[하드웨어 뜯어보기] 전원·펌웨어 #37 - BIOS와 UEFI의 탄생

컴퓨터의 첫 의식, 부팅의 시작점

전원이 들어온 순간부터 운영체제가 등장하기까지, 펌웨어가 펼치는 ‘깨움의 의식’

핵심요약
BIOS/UEFI는 컴퓨터의 첫 번째 두뇌로, OS보다 먼저 깨어 전체를 초기화한다.
BIOS는 레거시 16비트 구조이며, UEFI는 현대적인 32/64비트 펌웨어 환경이다.
POST·부트 매니저·드라이버 초기화·부팅 순서 관리 모두 펌웨어의 역할이다.
UEFI는 Secure Boot·GPT·그래픽 UI 등 현대 시스템에 최적화되어 있다.

BIOS, UEFI

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1. BIOS/UEFI란 무엇인가?

핵심 문장: BIOS/UEFI는 운영체제가 시작되기 전, 컴퓨터의 ‘첫 번째 생각’을 담당하는 저수준 두뇌다.

 

전원을 켜면 CPU는 메모리도, 저장장치도, 그래픽카드도 아직 준비되지 않은 혼란 상태에 있습니다. 이때 모든 부품을 깨우고 상태를 점검하고, OS를 불러오는 존재가 바로 펌웨어(Firmware)입니다.

 

펌웨어에는 두 가지 계보가 있습니다.

• BIOS (Basic Input/Output System)
• UEFI (Unified Extensible Firmware Interface)

이 둘이 컴퓨터의 “첫 의식(boot)”을 담당하는 하드웨어-소프트웨어 중간 계층입니다.

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2. BIOS의 세계 - 16비트 시대의 유산

2-1. BIOS의 탄생 배경

BIOS는 IBM PC(1981) 시절에 설계된 구조로 CPU가 전원을 켜자마자 실행할 수 있는 가장 단순한 부팅 로직을 목표로 했습니다.

 

특징:

• 16비트 리얼모드
• 1MB 주소 공간
• MBR 기반 부팅
• 하드웨어 의존적 인터럽트 호출(INT 13h 등)
• 텍스트 기반 화면

당시에는 충분했지만, 저장장치·메모리·GPU가 폭발적으로 성장하면서 BIOS로는 더 이상 현대 시스템의 요구를 감당할 수 없었습니다.

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3. UEFI의 등장 - 64비트 시대의 펌웨어

핵심 문장: UEFI는 BIOS를 대체하기 위해 태어난 현대적인 펌웨어 운영체제다.

 

UEFI는 단순히 “BIOS의 대체품”이 아니라, 펌웨어 자체를 완전히 새롭게 설계한 일종의 미니 OS입니다.

 

특징:

• 32/64비트 모드
• 그래픽 기반 인터페이스
• GPT 지원
• 네트워크 부팅, 마우스 입력 지원
• 모듈식 드라이버
• Secure Boot
• NVMe SSD 부팅 지원

UEFI는 더 안정적이고, 더 빠르고, 더 확장 가능한 펌웨어 구조입니다.

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4. 부팅의 전체 과정 - “컴퓨터의 첫 의식”

컴퓨터의 부팅 과정은 크게 다섯 단계로 요약됩니다.

4-1. Power On & Reset Vector

CPU는 전원이 들어오면 리셋 벡터(Reset Vector)라는 고정 주소에서 첫 명령을 읽습니다.

• x86: FFFF:0000 세그먼트
• 여기서 BIOS/UEFI의 첫 코드가 실행됨

4-2. POST (Power-On Self Test)

하드웨어가 정상인지 검사하는 단계

• 메모리 크기 확인
• CPU 초기화
• 그래픽 카드 초기 신호
• 키보드 컨트롤러 체크
• 전압/센서 상태 점검
• 비프음(BEEP Code) 출력

문제가 있으면 POST 단계에서 즉시 멈춥니다.

4-3. 드라이버 초기화

부팅 장치(SSD, HDD, USB, 네트워크)를 사용할 수 있도록
펌웨어 드라이버가 로드됩니다.

BIOS는 단순 인터럽트 기반 드라이버였지만
UEFI는 모듈식 드라이버를 로드하며
여러 장치를 자체적으로 구동할 수 있습니다.

4-4. Boot Manager → Boot Loader

펌웨어는 부팅 순서(boot order)에 따라 OS를 찾아 실행합니다.

 

BIOS

MBR의 446바이트 부트로더 → OS 로더

 

UEFI

GPT 파티션의 EFI System Partition(ESP)에서 \EFI\BOOT\BOOTX64.EFI 같은 실행 파일을 직접 실행. UEFI 부팅은 “파일 실행 방식”이라 손상에 강하고, 구성 가능한 옵션이 많습니다.

4-5. 운영체제 커널 로딩

최종적으로 아래와 같은 부트로더가 OS 커널을 메모리에 로드합니다.

• Windows Boot Manager
• GRUB
• systemd-boot

여기까지가 펌웨어의 역할, 그 뒤는 운영체제의 세계입니다.

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5. BIOS와 UEFI의 핵심 비교

항목	BIOS	UEFI
작동 모드	16비트	32/64비트
부팅 방식	MBR	GPT
디스크 용량 제한	2TB	사실상 제한 없음
인터페이스	텍스트	그래픽 UI
드라이버	INT 기반	모듈식 드라이버
보안	취약	Secure Boot
NVMe 부팅	불가	가능
확장성	매우 낮음	매우 높음

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6. Secure Boot - 악성 코드로부터 첫 단계부터 보호

UEFI의 가장 중요한 기능은 Secure Boot입니다.

 

작동 원리:

• 펌웨어가 부트로더의 서명을 확인
• 인증된 코드만 실행
• 루트킷·부트킷 공격 원천 차단

운영체제의 첫 단계까지 신뢰의 사슬(chain of trust)을 연결하여 시스템 보안을 근본부터 강화합니다.

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7. 비유하자면 - “잠에서 깨어나는 두뇌의 초기 의식”

• BIOS = 엄격한 아침 루틴을 가진 오래된 사람
• UEFI = 스마트폰으로 일정 체크하며 하루를 준비하는 현대인

POST는 눈을 뜨며 몸 상태를 확인하는 과정이고, 부트 매니저는 오늘 할 일을 고르는 과정이며, 부트로더는 첫 행동을 실행하는 과정입니다. 컴퓨터는 이렇게 매일 아침 “자기 자신을 깨우는 과정”을 거쳐 일합니다.

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8. 기술 발전의 역사 - 단순 인터럽트 테이블에서 미니 OS로

• 1981 IBM PC BIOS 탄생
• 2005 인텔 EFI 기반 UEFI 발전
• 2010년대 이후 메인보드 대부분 UEFI로 전환
• NVMe·GPT·Secure Boot 도입으로 BIOS는 역할을 끝냄

오늘날 BIOS는 “레거시 모드(Compatibility Support Module)”의 형태로만 남아 있을 뿐, 표준 펌웨어는 UEFI입니다.

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9. 오늘날 활용 - PC, 서버, AI 하드웨어 모든 부팅의 기준

UEFI는 PC를 넘어 다양한 시스템의 부팅 표준입니다.

• 서버
• 워크스테이션
• ARM 장치
• Apple 실리콘(M1/M2)
• 임베디드 시스템
• UEFI Shell 기반 유지보수

특히 NVMe SSD 부팅과 Secure Boot는 AI/클라우드 시대의 필수 요소입니다.

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10. 요약

• BIOS/UEFI는 컴퓨터의 첫 부팅 의식을 담당
• UEFI는 BIOS의 완전한 현대화 버전
• POST·드라이버 초기화·부트 매니저는 펌웨어의 역할
• UEFI는 보안·확장성·성능·대용량 디스크에서 압도적
• 오늘날 모든 시스템은 UEFI가 중심

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11. 다음 편 예고

펌웨어를 지나, 운영체제가 어떻게 자신을 메모리에 올리고 초기 프로세스를 구성하는지 깊숙하게 따라갑니다.

 

다음 글 : [컴퓨터 과학/전원∙펌웨어] - [하드웨어 뜯어보기] 전원·펌웨어 #38 - 부팅 과정의 모든 것

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