Es ist eine ziemlich komplizierte Frage, da mehrere Komponenten erforderlich sind, um sie zu lösen. Diese Komponenten sind:
- Zentraleinheit
- Speicher-Controller-Einheit
- BIOS / (U) EFI
- Betriebssystem
- Anwendung
Der letzte Punkt bezieht sich nicht direkt auf das Thema, aber ich habe ihn der Vollständigkeit halber hinzugefügt.
Kurz gesagt, alle oben genannten Komponenten müssen mehr als 4 GB Arbeitsspeicher unterstützen, um erfolgreich zu sein.
Zentraleinheit
Beginnen wir mit einer CPU. Aber zuerst ist es wichtig zu beachten, dass eine CPU hat keine magische Fähigkeit zu verwenden , jede Erinnerung an alle. Stattdessen könnte es einfach auf eine beliebige Adresse in seinem adressierbaren Bereich zugreifen . Jetzt kommt hier die Bissigkeitssache. Die 32-Bit-CPU kann auf Adressen im Bereich von 0 bis 4 GB zugreifen . Dieser Bereich muss jedoch nicht nur die verfügbaren RAM-, ROM-, SMRAM- und Grafikadressen- Remapping-Tabellen berücksichtigen , sondern auch alle erforderlichen speicherabgebildeten E / Aund viele mehr, die möglicherweise einen erheblichen Teil dieses Adressbereichs benötigen. Infolgedessen ist es durchaus möglich, dass einige Speicheradressen von diesen Verwendungen abgeschattet wurden und daher für Operationen im RAM nicht verfügbar sind. Um verborgenen Speicher wiederzugewinnen, muss der für die CPU zugängliche Adressraum erweitert werden . Im Falle einer 32-Bit-CPU könnte die physikalische Adresserweiterung helfen. Damit können bis zu 64 GiB adressiert werden. Auf 64-Bit-CPUs, die im nativen 64-Bit-Modus arbeiten, kann standardmäßig zugegriffen werdenbis zu 16 EiB, was ziemlich groß ist und keine solchen Tricks erfordert. Andererseits ist es für eine 64-Bit-CPU unpraktisch, eine 64-Bit-Adressierung zu verwenden, so dass sie in Wirklichkeit immer noch durch ihren Adressbus auf einen geringeren Bereich als 16 Eib begrenzt sind.
Speicher-Controller-Einheit
Ursprünglich befand es sich in Northbridge , wurde jedoch von AMD, beginnend mit ihren AMD64-Prozessoren, und von Intel mit ihren Nehalem-Prozessoren, auf den Prozessor-Die verschoben. Selbst wenn eine CPU mit PAE in der Lage ist, selbst auf 64 GiB zuzugreifen , benötigt sie eine MCU, um auf den RAM zuzugreifen. Einfach ausgedrückt: Eine CPU, die auf eine bestimmte Adresse zugreift , erhält ihre Antwort entweder vom PCI-Gerät, vom BIOS-ROM-Flash oder von der MCU, wenn sich die angeforderte Adresse im RAM befindet, und so weiter. Es ist jedoch nicht ungewöhnlich, dass eine MCU (sei es in Northbridge oder in der CPU) beispielsweise aus Marketinggründen viel weniger adressierbaren Speicher als 64 GiB unterstützt.
BIOS / (U) EFI
BIOS / (U) EFI sind ebenfalls wichtig, da es ihre Pflicht ist, die Hardware zu konfigurieren, bevor irgendetwas tatsächlich funktionieren kann. Unter anderem sind sie dafür verantwortlich, den gesamten prozessoradressierbaren Raum mit Speicherbereichen von Hardwaregeräten, Bussen, RAM usw. abzubilden . Interessanterweise kann es vorkommen, dass der gesamte Arbeitsspeicher in Teile aufgeteilt und auf mehrere verfügbare, nicht zusammenhängende Stellen abgebildet wird. Das Problem mit dem BIOS besteht darin, dass die Entwickler möglicherweise nicht mehr als 3 GB RAM in ihrem System erwarten und das BIOS daher nicht den gesamten zu verwendenden Speicher ordnet. Höchstwahrscheinlich wird dies (U) EFI nicht passieren.
Betriebssystem
Das Betriebssystem sollte auch die Adressierung von mehr als 4 GB Speicher unterstützen. Genauer gesagt sollte eine CPU für die Verwendung von PAE konfiguriert werden. Einige 32-Bit-Betriebssysteme sind perfekt in der Lage, PAE zu verwenden und auf mehr als 4 GB zuzugreifen, andere haben ein Software-Limit für den maximalen Speicher, obwohl sie PAE für erhöhte Sicherheit aktivieren (Windows XP ist ein Beispiel). Wiederum haben 64-Bit-Betriebssysteme solche Schwierigkeiten natürlich nicht und unterstützen normalerweise mehr als 4 GB Speicher.
Anwendung
Der letzte Punkt stammt aus einer anderen Welt, da Anwendungen normalerweise in einem virtuellen Adressraum ausgeführt werden. Der Vollständigkeit halber habe ich ihn hinzugefügt. Dennoch sind beim Kompilieren einige zusätzliche Schritte erforderlich, damit die Anwendung mehr Speicher verwenden kann. Standardmäßig kann eine 32-Bit-Anwendung nur 2 GB Speicher verwenden. Die gleiche 32-Bit - Anwendung könnte adressiert bis 4 GiB Speicher, vorausgesetzt , dass das Betriebssystem jedoch zwingend nötig und hat CPU PAE aktiviert. Genauer gesagt könnte es verwendenBis zu 3 GB Arbeitsspeicher, die anderen 1 GB können als allgemeine Bibliotheken und Betriebssystemkernel adressiert werden, sind jedoch nicht beschreibbar (letztendlich hängt dies von der Betriebssystemarchitektur und nicht von der Anwendung selbst ab). Wiederum unterstützen 64-Bit-Anwendungen nativ die Adressierung von mehr als 4 GB Arbeitsspeicher und haben solche Probleme überhaupt nicht.
Um dies alles in die richtige Perspektive zu rücken, betrachten wir einige Beispiele.
Betrachten Sie den Intel® 82945G Memory Controller . Die Intel-Website gibt an, dass sie PAE nicht unterstützt und auf 4 GB RAM beschränkt ist. Konsultieren wir den Absatz 9 System Address Mapdes Datenblattes. Es hat viele Informationen. Am interessantesten ist Figure 9-3. Main Memory Address Range:
und der Absatz 9.2 Main Memory Address Range (1 MB to TOLUD), der wie folgt lautet:
Dieser Adressbereich erstreckt sich von 1 MB bis zum oberen Ende des physischen Speichers, auf den der (G) MCH zugreifen darf (wie im TOLUD-Register programmiert). Alle Zugriffe auf Adressen in diesem Bereich werden vom (G) MCH an den Hauptspeicher weitergeleitet, sofern sie nicht in den optionalen TSEG-, optionalen ISA-Hole- oder optionalen IGD-gestohlenen VGA-Speicher fallen. Der (G) MCH bietet einen maximalen Dekodierungsspeicher für Hauptspeicheradressen von 4 GB (2 GB für den 82945GC / 82945GZ / 82945PL). Der (G) MCH ordnet APIC- oder PCI Express-Speicherplatz nicht neu zu. Dies bedeutet, dass bei einem physischen Arbeitsspeicher von 4 GB (2 GB für den 82945GC / 82945GZ / 82945PL) physischer Arbeitsspeicher vorhanden ist, der noch nicht adressierbar ist und daher vom System nicht verwendet werden kann.
Da PAE nicht unterstützt wird, ist es letztendlich nicht möglich, PCI und jedes andere MMIO über 4 GiB neu zuzuordnen. Daher wird ein Teil des Speichers gespiegelt und nicht verwendet. Dies bedeutet, dass auch bei Verwendung einer CPU mit 36-Bit-Adressierung ein Speicher von mehr als 4 GiB nicht verfügbar ist und ein Teil des Speichers nahe 4 GiB ebenfalls nicht verwendet wird.
Betrachten wir umgekehrt den Intel® 82955X-Speichercontroller , der mit dem vorherigen verwandt ist, der jedoch im Gegensatz zum vorherigen 8 GB unterstützt! Der Datenblattabschnitt 2.1 Host Interface Signalsschlägt vor, dass der 36-Bit-Adressbus zur CPU verwendet wird, was ein gutes Zeichen ist. Absatz 7 System Address Maphat weitere Einsichten. Vergleichen Sie Figure 7-1. System Address Rangesmit dem, den wir zuvor gesehen haben:
Dies deutet eindeutig darauf hin, dass es mehr als 4 GB RAM verbrauchen kann, vorausgesetzt, es wird mit der CPU gearbeitet, die auch eine 36-Bit-Adressierung ermöglicht. Es ist auch erwähnenswert, dass Absatz 7 System Address Mapbesagt, dass MCH supports 64 GB of addressable memory space. Es wird jedoch klargestellt, dass der maximal nutzbare Arbeitsspeicher auf 8 GB begrenzt ist. Dies erklärt noch einmal den Unterschied zwischen adressierbar undverwendbar, da ich versucht habe, im CPU-Bereich zu vermitteln.
Abschließend möchte ich festhalten, dass zwei verwandte Chipsätze tatsächlich einen großen Unterschied in der Speicherbehandlung aufweisen.
Sehen wir uns den Intel® Pentium® Prozessor Extreme Edition 840 an . Der 64-Bit-Befehlssatz wird unterstützt, PAE wird jedoch nicht unterstützt. Dies bedeutet, dass im 32-Bit-Modus nicht mehr als 4 GB RAM verwendet werden können (bitte korrigieren Sie mich, wenn ich mit dieser Annahme falsch liege). Lässt das Datenblatt und die Tabelle überprüfen Table 4-3. Signal Description. Auch wenn diese CPU 64-Bit-fähig ist, ist sie dennoch durch die 36-Bit-Breite des Adressbusses begrenzt, wodurch sie auf den zugänglichen Adressbereich von 0 bis 64 GiB begrenzt wird.
Untersuchen wir nun eine neuere CPU. Nehmen Sie zum Beispiel den Intel® Core ™ i7-7700 Prozessor . Es wird empfohlen, bis zu 64 GB RAM zu unterstützen. Lassen Sie uns nun das Datenblatt überprüfen. Absatz 2.3 System Address Mapüberzeugt uns , dass diese CPU adressierbaren Bereich von 0 bis 512 GiB aufgrund 39-Bit - Adressbus. Beachten Sie, dass es immer noch weit vom theoretischen 16-EiB-Bereich für eine 64-Bit-CPU entfernt ist. Erstaunlicherweise haelt es verdeutlicht ferner , dass dieser CPU bis zu 32 GiB unterstützt nutzbarem RAM maximal ( im Gegensatz zu 64 GB auf der Website). Hier gibt es auch ein interessantes Bild Figure 2-2. System Address Range Example:
Es macht einen guten Job, um das Problem mit der Speicherbeschattung durch PCI-Geräte usw. zu veranschaulichen. Außerdem wird eine Möglichkeit vorgeschlagen, dieses Problem durch Zuordnen zu überwindenein Bereich von realen RAM zu den oberen Adreßbereich innerhalb CPU- adressierbaren Bereich. So wird der verborgene Speicher für die Verwendung zurückgefordert. Beachten Sie, dass diese Neuzuordnung von BIOS / (U) EFI bei der Hardwareinitialisierung durchgeführt wird und genau aus diesem Grund habe ich BIOS / (U) EFI in die Aufzählungsliste oben aufgenommen.
Ich habe Intel-Produkte als Beispiel genommen, aber das Gleiche gilt für AMD.
Lassen Sie uns nun diskutieren, wie Betriebssysteme beteiligt sind. Der Linux - Kernel enthält vollständige PAE-Unterstützung ab Version 2.3.23 und es ist durchaus möglich , mehr als 4 GiB Arbeitsspeicher zu haben , verwendbar mit Linux - Kernel auf einem 32-Bit - System. Beachten Sie jedoch ein unbestimmtes Problem mit dem 32-Bit-Linux-Kernel auf einem System mit mehr als 4 GB RAM auf einer bestimmten Hardware (meiner Erfahrung nach hat dies etwas mit TLB-Shootdowns zu tun). Wie auch immer, Wikipedia hat gute Informationen zur PAE-Unterstützung . Interessant ist, wie Windows XP auf 4 GB beschränkt ist, während Windows Server 2003 Enterprise / Datacenter SP2 volle 64 GB unterstützt. Gleiches gilt für andere Desktop-Server-Windows-Paare.
Wie Sie sehen, gibt es viele Kombinationen zwischen den aufgeführten Komponenten, und in einigen Fällen kann der Austausch einer CPU oder eines Betriebssystems hilfreich sein. Es ist viel schwieriger, mit BIOS / (U) EFI oder MCU umzugehen, da das erstere proprietär und in das System integriert ist und nicht leicht modifizierbar ist, das letztere in die CPU eingebaut oder auf die Platine gelötet ist.