⚙️ Le BIOS / UEFI

🎯 Objectifs

• Comprendre le rôle du BIOS et de l'UEFI dans le démarrage d'un ordinateur
• Connaître la séquence de démarrage (POST → bootloader → OS)
• Différencier BIOS Legacy et UEFI
• Comprendre les schémas de partitionnement MBR et GPT
• Maîtriser le concept de Secure Boot et ses implications
• Savoir configurer et mettre à jour un firmware

📖 Qu'est-ce que le BIOS ?

Définition

Le BIOS (Basic Input/Output System) est un firmware — un logiciel intégré directement dans une puce de la carte mère. C'est le tout premier programme qui s'exécute lorsque vous allumez votre ordinateur, avant même le système d'exploitation.

Historique

Le BIOS a été introduit en 1981 avec le premier IBM PC. Pendant plus de 30 ans, il est resté le standard pour l'initialisation matérielle des ordinateurs compatibles PC. Il était stocké sur une puce ROM (Read-Only Memory), puis sur des puces EEPROM et Flash permettant les mises à jour.

Rôle du BIOS

• Initialiser le matériel : tester et configurer le processeur, la RAM, les contrôleurs de stockage, le clavier, etc.
• Exécuter le POST (Power-On Self-Test) : vérifier que tous les composants fonctionnent correctement
• Charger le bootloader : trouver le périphérique de démarrage et lancer le chargeur d'amorçage du système d'exploitation
• Fournir des services d'E/S de base : gestion minimale du clavier, de l'écran et des disques avant le chargement de l'OS

📖 La séquence de démarrage (Boot)

Vue d'ensemble

Lorsque vous appuyez sur le bouton Power, voici ce qui se passe :

📖 Le POST en détail

Tests effectués

Le POST (Power-On Self-Test) effectue une série de vérifications matérielles :

• Test du CPU : vérification des registres et des instructions de base
• Test de la RAM : comptage et vérification de la mémoire disponible
• Test du GPU : initialisation de la carte graphique pour l'affichage
• Test des contrôleurs : vérification du contrôleur clavier, des ports série/parallèle
• Test des périphériques de stockage : détection des disques SATA, NVMe, USB
• Vérification de la somme de contrôle CMOS : s'assurer que les paramètres du BIOS sont intacts

Codes bip (Beep Codes)

En cas d'erreur, le BIOS émet des séquences de bips sonores via le haut-parleur interne (PC Speaker). Ces codes varient selon le fabricant du BIOS :

Les cartes mères modernes utilisent souvent un afficheur LED à 2 chiffres (Debug LED / Q-Code) ou des LED de diagnostic (CPU, DRAM, VGA, BOOT) à la place des bips.

📖 Configuration du BIOS

Accès au BIOS

Pour entrer dans le BIOS/UEFI, il faut appuyer sur une touche spécifique au tout début du démarrage :

Paramètres essentiels

• Ordre de boot : définir la priorité des périphériques de démarrage (SSD, USB, réseau PXE)
• Date et heure : horloge système RTC (Real-Time Clock), maintenue par la pile CMOS
• Mode SATA : AHCI (recommandé pour SSD) vs IDE (compatibilité anciens OS) vs RAID
• Activation/Désactivation composants : ports USB, audio intégré, carte réseau, Bluetooth
• Virtualisation : activer Intel VT-x ou AMD-V (nécessaire pour les hyperviseurs)
• Mots de passe BIOS : mot de passe superviseur (accès BIOS) et mot de passe utilisateur (boot)
• TPM : activer le module de plateforme sécurisée (requis pour Windows 11, BitLocker)

📖 UEFI : l'évolution du BIOS

Historique

Le standard EFI (Extensible Firmware Interface) a été développé par Intel à la fin des années 1990, initialement pour les serveurs Itanium. En 2005, l'UEFI Forum a pris en charge le développement, créant le standard UEFI (Unified EFI). Depuis 2012, la quasi-totalité des PC utilisent l'UEFI.

Avantages de l'UEFI

• Interface graphique : navigation à la souris, menus visuels, pas seulement du texte bleu
• Support réseau natif : possibilité de mise à jour du firmware via Internet
• Drivers EFI : les drivers peuvent être chargés indépendamment de l'OS
• Démarrage plus rapide : optimisation de l'initialisation parallèle des composants
• Support GPT : disques de plus de 2 To, jusqu'à 128 partitions
• Secure Boot : vérification cryptographique du bootloader
• Shell UEFI : environnement de commandes intégré pour le diagnostic

Comparaison BIOS Legacy vs UEFI

📖 MBR vs GPT

MBR (Master Boot Record)

Le MBR est le schéma de partitionnement historique, introduit en 1983 avec MS-DOS. Le MBR occupe les 512 premiers octets du disque et contient :

• Le code bootstrap (446 octets) : le code de démarrage minimal
• La table de partitions (64 octets) : 4 entrées de 16 octets → maximum 4 partitions primaires
• La signature de boot (2 octets) : 0x55AA

Limitation principale : taille maximale de 2 To par partition (adressage LBA 32 bits).

GPT (GUID Partition Table)

Le GPT fait partie du standard UEFI et remplace le MBR. Caractéristiques :

• Jusqu'à 128 partitions (sans partition étendue)
• Taille maximale théorique : 9,4 Zo (zettaoctets) — adressage LBA 64 bits
• Chaque partition a un GUID (Globally Unique Identifier) unique
• Redondance : table de partitions sauvegardée à la fin du disque
• CRC32 : somme de contrôle pour détecter la corruption
• Inclut un MBR protectif pour compatibilité avec les anciens outils

Partition ESP (EFI System Partition)

En mode UEFI+GPT, le disque contient une partition spéciale appelée ESP (EFI System Partition) :

• Formatée en FAT32
• Taille typique : 100-550 Mo
• Contient les fichiers .efi des bootloaders : \EFI\Microsoft\Boot\bootmgfw.efi (Windows), \EFI\ubuntu\grubx64.efi (Ubuntu)
• Point de montage Linux : /boot/efi

📖 Secure Boot

Principe

Le Secure Boot est une fonctionnalité de l'UEFI qui empêche le chargement de logiciels non signés au démarrage. Il établit une chaîne de confiance : le firmware ne charge que des bootloaders et drivers dont la signature est vérifiée.

Clés cryptographiques

Secure Boot et Linux

Par défaut, Secure Boot ne contient que les clés Microsoft. Pour démarrer Linux :

• Les distributions majeures (Ubuntu, Fedora, SUSE) utilisent un shim : un petit bootloader signé par Microsoft qui charge ensuite GRUB
• MOK (Machine Owner Key) : mécanisme permettant d'ajouter ses propres clés de confiance via mokutil
• Alternative : désactiver Secure Boot dans le BIOS/UEFI (déconseillé en production)

Vérifier l'état de Secure Boot sous Linux

# Vérifier si Secure Boot est actif
mokutil --sb-state

# Lister les clés inscrites
mokutil --list-enrolled

📖 CSM (Compatibility Support Module)

Principe

Le CSM est un module de compatibilité intégré à l'UEFI qui émule un BIOS Legacy. Il permet de démarrer des systèmes d'exploitation qui ne supportent pas l'UEFI (ex : Windows XP, certaines distributions Linux anciennes).

Modes de fonctionnement

⚠️ Attention : Windows 11 exige l'UEFI natif avec Secure Boot et TPM 2.0. Le mode CSM doit être désactivé.

📖 Mise à jour du firmware

Pourquoi mettre à jour ?

• Correction de failles de sécurité (ex : vulnérabilités Spectre/Meltdown au niveau firmware)
• Support de nouveaux CPU : une nouvelle génération de processeur nécessite souvent un BIOS à jour
• Amélioration de la stabilité et compatibilité mémoire
• Ajout de fonctionnalités (nouveau support RAID, amélioration fan control)

Méthodes de mise à jour

Risques

Une coupure de courant ou une erreur pendant le flashage peut bricker la carte mère (la rendre inutilisable). Précautions :

• Ne jamais éteindre l'ordinateur pendant le flashage
• Utiliser un onduleur (UPS) si possible
• Préférer la méthode via l'UEFI ou BIOS Flashback
• Télécharger le firmware uniquement depuis le site officiel du constructeur

📖 Reset CMOS

La pile CMOS

La pile CR2032 (pile bouton 3V) alimente la mémoire CMOS qui stocke les paramètres du BIOS (date/heure, configuration matérielle, mots de passe). Quand cette pile est vide, les paramètres sont réinitialisés à chaque extinction.

Quand réinitialiser le CMOS ?

• Mot de passe BIOS oublié
• Overclocking instable empêchant le démarrage
• Paramètres incorrects (mauvais mode SATA, mauvais ordre de boot)
• Carte mère ne démarrant plus après un changement matériel

Méthodes de reset

• Retirer la pile CMOS : éteindre, débrancher, retirer la pile 30 secondes, remettre
• Jumper Clear CMOS : déplacer le jumper CLRTC/JBAT1 de la position 1-2 à 2-3 pendant 10 secondes
• Bouton Clear CMOS : certaines cartes mères ont un bouton dédié sur le panneau I/O

📖 Commandes de diagnostic

Sous Linux

# Informations BIOS/UEFI
sudo dmidecode -t bios

# Vérifier le mode de démarrage (UEFI ou BIOS)
[ -d /sys/firmware/efi ] && echo "UEFI" || echo "BIOS Legacy"

# Lister les entrées de boot UEFI
efibootmgr -v

# Voir les partitions (identifier ESP)
lsblk -f

# Vérifier Secure Boot
mokutil --sb-state

Sous Windows

REM Vérifier le mode de démarrage
msinfo32
REM Chercher "Mode BIOS" → UEFI ou Hérité

REM Informations firmware en PowerShell
Get-ComputerInfo | Select-Object BiosBIOSVersion, BiosManufacturer, BiosSMBIOSBIOSVersion

REM Vérifier Secure Boot
Confirm-SecureBootUEFI

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