电脑主板提示nand 为什么很多用了几十年的主板也没听说过BIOS的数据坏了的呢？

发布时间 : 2024-11-24

作者 : 小编

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为什么很多用了几十年的主板也没听说过BIOS的数据坏了的呢？

现代的UEFI BIOS除了传统BIOS的一些配置信息还在CMOS中，绝大部分需要存储的内容都被保存在闪存芯片中，在那里，还居住着BIOS的执行代码、ME的代码和存储部分，以及一些其他固件们（GBe，PMC，TB PHY等等）。闪存，也就是Flash，这个词汇经常出现在我们周围，这不，长江存储又刷屏了。但是，这种闪存是固态硬盘要用到的NAND Flash，而不是BIOS存储用到的NOR Flash。

BIOS之所以选用NOR，是看中了它的XIP，也就是eXecute in place特性。我粗陋的翻译为原地执行代码 ，而不需要加载Load到某块内存中执行。这个特性十分重要，因为在上电启动后，内存初始化还没有进行，没有内存可供使用，虽然我们可以将Cache偷过来做内存用一段时间（Cache As RAM，CAR），但总是没有直接用起来方便。在CAR好了之前的代码，都是在NOR Flash上直接执行的（XIP）。

BIOS芯片

尽管BIOS使用NOR Flash上已经有很长时间，但它和南桥芯片的接口在经历了从FWH到SPI的转变。十几年前闪存接口是传统的挂在LPC下面的FirmwareHub，那时的BIOS芯片长这样（现在有些古老主板上还可以找到它）：

ST FWH 2MB Flash

FWH闪存芯片管脚多，主板走线复杂，成本高，LPC总线速度慢，这些弊病让主板BIOS芯片在十几年前慢慢地向SPI NOR Flash芯片转移。现在的BIOS芯片几乎都是SPI芯片，如果你仔细寻找，你几乎可以在所有的台式机、笔记本、服务器、甚至是嵌入式系统中找到它的身影：

Winbound 25Q64BV

这是两个Winbond 8MB的芯片，左边是8个管脚的封装，一般用作笔记本和嵌入式系统上；右边是16 pin的封装，一般用作台式机和服务器中。

BIOS闪存芯片经历了一个逐渐变大的过程。从1MB到2MB，再到8MB，现在很多服务器已经用上了64MB的Flash。闪存内部要也不再仅仅是BIOS了，还有别的小伙伴杂居其中。如果你对闪存芯片内容好奇，可以用UEFITool 打开BIOS Image：

一个BIOS Image例子

可以看到，Flash开头是描述符Descriptor区域。里面的结构是Intel定义的，有其他各个区块的大小、位置和权限等信息，以及SoftStrap等等内容。BIOS的代码和存储只是其中一个区域，尽管在很多情况下是最大的区域。

BIOS区中的可变部分：Variable

BIOS区域中如何划分就是BIOS程序员自己做主了。一般被划分成很多区域（FV），一些是存储代码，一些是存储数据。存储数据是利用了NOR Flash的非易失（NVM）特性，简单来说就是掉电内容不丢失，这样用户的一些选项（setup options）才能长期存储。尽管用在固态硬盘的NAND Flash和BIOS芯片NOR Flash在存储原理上有很大不同，但一点却是相似的，那就是数据可以从1变成0，但不能从0变成1：

想要从0变1，要经历一个擦除操作，这就是闪存所以被称为Flash的原因。而闪存的寿命是由能够擦除多少次来决定的，在NAND Flash是这样，在NOR Flash上也没有不同：

NOR Flash可擦除次数更少

在所有影响寿命的地方，我们一定要精打细算，BIOS 芯片也不能例外，谁也不想用着用着，主板忽然损坏了吧。这就要求BIOS在存储数据的时候，不能采取原地擦除的策略，而只是标记一下无效，在后期一次性擦除，延长Flash寿命 。在NAND Flash里面这个过程叫做GC（Garbage Collection），而在BIOS NOR上我们叫做Reclaim：

从图中，我们看到会有内容搬来搬去和整理的动作，比较两者，就会发现，有效数据一个个拍好了，十分整洁，为下一次的数据加入做好了充分的准备。这个搬迁的过程，不可避免的会将数据搬到内存，再从内存中移到目标块，同学们有没有想过，在搬的过程中，如果出现断电，是不是主板就变砖了？这就是图中有Spare Block的原因，它起到缓存，在搬得过程中，保证数据永远是可用的。它加上其他一些安全特性，就组成了UEFI BIOS存储的基线：高容错（Fault Tolerant）非易失存储系统 -- UEFI Variable。我们在BIOS界面上可见和不可见的改动，都存储在variable中。

红旗能打多久？

说了这么多原理，现在我们可以回答很多人关心的一个问题：如果我经常修改BIOS设置，会不会把BIOS写坏了？

我们已知条件有哪些呢？

1.UEFI BIOS在设计的时候，已经采用算法规避大量的擦除操作，将擦除操作归并，以增加闪存芯片寿命。

2. 不是每次BIOS启动，都有数据需要保存的，大多数情况下启动过程中没有写闪存操作。

那么如果你是个电脑爱好者，又十分勤奋，每天重新启动10次电脑，每次都更改BIOS配置，多久电脑会损坏？我们现在就这种脑洞情况进行一个有趣的计算。

假设你的电脑中BIOS UEFI Variable空间是64KB（台式机一般情况，服务器会大些），有一半的内容被固定配置占据，也就是还剩下32KB给BIOS开机设置项：Setup Variable用。不巧的是，主板的BIOS配置又很多，多达要用4KB来保存（极端情况）！这样每次开机会产生4KB的无效数据块，32 / 4 = 8次开机就要Reclaim一次，也就是要擦除一次。主板BIOS闪存芯片是上例中的W25Q64BV。在芯片手册中（参考资料2），它的擦除次数是：

用它的最小擦除次数10万计算，能用多久呢？很简单的算式：

100000 /（10 / 8）= 80000天 = 219年！

那如果你对BIOS设置有着疯狂的爱好，每天重启100次，而每次又都修改BIOS设置呢？理论上，也能用上近22年！

结论

UEFI BIOS已经做了很多优化，作为普通用户，大家完全没有必要担心Flash写坏。但也不是完全高枕无忧，BIOS业内人士还是要注意防止BIOS写坏的情况发生。我曾经做过一个项目，后期要求做压力测试，机器要在各种情况下（Shell，Windows，Linux）各要重启4000次。我拨了一些板子做这项压力测试，这些板子基本在不停的重启中（自动测试驱动）。过了一段时间测试部门报告一个板子坏了，烧不了BIOS了。我开始还不以为意，渐渐的，越来越多的压力测试主板都不能烧片了，这才引起我的注意，一计算才发现，好家伙，是程序的问题，险些引发大规模召回事件 。原来为了快速启动，内存初始化会保存内存training的参数，下次重启就不需要再Training了，节省了很多时间。而这些参数很大，占据了48KB空间（Variable只有64KB）。好死不死，尽管程序增加了逻辑，内容一样，就不会重复存了，但程序员在参数里面加入了时间戳，结果checksum每次不一样，这样每次重启都要存，每存一次都要Reclaim。每次重启需要10秒，一天可以重启：

24 x 60 x 60 / 10 = 1.44万次

而按照最小擦除次数10万次计算，能用：

10/1.44= 7.14天！

怪不得慢慢地一个个都坏了呢！后来去掉了时间戳，才解决问题。

C盘256G卡死系统盘这么升级

如果您的电脑是两三年前购买的，那么现在很可能会提示C盘空间已满，非常麻烦。别问怎么知道的，我自己就这样。但转了一圈，发现也没太多好办法，今天就把心得和大家分享一下。微信一定单独存！

微信的各种群里，会表情包、图片、小视频乱飞。这直接的结果就是导致微信体积越来越臃肿。这个文件是一个聚沙成塔的过程。

微信单独存放缓存

每个月大约8-10GB，一年就100G，可你的SSD才多大……

就笔者本人的大约有几十个群吧（打工人每天一个群），我比较了一下存储数据，每个月，注意是每个月，缓存的文件仅仅各种视频，就有8G左右。

所以第一条，不能把微信默认安装，一定要指定安装到其它的缓存盘里面。

虚拟内存换个盘

虚拟内存的特点是要频繁的读写。但这种读写的属性，其实并不适合现在SSD固态硬盘的系统盘，更适合过去的磁盘系统。

无论什么系统，虚拟内存尽量别放在SSD上

因此可以在系统设置里面，把虚拟内存设置不大（几个G就足以），然后如果电脑里面有传统磁盘，就安装到普通磁盘上。

无解的只能装C盘的软件

现在有不少软件，安装的时候根本就没有选择路径的选项，默认只能装到C盘，而且软件并不小。典型的比如Chrome……

有些软件可以挪到，但很麻烦，有些只能装C盘

这种情况目前来说是无解的……因为有的软件相互之间是有关联的，开发者并不知道你的电脑里面除了C盘还有没有其它盘、它是叫D盘还是叫F盘？这都无法预测，只能都塞在C盘里面。

SSD多大合适

SSD现在主流已经是512GB或是1TB了，如果不买白片盘，靠谱的产品1TB目前来看是大几百元的水平。这里我们可以不用过于在意传输速度是多少，因为普通用户来说，也没有考验这种高速读取和大量吞吐的环境、需求。

1TB的产品目前处在价格甜区

所有SSD都有价格甜区，现在处于甜区的基本是500G-1TB这个量级的产品，2TB乃至更大的价格会贵上不少，如果促销的时候价格合适，可以考虑2TB的产品。

未来主流2T起？

NAND型闪存是个典型的吃工艺的产品，在3D NAND技术成熟后，固态硬盘能造多大，要看层数和具体的工艺。现如今主流的技术是100多层，比如三星和镁光。未来这个层数可能达到数百层，虽然芯片会略厚，但容量会更大。

3D NAND的制程越先进、层数越多容量越大

现在的M.2的固态硬盘其实是受制于体积，被限制在了2TB，我们看到新的主板上，也是通过更多接口数量来提高这种高速固态硬盘的容量，未来层数高了可能会有4GB乃至更大容量的产品出现。

总结来说，除了能做的一些设置，我们对于C盘空间越来越小这件事情，很多时候是无能为力的，因为现在软件的环境就是这样。所以及时的升级硬件是当务之急，目前主流的产品是500G-1TB，在这里面选好合适的价位入手很关键，最近还在年底促销的周期内，时不时的还有神价，出现了别犹豫，对改善电脑的使用体验至关重要。

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BIOS区中的可变部分：Variable

红旗能打多久？

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