Jest to dość skomplikowane pytanie, ponieważ wymaga kilku składników. Te elementy to:
- Jednostka centralna
- Jednostka kontrolera pamięci
- BIOS / (U) EFI
- System operacyjny
- Podanie
Ostatni element nie dotyczy bezpośrednio problemu, ale dodałem go ze względu na kompletność.
W skrócie, wszystkie powyższe składniki muszą obsługiwać ponad 4 GB pamięci, aby odnieść sukces.
Jednostka centralna
Zacznijmy od procesora. Ale najpierw należy zauważyć, że procesor nie ma żadnej magicznej zdolności do korzystania z żadnej pamięci . Zamiast tego może po prostu uzyskać dostęp do dowolnego adresu w swojej przestrzeni adresowej . Teraz nadchodzi bitness. 32-bitowy procesor może uzyskiwać dostęp do adresów w zakresie od 0 do 4 GiB. Zakres ten musi jednak uwzględniać nie tylko dostępną pamięć RAM, ROM, SMRAM , tabelę mapowania adresów graficznych, ale także wszystkie wymagane we / wy mapowane w pamięcii wiele innych, które mogą wymagać znacznej części tego zakresu adresów. W rezultacie może być całkowicie możliwe, że niektóre adresy pamięci zostały zacienione przez te zastosowania i dlatego nie są dostępne dla operacji na pamięci RAM. Aby odzyskać ukrytą pamięć, konieczne jest rozszerzenie przestrzeni adresowej dostępnej dla procesora . W przypadku 32-bitowego procesora rozszerzenie adresu fizycznego może pomóc. Co pozwala na adresowanie do 64 GiB. 64-bitowy procesor działający w natywnym trybie 64-bitowym ma domyślnie dostępdo 16 EiB, który jest raczej ogromny i nie wymaga takich sztuczek. Ale z drugiej strony 64-bitowy procesor nie może używać adresowania 64-bitowego, więc w rzeczywistości są one nadal ograniczone przez szynę adresową do mniejszego zakresu niż 16 EiB.
Jednostka kontrolera pamięci
Początkowo znajdował się w Northbridge , ale został przeniesiony na matrycę procesora przez AMD, zaczynając od procesorów AMD64 i przez Intel z procesorami Nehalem. Nawet jeśli procesor z PAE może sam uzyskać dostęp do 64 GiB, nadal potrzebuje MCU, aby uzyskać dostęp do pamięci RAM. Mówiąc najprościej: procesor uzyskujący dostęp do określonego adresu otrzymuje odpowiedź z urządzenia PCI, pamięci ROM BIOS ROM lub MCU, jeśli żądany adres znajduje się w pamięci RAM i tak dalej. Nierzadko jednak MCU (czy to w mostku północnym, czy w CPU) obsługuje znacznie mniej miejsca adresowalnego niż 64 GiB, na przykład ze względów marketingowych.
BIOS / (U) EFI
BIOS / (U) EFI są również ważne, ponieważ ich obowiązkiem jest konfigurowanie sprzętu, zanim cokolwiek będzie mogło działać. Między innymi są odpowiedzialni za mapowanie całej przestrzeni adresowalnej procesora z zakresami pamięci urządzeń, magistrali, pamięci RAM i tak dalej. Co ciekawe, może się zdarzyć, że cała pamięć RAM zostanie podzielona na części i zmapowana w kilku dostępnych niesąsiadujących miejscach. Problem z BIOS-em polega na tym, że programiści mogą spodziewać się nie więcej niż 3 GiB użycia pamięci RAM w swoim systemie i dlatego BIOS nie będzie poprawnie mapował całej pamięci, która zostanie użyta. Najprawdopodobniej tak się nie stanie z (U) EFI.
System operacyjny
System operacyjny powinien również obsługiwać adresowanie ponad 4 GiB pamięci. Mówiąc ściślej, powinien skonfigurować procesor do korzystania z PAE. Niektóre 32-bitowe systemy operacyjne są w pełni zdolne do korzystania z PAE i uzyskiwania dostępu do więcej niż 4 GiB, inne mają ograniczenia programowe dotyczące maksymalnej pamięci, nawet jeśli umożliwiają PAE dla większego bezpieczeństwa (przykładem jest Windows XP). Po raz kolejny 64-bitowe systemy operacyjne oczywiście nie mają takich trudności i zwykle obsługują więcej niż 4 GiB pamięci.
Podanie
Ostatni punkt pochodzi z innego świata, ponieważ aplikacje zwykle działają w wirtualnej przestrzeni adresowej , dodałem ją ze względu na kompletność. Niemniej jednak podczas kompilacji wymaga kilku dodatkowych kroków, aby aplikacja mogła zużywać więcej pamięci. Domyślnie aplikacja 32-bitowa może korzystać tylko z 2 GiB pamięci. Ta sama 32-bitowa aplikacja może adresować do 4 GiB pamięci, pod warunkiem, że system operacyjny to obsługuje i ma włączony procesor PAE. Mówiąc dokładniej, mógłby skorzystaćdo 3 GiB pamięci, drugi 1 GiB byłby adresowalny jako wspólne biblioteki i jądro systemu operacyjnego, ale nie do zapisu (ostatecznie zależy to od architektury systemu operacyjnego, a nie samej aplikacji). Ponownie, 64-bitowe aplikacje natywnie obsługują adresowanie ponad 4 GiB pamięci i nie mają takich problemów w pierwszej kolejności.
Aby umieścić to wszystko w perspektywie, rozważmy kilka przykładów.
Zastanów się nad kontrolerem pamięci Intel® 82945G . Witryna firmy Intel stwierdza, że nie obsługuje PAE i jest ograniczona do 4 GB pamięci RAM. Pozwala zapoznać się z akapitem 9 System Address Maparkusza danych. Ma wiele informacji. Najbardziej interesujące jest Figure 9-3. Main Memory Address Range:
i akapit 9.2 Main Memory Address Range (1 MB to TOLUD), który brzmi następująco:
Ten zakres adresów rozciąga się od 1 MB do górnej części pamięci fizycznej, która może być dostępna przez (G) MCH (jak zaprogramowano w rejestrze TOLUD). Wszystkie dostępy do adresów z tego zakresu są przekazywane (G) MCH do pamięci głównej, chyba że należą one do opcjonalnej TSEG, opcjonalnej dziury ISA lub opcjonalnej skradzionej pamięci VGA IGD. (G) MCH zapewnia maksymalną przestrzeń do dekodowania adresu pamięci głównej 4 GB (2 GB dla 82945GC / 82945GZ / 82945PL). (G) MCH nie zmienia mapowania pamięci APIC ani PCI Express. Oznacza to, że gdy ilość pamięci fizycznej zapełnionej w systemie osiągnie 4 GB (2 GB dla 82945GC / 82945GZ / 82945PL), pojawi się pamięć fizyczna, która jeszcze nie jest adresowalna i dlatego nie nadaje się do użytku przez system.
Jak mówi, ponieważ nie obsługuje PAE, ostatecznie nie jest w stanie ponownie mapować PCI i każdego innego MMIO powyżej 4 GiB, dlatego część pamięci zostanie zacieniona i nieużywana. Co oznacza, że nawet jeśli jest używany z procesorem obsługującym adresowanie 36-bitowe, pamięć powyżej 4 GiB będzie nadal niedostępna, a część pamięci zbliżona do limitu 4 GiB również nie będzie używana.
Odwrotnie, rozważmy kontroler pamięci Intel® 82955X , który jest powiązany z poprzednim, ale ma on obsługiwać 8 GB w przeciwieństwie do poprzedniego! Paragraf arkusza danych 2.1 Host Interface Signalssugeruje, że wykorzystuje on 36-bitową magistralę adresową do procesora, co jest dobrym znakiem. Akapit 7 System Address Mapzawiera dodatkowe informacje. Porównaj Figure 7-1. System Address Rangesz tym, który widzieliśmy wcześniej:
To wyraźnie sugeruje, że jest w stanie wykorzystać więcej niż 4 GiB pamięci RAM, pod warunkiem, że jest używany z procesorem również zdolnym do adresowania 36-bitowego. Warto również zauważyć, że akapit to 7 System Address Mapstwierdza MCH supports 64 GB of addressable memory space. Jednak wyjaśniono dalej, że maksymalna użyteczna pamięć RAM jest ograniczona do 8 GB. To po raz kolejny deklaruje różnicę między adresowalnym aużyteczny, ponieważ próbowałem przekazać w sekcji CPU.
Podsumowując, chciałbym zauważyć, że dwa pokrewne układy mają w rzeczywistości ogromną różnicę w obsłudze pamięci.
Sprawdźmy procesor Intel® Pentium® Extreme Edition 840 . Obsługuje 64-bitowy zestaw instrukcji, ale nie obsługuje PAE. Co oznacza, że jeśli działa w trybie 32-bitowym, nie będzie w stanie użyć więcej niż 4 GiB pamięci RAM (proszę popraw mnie, jeśli się mylę z tym założeniem). Pozwala sprawdzić arkusz danych i tabelę Table 4-3. Signal Description. Mimo że ten procesor jest zdolny do obsługi 64-bitów, nadal jest ograniczony przez swoją szynę adresową o szerokości 36-bitów, ograniczając go do dostępnego zakresu adresów od 0 do 64 GiB.
Teraz sprawdźmy nowszy procesor. Weźmy na przykład procesor Intel® Core ™ i7-7700 . Jest reklamowany do obsługi do 64 GB pamięci RAM. Teraz sprawdźmy jego arkusz danych. Akapit 2.3 System Address Mapprzekonuje nas, że zakres adresowalny tego procesora wynosi od 0 do 512 GiB z powodu 39-bitowej magistrali adresowej. Zauważ, że wciąż jest daleko od teoretycznego zakresu 16 EiB dla 64-bitowego procesora. Zaskakujące jest to, że dodatkowo wyjaśnia, że ten procesor obsługuje maksymalnie 32 GiB użytecznej pamięci RAM (w przeciwieństwie do 64 GB na stronie internetowej). Istnieje również interesujący obraz Figure 2-2. System Address Range Example:
wykonuje dobrą robotę ilustrując problem z cieniowaniem pamięci przez urządzenia PCI itp. Sugeruje również sposób przezwyciężenia tego problemu poprzez mapowaniezakres od rzeczywistej pamięci RAM do górnego zakresu adresów w zakresie adresowalnym przez CPU . W ten sposób odzyskujesz tę ukrytą pamięć do użytku. Zauważ, że to ponowne mapowanie jest wykonywane przez BIOS / (U) EFI przy inicjalizacji sprzętowej i właśnie z tego powodu umieściłem BIOS / (U) EFI na powyższej liście punktowej.
Wziąłem produkty Intela jako przykłady, ale to samo dotyczy AMD.
Teraz porozmawiajmy o zaangażowaniu systemów operacyjnych. Jądro Linux zawiera pełną obsługę trybu PAE, poczynając od wersji 2.3.23, i jest możliwe, że w systemie 32-bitowym można używać więcej niż 4 GiB pamięci z jądrem Linux. Należy jednak pamiętać o nieokreślonym problemie z 32-bitowym jądrem Linuksa w systemie z więcej niż 4 GiB pamięci RAM na niektórych urządzeniach (z mojego doświadczenia wynika, że ma to coś wspólnego ze strzelaniem do TLB). W każdym razie Wikipedia ma dobre informacje na temat obsługi PAE . Interesujące jest to, jak Windows XP jest ograniczony do 4 GB, podczas gdy Windows Server 2003 Enterprise / Datacenter SP2 jest w stanie uzyskać pełne 64 GB. To samo dotyczy innych par Windows-Desktop.
Jak widać, istnieje wiele kombinacji między wymienionymi komponentami, aw niektórych przypadkach może pomóc wymiana procesora lub systemu operacyjnego. Znacznie trudniej jest poradzić sobie z BIOS / (U) EFI lub MCU, ponieważ ten pierwszy jest zastrzeżony i wbudowany w system i nie jest łatwy do modyfikacji, ten drugi jest wbudowany w procesor lub lutowany na płycie.