通常BIOS配合MBR分区使用，UEFI配合GPT分区使用。

BIOS 固件（Legacy Mode）

一系列硬编码的小程序的集合，存放在PC的motherborad上的rom chip中（通常是flash存储器或EEPROM）。

没有BIOS，计算机将无法启动。BIOS就像“基本的操作系统”，它连接计算机的基本组件，并允许它启动。即使加载了主操作系统，它仍然可能使用BIOS与主要组件进行通信。 它的主要功能之一是引导系统启动，但不是只有这一个功能。它应当是一套控制该主板的固件（风扇，超频，RTC，存储设置（比如记录首选启动项），IO驱动，POST自检，系统引导功能），而不仅仅是引导系统。

简单说，就是初始化硬件，POST检测以保证连接到PC的硬件外设都正常，配置底层硬件设置（这个应该会传给OS的），引导系统。而且，BIOS是必要的，一定有的，在母板上。

另外，关于引导系统这点，也不完全准确，应该说是引导系统启动器，比如windows，windows启动器中会让你选择启动win7/win8/win10,如果安装了多个windows系统，（开始->运行->msconfig 可以配置）。对于linux系列，其实就对应引导启动grub程序，grub再选择启动具体某个linux发行版。所以BIOS引导系统启动也不是直接就去加载系统的。

4个主要功能

POST - (power on self test)检测母板各个硬件是否能能正常工作，在引导系统前完成
Bootstrap Loader - 查找可引导的操作系统在磁盘的位置，找到后并递交控制权给操作系统（引导程序）
BIOS - 操作系统和硬件设备之间的接口驱动程序。当运行DOS或windows系统时，会使用完全的BIOS驱动支持
CMOS Setup - 配置程序，允许用户配置硬件设备的一些设置，还有BIOS密码，RTC时间日期等，需要电池保存，掉电了就丢失了，包括BIOS密码

系统BIOS的主要步骤

内部电源开启并初始化。电源需要一段时间才能为计算机的其他部分提供可靠的电源，过早打开电源可能会导致损坏。因此，芯片组将向处理器产生复位信号(就像你在你的箱子上按住复位按钮一段时间一样)，直到它从电源接收到Power Good信号。
当释放reset按钮时，处理器将准备好开始执行。当处理器第一次启动时，处理器制造商对处理器进行了预编程，以便在启动BIOS引导程序时始终查看系统BIOS ROM中的相同位置。这通常是位置FFFF0h，在系统内存的末尾。他们把它放在那里，这样ROM的大小就可以改变，而不会产生兼容性问题。由于从这里到常规内存的末尾只剩下16个字节，这个位置只包含一个“跳转”指令，告诉处理器去哪里找到真正的BIOS启动程序。
BIOS进行上电自检。如果出现任何致命错误，引导进程将停止。
BIOS查找显卡。特别是，它会查找BIOS程序中内置的视频卡并运行它。这个BIOS通常位于内存中的C000h位置。系统BIOS执行显卡BIOS，对显卡进行初始化。大多数现代卡将在屏幕上显示关于显卡的信息。(这就是为什么在现代PC上，在你看到系统BIOS本身的消息之前，你通常会在屏幕上看到一些关于显卡的信息)。
然后，BIOS查找其他设备的rom，以查看其中是否有BIOS。通常，IDE/ATA硬盘BIOS将在C8000h找到并执行。如果发现任何其他设备bios，也会执行它们。
进入BIOS启动界面。
BIOS会对系统进行更多测试，包括您在屏幕上看到的内存计数测试。如果BIOS此时遇到错误，它通常会在屏幕上显示一条文本错误消息，可以去查看相关手册
BIOS执行某种“系统清单”，执行更多的测试来确定系统中有什么类型的硬件。现代bios有许多自动设置，并将根据它找到的内存类型确定内存定时(例如)。许多bios还可以动态地设置硬盘参数和访问模式，并将在此时大致确定这些参数。有些会在屏幕上为它们检测到的每个驱动器显示一条消息，并以这种方式进行配置。BIOS现在还将搜索和标记逻辑设备(COM和LPT端口)。
如果BIOS支持即插即用标准，它将在此时检测和配置即插即用设备，并在屏幕上为它找到的每个设备显示一条消息。有关PnP如何检测设备和分配资源的详细信息，请参阅这里。
BIOS将显示关于系统配置的摘要屏幕。检查这一页的数据有助于诊断设置问题，尽管它可能很难看到，因为有时它在滚动到顶部之前会在屏幕上快速闪烁。
BIOS开始搜索要启动的驱动器。大多数现代bios都包含一个设置，用于控制系统是首先尝试从软盘(a:)引导还是首先尝试从硬盘(C:)引导。有些BIOS甚至允许从CD-ROM驱动器或其他设备引导，这取决于BIOS的引导顺序设置。
确定了目标引导驱动器后，BIOS将查找引导信息以启动操作系统引导进程。如果它正在搜索一个硬盘，它会在柱面0、磁头0、扇区1(磁盘上的第一个扇区)处查找主引导记录;如果它正在搜索软盘，它将在软盘上查找卷引导扇区的相同地址。
如果它找到了要找的东西，BIOS就会使用引导扇区中的信息启动引导操作系统的过程。此时，引导扇区中的代码将接管BIOS。如果系统尝试的第一个设备(软盘、硬盘等)没有找到，BIOS将尝试引导序列中的下一个设备，并继续，直到找到可引导的设备。
如果根本找不到启动设备，系统通常会显示一条错误消息，然后冻结系统。错误信息完全取决于BIOS，可以是非常明确的“没有可用的启动设备”，也可以是非常神秘的“No ROM BASIC - SYSTEM HALTED”。如果您有一个可引导的硬盘分区，但忘记将其设置为活动的，也会发生这种情况。

BIOS是一块程序。当系统启动时，寄存器EIP被初始化为FFFF0以在那里执行JMP指令，这导致系统BIOS代码的执行。（x86机器） BIOS将初始化其他设备;初始化中断向量;找到其他BIOS程序并运行它们。

查看BIOS模式

在window7,8,10 上，输入”Windows+R“，输入“msinfo32”,运行. 可以查看硬件信息集合。其中有BIOS的模式，为BIOS或UEFI。

BIOS-UEFI切换方式

通常是在BIOS设置中选择 UEFI Boot Mode 或 Legacy BIOS Boot Mode (BIOS)。这个只需要在开机后，进入BIOS菜单，修改BOOT相关设置即可。不同的主板有差别。

传统的BIOS启动模式是一般会支持的，UEFI启动方式现在的主板也基本都支持，而且是默认方式。

开启UEFI方法的一些实例

以下的设置项有的就修改，没有就跳过：

1）切换到Boot，选择UEFI Boot回车设置为Enabled

2）有些电脑在Startup下，把UEFI/Legacy Boot设置为UEFI Only

3）把Boot mode select设置为UEFI

4）Boot Type设置为UEFI Boot Type

5）华硕的Launch CSM默认是Disabled，CSM开启时表示Legacy模式，关闭时表示UEFI模式

修改为传统BIOS的一些实例

注：如果有以下选项，就需要修改，没有就略过

1）Secure Boot改成Disabled，禁用安全启动

2）CSM改成Enable或Yes，表示兼容

3）Boot mode或UEFI mode改成Legacy，表示传统启动方式

4）OS Optimized Defaults改成Disabled或Other OS，禁用默认系统优先设置

5）部分机型需设置BIOS密码才可以修改Secure Boot，找到Set Supervisor Password设置密码

MBR 分区格式

MBR（Master Boot Record）主引导记录相对古老的分区方式，自1982年创建，使用至今 MBR又叫做主引导扇区，是计算机开机后访问磁盘时读取的首个扇区，即位于硬盘的0号柱面 (Cylinder)、0号磁头 (Side)、1号扇区 (Sector)。

MBR分区格式通常配合legacy boot mode使用。MBR 分区头一定是被放置在硬盘开头部分，固定大小512字节。（硬盘的第0磁道第0柱面第1扇区）。512字节==446+64+2；真正的分区表 DPT（Disk Partition Table硬盘分区表） 其实对应那个64字节。

硬盘分区DPT

分区表由4项组成，每项16个字节（Byte），共4×16 = 64字节(Byte)。每项描述一个分区的基本信息。

offset	释义
1	引导标志。若值为80H表示活动分区，若值为00H表示非活动分区。
2,3,4	本分区的起始磁头号、扇区号、柱面号。磁头号——第2字节；扇区号——第3字节的低6位；柱面号——为第3字节高2位+第4字节8位。
5	分区类型符。 00H——表示该分区未用（即没有指定）；06H——FAT16基本分区；0BH——FAT32基本分区；05H——扩展分区；07H——NTFS分区； 0FH——（LBA模式）扩展分区（83H为Linux分区等）。
6,7,8	本分区的结束磁头号、扇区号、柱面号。其中：磁头号——第6字节；扇区号——第7字节的低6位；柱面号——第7字节的高2位+第8字节。
9,10,11,12	逻辑起始扇区号（u32），本分区之前已用了的扇区数。
13,14,15,16	本分区的总扇区数。（u32）

分区表上有64/16=4项，每一项表示一个分区，主分区表上的4项用来表示主分区和扩展分区的信息。因为扩展分区最多只能有一个，所以硬盘最多可以有四个主分区或者三个主分区，一个扩展分区。余下的分区表是表示逻辑分区的。逻辑区都是位于扩展分区里面的，并且逻辑分区的个数没有限制。扩展分区相当于一个指针机制，该分区再次存放DPT分区表信息，把这个扩展部分称为扩展分区，区别于主分区。

最后2字节

固定为magic number : 0x55,0xAA ，0xAA是最后一个字节

开头446字节

放置 Pre-Boot程序-引导程序，这个是操作系统安装时写入的，用来将引导OS启动的，从硬盘搬到内存，并启动执行。这里的446字节是最多用446字节，OS版本不同，这个Pre-Boot程序也有差异，不过都不会超过446字节。使用fdisk或parted工具修改分区表时，改动的其实是DPT，这个Pre-Boot程序是不会动的。

UEFI 固件

UEFI，统一可扩展固件接口（Unified Extensible Firmware Interface），是一种个人电脑系统规格，用来定义操作系统与系统固件之间的软件接口，作为BIOS的替代方案。可扩展固件接口负责加电自检、联系操作系统以及提供连接操作系统与硬件的接口。
它所做的工作与BIOS相同，但有一个基本区别:它将所有关于初始化和启动的数据存储在.efi文件中。UEFI支持高达9 zettabytes的驱动器大小，而BIOS只支持2.2 tb。UEFI提供更快的启动时间。

UEFI 的行为就像一个位于固件和操作系统之间的微型操作系统。它在启动时执行与 BIOS 相同的诊断，但提供了更大的灵活性。

UEFI也需要OS支持才能用，如果OS太老，可能是不支持的，如win7，win8，win10以及现在的主流linux发行版都支持UEFI启动。

UEFI 也有固件，安装在母板上的flash或eeprom中，是母板厂商安装的。与 BIOS 一样，UEFI固件部分是启动计算机时运行的第一个程序。它会检查连接了哪些硬件组件，唤醒这些组件并将它们交给操作系统。新规范解决了 BIOS 的几个限制，包括对硬盘分区大小和 BIOS 执行其任务所需时间的限制。

后续补充（修正）：UEFI，Unified Extensible Firmware Interface，本身的释义是一个接口规范，定义了 操作系统和主板固件之间的软件接口规范 。所以，UEFI在物理上应该对应两部分，主板的UEFI固件和操作系统的efi程序文件。想要efi boot，需要两方面要求，主板的UEFI firmware固件符合UEFI规范，磁盘的EFI分区做好，并安装好 .efi 程序文件。

个人理解：

UEFI接口规范，如果类比BIOS，其实是定义BIOS要做什么，如BIOS的POST自检，IO管理，启动管理，而BIOS做的这些，没有明确规范，是自己定义的，而UEFI则是由组织规定的（有Intel交给组织后统一规范，即UEFI，之前也是Intel自己定义的）。这个UEFI的接口规范内容比BIOS多很多，功能更多，安全性更高，具体可以参考wiki连接，比如，支持图形化了，要求引导的磁盘为GPT分区格式，secure boot，更容易支持多系统。
根据UEFI接口规范，对下，就是主板，对应主板的UEFI固件，这个主板的UEFI固件可能是和BIOS并列存在的，即厂商的主板固件同时支持BIOS和UEFI，用户可以自由切换。UEFI固件的基本功能和BIOS固件相类似的事情，IO外设管理，系统引导等等，角色定位和BIOS固件一致，但是功能更强大。
根据UEFI接口规范，对上，就是OS的接口。对应磁盘上要求的FAT32分区，里面要存放 .efi 程序。这个.efi 程序会负责引导OS启动，所以启动OS比BIOS的legacy boot mode 快。另外，这个 .efi 程序文件不是一个文件，而是多个，而且还可以带配置文件。里面和grub也有关，有一个grubx64.efi。应该是先引导启动的grub，grub再启动linux。这些个 .efi 文件根据UEFI规范，需要放在硬盘的标准分区上，即esp分区（efi分区），且必须对该分区设置boot和esp标记，且要求必须是FAT的文件系统。这样，UEFI boot mode才能找到这个EFI分区。很关键。然后，将efi程序文件和配置文件放入即可（这些一般由工具完成，如OS安装，grub install）。（EFI分区在window上用户不可直接看到，系统隐藏了，linux上一般在 /boot/efi/ ）。EFI分区一般512MB即可。

UEFI在现代计算机母版几乎是默认了，算是实现了取代BIOS的目标。在2013年，高级配置和电源接口(ACPI)也移交给了UEFI论坛。ACPI最初是由惠普、英特尔、微软、凤凰科技和东芝合作开发的，它是BIOS的开放标准，用于管理向每个外围设备提供多少功率。

另外，在linux中，efi程序的安装好像是grub完成的，只需要运行 grub-install /dev/xxx 即可，这里的xxx磁盘名暂保留，不确定是磁盘还是分区。(目前使用的基本都是grub2，已经支持efi启动了。)在linux系统中，通过 ls /sys/firmware/efi 就可以判断是否是efi启动的，如果存在该目录，就是efi启动的，否则就是bios(legacy)启动的。

UEFI相比BIOS，启动更快，因为BIOS固件存储空间容量很有限，所以它使用16-bit的指令，而现代的CPU都是32位或64位CPU，这样运行BIOS代码就很慢。而EFI(UEFI)没有该问题，EFI程序引导部分是放在磁盘上的（esp分区）。

UEFI的优点和特性参考： https://en.wikipedia.org/wiki/UEFI

GPT 分区格式

GPT(全局唯一标识磁盘分区表),是源自EFI标准的一种全新磁盘分区表标准结构。相比于MBR分区格式，增加内容较多。且考虑到了兼容MBR的情况（防止有些机器不识别导致破坏GPT分区信息）。

GPT分区的使用，一是作为系统启动盘，一般要求UEFI，UEFI支持GPT，二是作为系统的数据盘，要求OS能识别GPT，只要不是很古老的OS，基本都能识别GPT分区格式。

过去磁盘的一个扇区大小仅有512字节，由于目前出现了4k扇区，因此在扇区的定义上，大多会采用逻辑区块地址（Logical Block Address，LBA）来处理。GPT会将磁盘的所有区块以LBA（默认512字节）进行规划，从数字0从小到大开始编号，第一个LBA为LBA0。MBR仅使用第一个LBA块（512字节）来记录分区信息，并且当该区块出现错误时整块磁盘都将难以修复，但GPT不同,它使用了开头的34个LBA区块来记录分区信息，并且把整个磁盘的最后34个LBA也拿来做一个备份。关于这34个LBA的使用：

LBA0（MBR兼容区块/保护MBR）保护MBR包含一个DOS分区表(LBA0)，只包含一个类型值为0xEE的分区项，在小于2TB的磁盘上，大小为整个磁盘；在更大的磁盘上，它的大小固定为2TB。它的作用是阻止不能识别GPT分区的磁盘工具试图对其进行分区或格式化等操作，起一个保护作用，所以该扇区被称为“保护MBR”。实际上，EFI根本不使用这个分区表。就是起保护作用的。
LBA1（GPT表头记录）这部分记录了分区表的位置和大小，同时也记录了前面提到备份用的GPT分区所在位置（最后34个LBA），还放置了分区表的校验码（CRC32），校验码的作用是让操作系统判断GPT的正确与否，倘若发现错误则可以从备份的GPT中恢复正常运行。
LBA2-33（实际记录分区信息处）从LBA2开始，每个LBA都是用于存放分区信息的，每个LBA可以提供4条的分区记录信息，所以最多有4x32=128条分区记录（每条分区信息叫一个entry，大小128字节，一个LBA就可以放4条，）相比于MNR的16字节为一条分区信息，GPT的分区信息较多（由起始地址、结束地址、类型值、名字、属性标志、GUID值组成。分区表建立后，128位的GUID对系统来说是唯一的。）。
后面的LBA到最后34个LBA之间存放数据使用的LBA
最后34个LBA 开头的GPT分区表的备份

GPT分区头信息格式

EFI信息区位于磁盘的1号扇区(LBA1)，也称为GPT头。其具体结构如下表所示

相对字节偏移量(十六进制)	字节数	说明[整数皆以little endian方式表示]
00～07	8	GPT头签名“45 46 49 20 50 41 52 54”(ASCII码为“EFI PART”)
08～0B	4	版本号，目前是1.0版，其值是“00 00 01 00”
0C～0F	4	GPT头的大小(字节数)，通常为“5C 00 00 00”(0x5C)，也就是92字节。
10～13	4	GPT头CRC校验和(计算时把这个字段本身看做零值)
14～17	4	保留，必须为“00 00 00 00”
18～1F	8	EFI信息区(GPT头)的起始扇区号，通常为“01 00 00 00 00 00 00 00”，也就是LBA1。
20～27	8	EFI信息区(GPT头)备份位置的扇区号，也就是EFI区域结束扇区号。通常是整个磁盘最末一个扇区。
28～2F	8	GPT分区区域的起始扇区号，通常为“22 00 00 00 00 00 00 00”(0x22)，也即是LBA34。
30～37	8	GPT分区区域的结束扇区号，通常是倒数第34扇区。
38～47	16	磁盘GUID(全球唯一标识符,与UUID是同义词)
48～4F	8	分区表起始扇区号，通常为“02 00 00 00 00 00 00 00”(0x02)，也就是LBA2。
50～53	4	分区表总项数，通常限定为“80 00 00 00”(0x80)，也就是128个。
54～57	4	每个分区表项占用字节数，通常限定为“80 00 00 00”(0x80)，也就是128字节。
58～5B	4	分区表CRC校验和
5C～*	*	保留，通常是全零填充

分区项entry.

相对字节偏移量(十六进制)	字节数	说明[整数皆以little endian方式表示]
00～0F	16	用GUID表示的分区类型
10～1F	16	用GUID表示的分区唯一标示符
20～27	8	该分区的起始扇区，用LBA值表示。
28～2F	8	该分区的结束扇区(包含)，用LBA值表示，通常是奇数。
30～37	8	该分区的属性标志
38～7F	72	UTF-16LE编码的人类可读的分区名称，最大32个字符。

细节参考： https://en.wikipedia.org/wiki/GUID_Partition_Table
https://blog.csdn.net/dzhongjie/article/details/112325468
https://zhuanlan.zhihu.com/p/517741220

BIOS and UEFI boot