱之為磁盤的柱面 (cylinder) 。

每個(gè)盤面都有自己的磁頭。

扇區(qū)、磁道示意圖.jpg

這張圖只能看見(jiàn)扇區(qū)和磁道，柱面的俯視圖可以就看做這張圖的磁道?

通常數(shù)據(jù)的讀寫會(huì)由外圈開(kāi)始往內(nèi)寫。

原本硬盤的扇區(qū)都是設(shè)計(jì)成 512byte 的容量，但因?yàn)榻谝詠?lái)硬盤的容量越來(lái)越大，為了減少數(shù)據(jù)量的拆解，所以新的高容量硬盤已經(jīng)有 4Kbyte 的扇區(qū)設(shè)計(jì)。

也因?yàn)檫@個(gè)扇區(qū)的設(shè)計(jì)不同了，因此在磁盤的分區(qū)方面，目前有舊式的 MBR模式，以及較新的 GPT 模式！ 在較新的 GPT 模式下，磁盤的分區(qū)通常使用扇區(qū)號(hào)碼來(lái)設(shè)計(jì)，跟過(guò)去舊的MBR是透過(guò)磁柱號(hào)碼來(lái)分區(qū)的情況不同！

對(duì)于MBR分區(qū)方案來(lái)說(shuō)：

MBR

MBR（Master Boot Record），即硬盤的主引導(dǎo)記錄。是位于磁盤最前邊的一段引導(dǎo)（Loader）代碼。它負(fù)責(zé)磁盤操作系統(tǒng)(DOS)對(duì)磁盤進(jìn)行讀寫時(shí)分區(qū)合法性的判別、分區(qū)引導(dǎo)信息的定位，它由磁盤操作系統(tǒng)(DOS)在對(duì)硬盤進(jìn)行初始化時(shí)產(chǎn)生的。

為了便于理解，一般將MBR分為廣義和狹義兩種：
廣義的MBR包含整個(gè)扇區(qū)（引導(dǎo)程序、分區(qū)表及分隔標(biāo)識(shí)），也就是上面所說(shuō)的主引導(dǎo)記錄；
狹義的MBR僅指引導(dǎo)程序而言。

通常，我們將包含MBR引導(dǎo)代碼的扇區(qū)稱為主引導(dǎo)扇區(qū)。因這一扇區(qū)中，引導(dǎo)代碼占有絕大部分的空間，故而將習(xí)慣將該扇區(qū)稱為MBR扇區(qū)（簡(jiǎn)稱MBR）。

主引導(dǎo)扇區(qū)由三部分組成：

• 主引導(dǎo)程序即主引導(dǎo)記錄（MBR）（占446個(gè)字節(jié)）
• 磁盤分區(qū)表項(xiàng)（DPT，Disk Partition Table)，由四個(gè)分區(qū)表項(xiàng)構(gòu)成（每個(gè)16個(gè)字節(jié)）。
• 結(jié)束標(biāo)志（占2個(gè)字節(jié)）。值為AA55，存儲(chǔ)時(shí)低位在前，高位在后，即看上去是55AA（十六進(jìn)制）。

分區(qū)說(shuō)明

MBR下的硬盤分區(qū)有三種，主磁盤分區(qū)、擴(kuò)展磁盤分區(qū)、邏輯分區(qū)。

主分區(qū)

也稱為主磁盤分區(qū)，是一種分區(qū)類型。主分區(qū)中不能再劃分其他類型的分區(qū)，因此每個(gè)主分區(qū)都相當(dāng)于一個(gè)邏輯磁盤（在這一點(diǎn)上主分區(qū)和邏輯分區(qū)很相似，但主分區(qū)是直接在硬盤上劃分的，邏輯分區(qū)則必須建立于擴(kuò)展分區(qū)中）。

一個(gè)硬盤的主分區(qū)包含操作系統(tǒng)啟動(dòng)所必需的文件和數(shù)據(jù)的硬盤分區(qū)，要在硬盤上安裝操作系統(tǒng)，則硬盤必須有一個(gè)主分區(qū)。

最多只能有4個(gè)主分區(qū)。

擴(kuò)展分區(qū)

所謂擴(kuò)展分區(qū)，嚴(yán)格地講它不是一個(gè)實(shí)際意義的分區(qū)，它僅僅是一個(gè)指向下一個(gè)分區(qū)的指針，這種指針結(jié)構(gòu)將形成一個(gè)單向鏈表。這樣在主引導(dǎo)扇區(qū)中除了主分區(qū)外，僅需要存儲(chǔ)一個(gè)被稱為擴(kuò)展分區(qū)的分區(qū)數(shù)據(jù)，通過(guò)這個(gè)擴(kuò)展分區(qū)的數(shù)據(jù)可以找到下一個(gè)分區(qū)(實(shí)際上也就是下一個(gè)邏輯磁盤)的起始位置，以此起始位置類推可以找到所有的分區(qū)。

一個(gè)硬盤可以沒(méi)有擴(kuò)展分區(qū)，最多一個(gè)擴(kuò)展分區(qū)。

但擴(kuò)展分區(qū)是不能直接用的，他是以邏輯分區(qū)的方式來(lái)使用的，所以說(shuō)擴(kuò)展分區(qū)可分成若干邏輯分區(qū)。

邏輯分區(qū)

邏輯分區(qū)是硬盤上一塊連續(xù)的區(qū)域。

邏輯分區(qū)和擴(kuò)展分區(qū)的關(guān)系是包含的關(guān)系，所有的邏輯分區(qū)都是擴(kuò)展分區(qū)的一部分。

磁盤分區(qū)表項(xiàng)（DPT，Disk Partition Table)，由四個(gè)分區(qū)表項(xiàng)構(gòu)成（每個(gè)16個(gè)字節(jié)），因此最多僅能有四組記錄區(qū)，每組記錄區(qū)記錄了該區(qū)段的啟始與結(jié)束的磁柱號(hào)碼。

分區(qū)總結(jié)：

• 其實(shí)『分區(qū)』就是針對(duì)DPT表進(jìn)行設(shè)定，設(shè)定共有多少個(gè)分區(qū)，每個(gè)分區(qū)的啟始與結(jié)束位置
• 硬盤默認(rèn)的分區(qū)表僅能寫入四組分區(qū)信息
• 這四組分區(qū)信息我們稱為主分區(qū)(Primary)或擴(kuò)展(Extended)分區(qū)
• 分區(qū)的最小單位『通常』為柱面(cylinder)
• 當(dāng)系統(tǒng)要寫入磁盤時(shí)，一定會(huì)參考磁盤分區(qū)表，才能針對(duì)某個(gè)分區(qū)進(jìn)行數(shù)據(jù)的處理

磁盤分區(qū)圖.png

圖為硬盤順著直徑切下的橫截面，左側(cè)為硬盤外圈，右側(cè)為硬盤內(nèi)圈，橫坐標(biāo)看做硬盤半徑，縱坐標(biāo)看做不同盤片堆疊成的柱面。

MBR中記錄著四個(gè)分區(qū)的數(shù)據(jù)，P代表主分區(qū)，一共四個(gè)主分區(qū)。

既然DPT只能記錄四筆數(shù)據(jù)， 那可否利用額外的扇區(qū)來(lái)記錄更多的分區(qū)信息？

磁盤分區(qū)-擴(kuò)展分區(qū).png

硬盤的四個(gè)分區(qū)記錄區(qū)僅使用到兩個(gè)， P1 為主分區(qū)，而 P2 為擴(kuò)展分區(qū)。請(qǐng)注意， 擴(kuò)展分區(qū)的目的是使用額外的扇區(qū)來(lái)記錄分區(qū)信息，擴(kuò)展分區(qū)本身并不能被拿來(lái)格式化。 然后我們可以透過(guò)擴(kuò)展分區(qū)所指向的那個(gè)區(qū)塊繼續(xù)作分區(qū)的記錄。

擴(kuò)展分區(qū)繼續(xù)分區(qū)出五個(gè)分區(qū)， 這五個(gè)由擴(kuò)展分區(qū)繼續(xù)切出來(lái)的分區(qū)，就被稱為邏輯分區(qū)(logical partition)。

上述的分區(qū)在 Linux 系統(tǒng)中的裝置文件名分別如下：

• P1:/dev/sda1
• P2:/dev/sda2
• L1:/dev/sda5
• L2:/dev/sda6
• L3:/dev/sda7
• L4:/dev/sda8
• L5:/dev/sda9

在過(guò)去 MBR 分區(qū)表的限制中經(jīng)常可以發(fā)現(xiàn)如下的問(wèn)題：

• 操作系統(tǒng)無(wú)法抓取到 2.2T 以上的磁盤容量！
• MBR 僅有一個(gè)區(qū)塊，若被破壞后，經(jīng)常無(wú)法或很難救援。
• MBR 內(nèi)的存放開(kāi)機(jī)管理程序的區(qū)塊僅 446bytes，無(wú)法容納較多的程序代碼。

然后接下來(lái)看下例題：

在 Windows 操作系統(tǒng)當(dāng)中，如果你想要將 D盤 與 E 盤整合成為一個(gè)新的分區(qū)，而如果有兩種分區(qū)的情況如下圖所示， 圖中的特殊顏色區(qū)塊為 D 盤與 E 盤的示意，請(qǐng)問(wèn)這兩種方式是否均可將 D盤 與 E盤 整合成為一個(gè)新的分區(qū)？

分區(qū)例題.png

• 上圖可以整合：因?yàn)樯蠄D的 D盤與 E盤 同屬于擴(kuò)展分區(qū)內(nèi)的邏輯分區(qū)，因此只要將兩個(gè)分區(qū)刪除，然后再重新建立一個(gè)新的分區(qū)， 就能夠在不影響其他分區(qū)槽的情況下，將兩個(gè)分區(qū)的容量整合成為一個(gè)。
• 下圖不可整合：因?yàn)?D 與 E 分屬主分區(qū)與邏輯分區(qū)，兩者不能夠整合在一起。除非將擴(kuò)展分區(qū)破壞掉后再重新分區(qū)。 但如此一來(lái)會(huì)影響到所有的邏輯分區(qū)，要注意的是： 如果擴(kuò)展分區(qū)被破壞，所有邏輯分區(qū)將會(huì)被刪除。 因?yàn)檫壿嫹謪^(qū)的信息都記錄在擴(kuò)展分區(qū)里面！

讀取流程

• BIOS 加電自檢 ( Power On Self Test -- POST )。

  BIOS執(zhí)行內(nèi)存地址為 FFFF：0000H 處的跳轉(zhuǎn)指令，跳轉(zhuǎn)到固化在ROM中的自檢程序處，對(duì)系統(tǒng)硬件(包括內(nèi)存)進(jìn)行檢查。

• 讀取主引導(dǎo)記錄(MBR)。

  當(dāng)BIOS檢查到硬件正常并與 CMOS 中的設(shè)置相符后，按照 CMOS 中對(duì)啟動(dòng)設(shè)備的設(shè)置順序檢測(cè)可用的啟動(dòng)設(shè)備。BIOS將相應(yīng)啟動(dòng)設(shè)備的第一個(gè)扇區(qū)(也就是MBR扇區(qū))讀入內(nèi)存地址為0000：7C00H 處。

• 檢查0000：7CFEH-0000：7CFFH(MBR的結(jié)束標(biāo)志位)是否等于55AAH，若不等于則轉(zhuǎn)去嘗試其他啟動(dòng)設(shè)備，如果沒(méi)有啟動(dòng)設(shè)備滿足要求則顯示“NO ROM BASIC”然后死機(jī)。

• 當(dāng)檢測(cè)到有啟動(dòng)設(shè)備滿足要求后，BIOS將控制權(quán)交給相應(yīng)啟動(dòng)設(shè)備。

  啟動(dòng)設(shè)備的MBR將自己復(fù)制到0000：0600H處，然后繼續(xù)執(zhí)行。

• 根據(jù)MBR中的引導(dǎo)代碼啟動(dòng)引導(dǎo)程序。

  事實(shí)上，BIOS不僅檢查0000：7CFEH-0000：7CFFH(MBR的結(jié)束標(biāo)志位)是否等于55AAH，往往還對(duì)磁盤是否有寫保護(hù)、主引導(dǎo)扇區(qū)中是否存在活動(dòng)分區(qū)等進(jìn)行檢查。如果發(fā)現(xiàn)磁盤有寫保護(hù)，則顯示磁盤寫保護(hù)出錯(cuò)信息；如果發(fā)現(xiàn)磁盤中不存在活動(dòng)分區(qū)，則顯示類似如下的信息“Remove disk or other media Press any key to restart”。

GPT

GPT （GUID partition table GUID分區(qū)表）

GUID （GUID，Globally Unique Identifier 全局唯一標(biāo)識(shí)符）

GPT分區(qū)方案使用GUID分區(qū)表，是源自EFI標(biāo)準(zhǔn)的一種較新的磁盤分區(qū)表結(jié)構(gòu)的標(biāo)準(zhǔn)。與普遍使用的主引導(dǎo)記錄(MBR)分區(qū)方案相比，GPT提供了更加靈活的磁盤分區(qū)機(jī)制。

它具有如下優(yōu)點(diǎn)：

• 支持2TB以上的大硬盤。
• 分區(qū)大小幾乎沒(méi)有限制。因?yàn)樗?4位的整數(shù)表示扇區(qū)號(hào)。夸張一點(diǎn)說(shuō)，一個(gè)64位整數(shù)能代表的分區(qū)大小已經(jīng)是個(gè)“天文數(shù)字”了，若干年內(nèi)你都無(wú)法見(jiàn)到這樣大小的硬盤，更不用說(shuō)分區(qū)了。
• 分區(qū)表自帶備份。在磁盤的首尾部分分別保存了一份相同的分區(qū)表。其中一份被破壞后，可以通過(guò)另一份恢復(fù)。
• 每個(gè)分區(qū)可以有一個(gè)名稱(不同于卷標(biāo))。

以前的扇區(qū)只有512個(gè)字節(jié)大小，只有64個(gè)字節(jié)用來(lái)記錄分區(qū)信息，所以MBR不支持容量大于2TB的分區(qū)（DPT記錄不下），一些硬盤制造商（諸如希捷和西部數(shù)據(jù)）注意到了這個(gè)局限性，并且將他們的容量較大的磁盤升級(jí)到了4KB的扇區(qū),這意味著MBR的有效容量上限提升到了16 TB。

這個(gè)看似“正確的”解決方案，在臨時(shí)地降低了人們對(duì)改進(jìn)磁盤分配表的需求的同時(shí)，也給市場(chǎng)帶來(lái)了關(guān)于在有較大的塊(block)的設(shè)備上從BIOS啟動(dòng)時(shí)，如何最佳的劃分磁盤分區(qū)的困惑。

所以GPT分區(qū)方案產(chǎn)生了。

了解GPT之前就需要先了解什么是LBA。

LBA

邏輯區(qū)塊地址(Logical Block Address, LBA)是描述電腦存儲(chǔ)設(shè)備上數(shù)據(jù)所在區(qū)塊的通用機(jī)制

為了兼容大容量的磁盤，在扇區(qū)的定義上面， GPT大多會(huì)使用邏輯區(qū)塊地址來(lái)處理。而第一個(gè) LBA 稱為 LBA0 (從0 開(kāi)始編號(hào))。

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與 MBR 僅使用第一個(gè) 512bytes 區(qū)塊(MBR扇區(qū))來(lái)紀(jì)錄不同， GPT 使用了 34 個(gè) LBA 區(qū)塊來(lái)紀(jì)錄分區(qū)信息！

同時(shí)與過(guò)去 MBR 僅有一的區(qū)塊，被干掉就死光光的情況不同， GPT 除了前面 34 個(gè) LBA 之外，整個(gè)磁盤的最后 33 個(gè) LBA 也拿來(lái)作為另一個(gè)備份。

假設(shè)扇區(qū)為512個(gè)字節(jié)，詳細(xì)的結(jié)構(gòu)有點(diǎn)像底下的模樣 ：

GUID分區(qū)表示意圖.png

• LBA0 (MBR 兼容區(qū)塊)
  與 MBR 模式相似，這個(gè)兼容區(qū)塊分為兩個(gè)部份，一個(gè)就是跟之前 446 bytes 相似的區(qū)塊， 儲(chǔ)存了引導(dǎo)程序。 而在原本的DPT區(qū)內(nèi)，這個(gè)兼容模式僅放入一個(gè)特殊標(biāo)志，用來(lái)表示此磁盤為 GPT 格式。而不懂 GPT 分區(qū)表的引導(dǎo)程序(grub)， 就不會(huì)認(rèn)識(shí)這顆磁盤，除非用戶有特別方式要處理這顆磁盤，否則該引導(dǎo)程序不能修改此分區(qū)信息，進(jìn)一步保護(hù)了此磁盤！

• LBA1 (GPT 表頭紀(jì)錄)

  ?分區(qū)表頭定義了硬盤的可用空間以及組成分區(qū)表的項(xiàng)的大小和數(shù)量。

  ?在使用64位Windows Server 2003的機(jī)器上，最多可以創(chuàng)建128個(gè)分區(qū)，即分區(qū)表中保留了128個(gè)分區(qū)項(xiàng)其中每個(gè)分區(qū)項(xiàng)都是128字節(jié)。（那么4個(gè)項(xiàng)為一組，一組也就是512字節(jié)，一個(gè)扇區(qū)的大小。128個(gè)分區(qū)總共占據(jù)32個(gè)LBA區(qū)塊）。

  ?LBA1 同時(shí)紀(jì)錄了備份用的 GPT 分區(qū) (就是前面談到的在最后 33 個(gè) LBA 區(qū)塊) 放置的位置， 同時(shí)放置了分區(qū)表的檢驗(yàn)機(jī)制碼 (CRC32)，操作系統(tǒng)可以根據(jù)這個(gè)檢驗(yàn)碼來(lái)判斷 GPT 是否正確。若有錯(cuò)誤，還可以透過(guò)這個(gè)紀(jì)錄區(qū)來(lái)取得備份的 GPT(磁盤最后的那個(gè)備份區(qū)塊) 來(lái)恢復(fù) GPT 的正常運(yùn)作！

• LBA2-33 (實(shí)際記錄分區(qū)信息處)

  ?從 LBA2 區(qū)塊開(kāi)始， 每個(gè) LBA 都可以紀(jì)錄 4 組分區(qū)項(xiàng)，所以在默認(rèn)的情況下，總共可以有 4*32 = 128 組分區(qū)項(xiàng)！因?yàn)槊總€(gè) LBA 有 512bytes，因此每組分區(qū)項(xiàng)用到 128bytes 的空間，除了每組分區(qū)項(xiàng)所需要的標(biāo)識(shí)符與相關(guān)的紀(jì)錄之外， GPT 在每組分區(qū)項(xiàng)中分別提供了 64bits 來(lái)記載開(kāi)始/結(jié)束的扇區(qū)號(hào)碼，因此， GPT 分區(qū)表對(duì)于單一分區(qū)來(lái)說(shuō)， 他的最大容量限制就會(huì)在『2 ^ 64 * 512 bytes(每個(gè)扇區(qū)大小) = 2 ^ 63 * 1Kbytes = 2 ^ 33 TB = 8 ZB 』，要注意 1ZB =230TB !

此外， GPT 分區(qū)已經(jīng)沒(méi)有所謂的主、延伸、邏輯分區(qū)的概念，既然每筆紀(jì)錄都可以獨(dú)立存在， 當(dāng)然每個(gè)都可以視為是主分區(qū)！每一個(gè)分區(qū)都可以拿來(lái)格式化使用喔！

在磁盤管理工具上面， fdisk 這個(gè)老牌的軟件并不認(rèn)識(shí) GPT 喔！要使用 GPT 的話，得要操作類似 gdisk 或者是 parted 指令才行！

另外，引導(dǎo)程序方面， grub 第一版并不認(rèn)識(shí) GPT ！得要 grub2 以后才會(huì)認(rèn)識(shí)的！

并不是所有的操作系統(tǒng)都可以讀取到 GPT 的磁盤分區(qū)格式。同時(shí)，也不是所有的硬件都可以支持GPT 格式。是否能夠讀寫 GPT 格式又與開(kāi)機(jī)的檢測(cè)程序有關(guān)，就是 BIOS 與 UEFI。

windows

對(duì)于windows的GPT分區(qū)方案來(lái)說(shuō)，除了原本的分區(qū)外，還需要額外的兩個(gè)分區(qū)，MSR和ESP

MSR

MSR分區(qū)（Microsoft Reserved Partition，縮寫MSR）即Microsoft 保留 (MSR) 分區(qū)。

是每個(gè) 在GUID 分區(qū)表 (GPT) 上的 Windows操作系統(tǒng)（windows7以上）都要求的分區(qū)。系統(tǒng)組件可以將 MSR 分區(qū)的部分分配到新的分區(qū)以供它們使用。

MSR 分區(qū)的大小會(huì)因 GPT 磁盤的大小不同而發(fā)生變化。對(duì)于小于 16 GB 的磁盤，MSR 分區(qū)為 32 MB。對(duì)于大于 16 GB 的磁盤，MSR 分區(qū)為 128 MB。MSR 分區(qū)在“磁盤管理”中不可見(jiàn)，用戶也無(wú)法在 MSR 分區(qū)上存儲(chǔ)或刪除數(shù)據(jù)。

對(duì)于在GPT磁盤上的Windows操作系統(tǒng)，MSR分區(qū)是必須保留的，不可刪除（無(wú)法啟動(dòng)可能是由于用part1，part2…等表示的分區(qū)因?yàn)閙sr分區(qū)的刪除而改變導(dǎo)致的）。而對(duì)于GPT磁盤中的其他操作系統(tǒng)，如linux，mac則不受影響。

ESP

EFI系統(tǒng)分區(qū)，即 EFI system partition，簡(jiǎn)寫為 ESP。

EFI 系統(tǒng)分區(qū)包含BOOT LOADER引導(dǎo)程序來(lái)啟動(dòng)操作系統(tǒng)。操作系統(tǒng)存儲(chǔ)在其他分區(qū)或者其他存儲(chǔ)介質(zhì)中。

ESP雖然 是一個(gè) FAT16 或 FAT32 格式的物理分區(qū)，但是其分區(qū)標(biāo)識(shí)是 EF (十六進(jìn)制) 而非常規(guī)的 0E 或 0C。因此，該分區(qū)在 Windows 操作系統(tǒng)下一般是不可見(jiàn)的。支持 EFI 模式的電腦需要從 ESP 啟動(dòng)系統(tǒng)，EFI 固件可從 ESP 加載 EFI 啟動(dòng)程序和應(yīng)用程序。

ESP是一個(gè)獨(dú)立于操作系統(tǒng)之外的分區(qū)，操作系統(tǒng)被引導(dǎo)之后，就不再依賴它。這使得 ESP 非常適合用來(lái)存儲(chǔ)那些系統(tǒng)級(jí)的維護(hù)性的工具和數(shù)據(jù)，比如：引導(dǎo)管理程序、驅(qū)動(dòng)程序、系統(tǒng)維護(hù)工具、系統(tǒng)備份等

4K對(duì)齊

“4K對(duì)齊”就是符合“4K扇區(qū)”定義格式化過(guò)的硬盤，并且按照“4K 扇區(qū)”的規(guī)則寫入數(shù)據(jù)。

對(duì)于有固態(tài)硬盤的設(shè)備，一般需要勾選4K對(duì)齊

為什么會(huì)有4k對(duì)齊的概念？

新標(biāo)準(zhǔn)的"4K扇區(qū)"的硬盤在廠商為了保證與操作系統(tǒng)兼容的前提下，將扇區(qū)模擬成512B，這時(shí)才會(huì)有4K扇區(qū)和4K簇不對(duì)齊的情況發(fā)生。所以就要用“4K對(duì)齊"的方式，將硬盤模擬扇區(qū)對(duì)齊“4k扇區(qū)”。

“4K對(duì)齊”主要是將硬盤的模擬扇區(qū)(512B)對(duì)齊到8的整數(shù)倍個(gè)“實(shí)際”4K扇區(qū)，即4096B*8=32768B，其正好跨過(guò)了63扇區(qū)的特性，從第64個(gè)扇區(qū)對(duì)齊。

什么是4k不對(duì)齊

“4K”對(duì)不齊是因?yàn)樵贜TFS6.x 以前的規(guī)范中，數(shù)據(jù)的寫入點(diǎn)正好會(huì)介于在兩個(gè)4K 扇區(qū)的之間，也就是說(shuō)即使是寫入最小量的數(shù)據(jù)，也會(huì)使用到兩個(gè)4K扇區(qū)，顯然這樣對(duì)寫入速度和讀取速度都會(huì)造成很大的影響。

固態(tài)硬盤

為此對(duì)于“4K不對(duì)齊”的情況來(lái)說(shuō)，一定要修改成“4K 對(duì)齊”才行，否則對(duì)于固態(tài)硬盤來(lái)說(shuō)，不但會(huì)極大的降低數(shù)據(jù)寫入和讀取速度，還會(huì)造成固態(tài)硬盤不必要的寫入次數(shù)。

linux

GPT下的linux必須有ESP分區(qū)，有些顯示為EFI系統(tǒng)分區(qū)

ESP

EFI系統(tǒng)分區(qū)，即 EFI system partition，簡(jiǎn)寫為 ESP。

EFI 系統(tǒng)分區(qū)包含BOOT LOADER引導(dǎo)程序來(lái)啟動(dòng)操作系統(tǒng)。操作系統(tǒng)存儲(chǔ)在其他分區(qū)或者其他存儲(chǔ)介質(zhì)中。

ESP雖然 是一個(gè) FAT16 或 FAT32 格式的物理分區(qū)，但是其分區(qū)標(biāo)識(shí)是 EF (十六進(jìn)制) 而非常規(guī)的 0E 或 0C。因此，該分區(qū)在 Windows 操作系統(tǒng)下一般是不可見(jiàn)的。支持 EFI 模式的電腦需要從 ESP 啟動(dòng)系統(tǒng)，EFI 固件可從 ESP 加載 EFI 啟動(dòng)程序和應(yīng)用程序。

ESP是一個(gè)獨(dú)立于操作系統(tǒng)之外的分區(qū)，操作系統(tǒng)被引導(dǎo)之后，就不再依賴它。這使得 ESP 非常適合用來(lái)存儲(chǔ)那些系統(tǒng)級(jí)的維護(hù)性的工具和數(shù)據(jù)，比如：引導(dǎo)管理程序、驅(qū)動(dòng)程序、系統(tǒng)維護(hù)工具、系統(tǒng)備份等

區(qū)別總結(jié)

1、GPT和MBR是不同的分區(qū)表類型：

1）MBR分區(qū)表的硬盤最多能劃分4個(gè)主分區(qū)磁盤，并且MBR最大僅支持2TB的硬盤，但擁有最好的兼容性。

2）GPT分區(qū)表類型，此分區(qū)表類型不受分區(qū)個(gè)數(shù)、硬盤大小的限制，最大支最大支持18EB 大容量（EB=1024 PB，PB=1024 TB），而且GPT是一種新的硬盤分區(qū)標(biāo)準(zhǔn)

2、MBR的意思是“主引導(dǎo)記錄”，它有自己的啟動(dòng)器，也就是啟動(dòng)代碼，一旦啟動(dòng)代碼被破壞，系統(tǒng)就沒(méi)法啟動(dòng)，只有通過(guò)修復(fù)才能啟動(dòng)系統(tǒng)。但是容量方面有很大的限制。

3、GPT是一個(gè)正逐漸取代MBR的新標(biāo)準(zhǔn)，它由UEFI輔住而形成的，這樣就有了UEFI用于取代老舊的BIOS，而GPT則取代老舊的MBR。磁盤驅(qū)動(dòng)器容量可以大得多，大到操作系統(tǒng)和文件系統(tǒng)都沒(méi)法支持。它同時(shí)還支持幾乎有的64位的win0，win8，win7和Vista，以及所對(duì)應(yīng)的服務(wù)器都能從GPT啟動(dòng)。

相關(guān)知識(shí)點(diǎn)運(yùn)用和參考：

百度經(jīng)驗(yàn)-''無(wú)法識(shí)別系統(tǒng)啟動(dòng)盤后修改設(shè)置BIOS"

貼吧-引導(dǎo)、分區(qū)的概念和交叉搭配

百度知道-MBR分區(qū)方式可以用UEFI啟動(dòng)嗎?