在计算机系统中，启动模式决定了操作系统如何与硬件进行交互以加载和初始化。在现代计算机中，常见的启动模式有 Legacy BIOS 和 UEFI，它们都支持不同的体系结构和硬件平台。下面是对这些模式的详细介绍，涵盖 x86 Legacy BIOS、IA32 UEFI、x86_64 UEFI 和 ARM64 UEFI 四种常见的启动模式。
1. x86 Legacy BIOS (传统BIOS模式)
定义
Legacy BIOS（基本输入输出系统）是较早期计算机的启动方式，也是大多数老旧计算机使用的启动模式。它基于传统的16位架构，因此对硬件的支持和操作系统的启动方式有一些限制。
工作原理
- 启动过程：当计算机开机时，BIOS 会进行一系列硬件初始化，然后加载启动设备（如硬盘、光驱、USB）上的引导扇区（MBR，Master Boot Record）。BIOS 会执行引导扇区中的引导代码，通常会跳转到操作系统加载程序。
- 硬件支持：BIOS 仅支持16位模式的引导，因此无法处理更大的内存空间和现代硬件的一些功能。
- 磁盘分区：使用MBR（Master Boot Record）进行磁盘分区，每个分区最多支持2TB的磁盘空间。它不支持更复杂的分区方案（如GPT）。
- 限制：BIOS的功能相对较为简单，缺乏对现代硬件（如大于2TB的磁盘和高速启动）的支持，也无法为操作系统提供更强的启动选项。
优点
- 兼容性强，能够支持老旧的硬件设备。
- 操作简单，兼容大多数老旧操作系统。
缺点
- 无法支持大于2TB的硬盘。
- 启动速度较慢。
- 不支持复杂的硬件和更现代的功能。
2. IA32 UEFI (32位UEFI模式)
定义
UEFI（统一可扩展固件接口）是现代计算机系统所采用的启动标准，旨在取代传统的BIOS。它支持更先进的功能和更高的灵活性。IA32 UEFI 是专门为32位 x86 架构设计的UEFI启动模式。
工作原理
- 启动过程：UEFI系统通过加载位于EFI分区上的启动管理器来启动操作系统。启动管理器根据配置文件（如
bootx32.efi）选择适当的启动设备和引导程序。 - 硬件支持：UEFI支持32位操作系统的引导，并且支持更复杂的硬件和驱动程序，能够在启动时加载更多的驱动程序（如网络驱动、存储控制器等）。
- 磁盘分区：UEFI使用GPT（GUID Partition Table）分区表，比传统的MBR支持更大的硬盘（大于2TB）和更多的分区（最大128个分区）。
- 启动方式：UEFI支持更快速的启动模式，并且支持更复杂的操作系统加载过程。
优点
- 支持更大的硬盘（大于2TB）和更多的分区。
- 更快的启动速度。
- 更灵活的硬件支持和扩展性。
- 支持安全启动（Secure Boot）和网络启动（PXE）。
缺点
- 32位UEFI相对于64位UEFI有所限制，尤其在现代硬件上，通常需要64位版本的UEFI。
- 对某些老旧操作系统和硬件的兼容性较差。
3. x86_64 UEFI (64位UEFI模式)
定义
x86_64 UEFI是为64位的x86架构（如Intel和AMD的现代处理器）设计的UEFI启动模式。它比32位UEFI更适合处理现代计算机的高性能需求。
工作原理
- 启动过程：与32位UEFI相似，x86_64 UEFI通过加载EFI分区中的启动管理程序来启动操作系统。启动管理程序执行后，将操作系统引导到内存并完成初始化。
- 硬件支持：64位UEFI支持64位操作系统的启动，能够处理更多的内存（超过4GB），并且能够利用现代硬件的特性（如大容量RAM和快速SSD存储）。
- 磁盘分区：同样使用GPT分区表，可以支持更大的硬盘和更多的分区。
- 启动速度和性能：64位UEFI具有更高的性能，能够充分发挥64位硬件的优势，并支持现代操作系统（如Windows 10/11、Linux等）的启动。
优点
- 支持4GB以上的内存。
- 支持更高的硬盘容量和更多的分区。
- 更强的启动性能，支持现代硬件的特性。
- 更安全的启动过程（支持Secure Boot）。
缺点
- 需要64位的操作系统。
- 对32位系统的支持较差。
4. ARM64 UEFI (64位ARM架构UEFI模式)
定义
ARM64 UEFI是为基于ARM架构的64位处理器设计的UEFI启动模式。随着ARM架构的崛起，特别是在移动设备、嵌入式系统以及新的服务器市场中，ARM64 UEFI越来越常见。
工作原理
- 启动过程：与x86_64 UEFI类似，ARM64 UEFI通过EFI分区中的启动管理程序加载操作系统。由于ARM的架构特性，启动过程可以更为灵活，且支持多种硬件平台（如手机、平板、嵌入式设备、服务器等）。
- 硬件支持：ARM64架构的处理器通常用于低功耗设备，因此UEFI在这些平台上的应用更侧重于优化启动时间和系统资源的使用。
- 磁盘分区：ARM64 UEFI同样使用GPT分区表，支持大容量硬盘。
- 操作系统支持：ARM64 UEFI可用于加载64位的ARM操作系统，如Android、Ubuntu ARM版本等。
优点
- 支持ARM架构的多种硬件平台。
- 低功耗，适合嵌入式设备。
- 支持现代操作系统和硬件特性。
- 可与传统x86硬件平台兼容（通过交叉编译等手段）。
缺点
- 相比x86平台，ARM64硬件生态相对较小，兼容性和软件支持仍然在发展中。
- 不支持32位ARM操作系统，适用于64位操作系统。
总结
| 启动模式 | 架构 | 分区表 | 支持的内存 | 启动速度 | 优点 | 缺点 |
|---|---|---|---|---|---|---|
| x86 Legacy BIOS | x86 | MBR | 2GB | 较慢 | 简单、兼容性强 | 不支持大于2TB硬盘、不支持现代硬件、启动速度慢 |
| IA32 UEFI | x86 32位 | GPT | >4GB | 较快 | 支持GPT分区、更灵活的硬件支持、支持更大的硬盘和更多分区 | 仅支持32位操作系统、与64位系统不兼容 |
| x86_64 UEFI | x86 64位 | GPT | >4GB | 快速 | 支持大内存、大硬盘、更强的启动性能、现代硬件支持、支持Secure Boot | 仅支持64位操作系统、与32位系统不兼容 |
| ARM64 UEFI | ARM 64位 | GPT | >4GB | 快速 | 适用于低功耗设备、支持ARM操作系统、现代硬件支持 | 硬件生态相对较小、软件支持不如x86架构强大 |
每种启动模式根据硬件架构、操作系统需求和使用场景的不同，具有各自的优势和限制。随着计算机技术的发展，UEFI逐渐取代传统BIOS，成为现代计算机的标准启动方式。
