BIOS・UEFI・CMOSの違い
BIOS、CMOS、およびUEFIに関する完全かつ包括的な解説
コンピュータの電源を入れた瞬間からオペレーティングシステム（OS）が立ち上がるまでの間に行われる一連の初期処理には、私たちが通常あまり目にすることのない、しかし極めて重要な技術が関与している。その中でも「BIOS（Basic Input/Output System）」、「CMOS（Complementary Metal-Oxide Semiconductor）」、そして「UEFI（Unified Extensible Firmware Interface）」は、コンピュータの動作に欠かせない役割を担っている。本稿では、それぞれの技術の定義、機能、仕組み、違い、進化の過程、現代における重要性について、科学的かつ専門的な視点から徹底的に解説する。
BIOSとは何か
**BIOS（バイオス）**とは、「Basic Input/Output System（基本入出力システム）」の略であり、マザーボード上のROM（Read Only Memory）チップに組み込まれたファームウェアである。これは、コンピュータの電源を入れたときに最初に実行されるソフトウェアであり、ハードウェアの初期化、各種機器の認識、OSの起動（ブートストラップ）などを行う。
BIOSの主な機能
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POST（Power-On Self Test）：
コンピュータが起動した際に、CPU、メモリ、ストレージ、グラフィックスカードなどのハードウェアの動作確認を行う。 -
ハードウェア設定：
BIOSセットアップユーティリティを通じて、ユーザーは起動順序、クロック周波数、ファン制御、電源管理などを調整可能。 -
ブートローダーへの制御の移譲：
BIOSは、ストレージデバイス（HDDやSSD）上にあるOSのブートローダーを読み込み、OSの起動を開始する。 -
中間層インターフェース：
OSがハードウェアと通信するための低レベルAPIを提供。
CMOSとは何か
**CMOS（Complementary Metal-Oxide Semiconductor）**は、本来は半導体製造技術の名称であるが、BIOSの設定情報を保存しておくために用いられる揮発性メモリを指す場合が多い。マザーボード上の小型バッテリー（CMOSバッテリー）によって常に通電され、設定情報が維持される。
CMOSが保持する情報の例
| 項目 | 説明 |
|---|---|
| 日時 | システムの現在時刻と日付 |
| ブート順序 | 起動デバイスの優先順位 |
| ハードウェア設定 | CPUやメモリ、ファンの動作設定 |
| パスワード | BIOSパスワード（セキュリティ用） |
CMOSバッテリーの役割
このバッテリーが切れると、電源を切った際にこれらの設定が失われる。結果として、起動時に日時がリセットされたり、ハードウェア構成が認識されなくなったりする。定期的なバッテリーの交換が推奨される。
UEFIとは何か
**UEFI（Unified Extensible Firmware Interface）**は、従来のBIOSを置き換えるために策定された新しい規格のファームウェアである。インテルが中心となり、UEFIフォーラムによって標準化されており、現代のほとんどのPCに採用されている。
UEFIの特徴
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グラフィカルユーザーインターフェース（GUI）：
BIOSのテキストベースとは異なり、マウス操作が可能なビジュアルな画面を提供。 -
セキュアブート：
デジタル署名されたOSのみを起動可能とすることで、マルウェアの侵入を防ぐ。 -
大容量ドライブへの対応：
BIOSでは2TB以上のHDD/SSDを扱うことが困難であったが、UEFIでは理論的に9.4ZB（ゼタバイト）まで対応可能。 -
起動速度の向上：
並列処理やプリブートOS環境（プレブート環境）により、従来よりも高速な起動が実現される。 -
モジュラー構造：
拡張性が高く、ドライバやユーティリティを組み込むことができる。
GPTとMBRの違い
UEFIと組み合わせて使用されるパーティション方式は**GPT（GUID Partition Table）である。従来のBIOSではMBR（Master Boot Record）**が用いられていた。以下に両者の違いを表にまとめる。
| 項目 | MBR | GPT |
|---|---|---|
| 最大パーティション数 | 4（プライマリ） | 128以上 |
| 対応ストレージ容量 | 最大2TB | 理論上9.4ZB |
| 冗長性 | なし | パーティションテーブルのバックアップ有 |
| セキュリティ | 弱い | CRCによるエラーチェック有 |
BIOSとUEFIの違い
| 項目 | BIOS | UEFI |
|---|---|---|
| 起動インターフェース | テキストベース | グラフィカル（マウス対応） |
| セキュリティ機能 | ほぼなし | セキュアブート、暗号化対応 |
| 起動速度 | 遅い | 高速 |
| ストレージ対応 | 2TBまで（MBR） | 数TB〜数ZB（GPT） |
| 拡張性 | 低い | 高い（ドライバ組み込み可） |
UEFIは単なるBIOSの後継ではなく、設計思想そのものが根本的に異なる。モダンOS（Windows 11、Linux、macOSなど）は、UEFIを前提に設計されているため、現在では事実上の標準となっている。
過去から未来へ：技術の移り変わり
BIOSは1980年代から使われている非常に歴史のある技術であり、長年にわたってPCの中核を担ってきた。しかし、64ビットコンピューティングやSSD、仮想化技術の発展により、その限界が露呈してきた。特に、セキュリティの脆弱性や大容量デバイスへの非対応といった点は、現代のニーズには対応しきれなかった。
一方、UEFIはこれらの問題を解決するために生まれた技術であり、今後のPCやサーバー、IoT機器においてもさらに重要な役割を果たすと考えられている。将来的には、UEFIをベースにさらに進化した「ファームウェアのクラウド管理」や「ハードウェアに最適化されたセキュアブート環境」なども期待されている。
セキュリティの観点から見るBIOSとUEFI
近年のコンピュータセキュリティでは、ファームウェアレベルの脆弱性が深刻な脅威として認識されている。UEFIはセキュアブート機能や署名検証機能により、マルウェアやルートキットからシステムを保護することができる。一方、BIOSベースのシステムではこのようなセキュリティ機能は基本的に備わっておらず、脅威に対して脆弱である。
セキュリティ研究者たちはUEFIの定期的なアップデート、セキュアブート設定の有効化、ハードウェア製造者による正しい鍵管理の重要性を訴えている。UEFIは便利で高度な技術だが、その管理を誤れば新たな攻撃経路ともなり得るため、適切な知識と運用が求められる。
まとめ
BIOS、CMOS、UEFIは、いずれもコンピュータの初期動作を制御し、安定したOS起動を支える根幹技術である。特にUEFIは、次世代の標準として広く普及し、セキュリティ・性能・拡張性のすべてにおいて従来技術を凌駕している。
エンドユーザーにとっては普段あまり意識しない部分かもしれないが、BIOSやUEFIの設定を正しく理解し、適切に活用することは、コンピュータの性能を最大限に引き出し、安全性を保つうえで極めて重要である。今後のコンピューティング環境において、UEFIを中心としたファームウェアの進化はさらに加速することが予想される。常に最新の情報と技術に目を向け、変化に柔軟に対応する姿勢が求められている。
参考文献
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Intel Corporation. “UEFI Specification.” https://uefi.org/specifications
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Microsoft Learn. “UEFIとセキュアブートの概要.” https://learn.microsoft.com/
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AMI BIOS Technical Reference Manual. American Megatrends.
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中村 正三郎『パソコンのしくみ』技術評論社
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日経BP社『次世代UEFIと最新PCファームウェア技術』