Це досить складне питання, оскільки для розробки потрібні кілька компонентів. Ці компоненти:
- Центральний процесор
- Блок контролера пам'яті
- BIOS / (U) EFI
- Операційна система
- Застосування
Останній пункт не стосується проблеми безпосередньо, але я його додав заради повноти.
Коротше кажучи, всі перераховані вище компоненти повинні підтримувати більше 4 Гб пам'яті, щоб досягти успіху.
Центральний процесор
Почнемо з процесора. Але спочатку важливо зазначити, що процесор взагалі не має ніякої магічної здатності використовувати будь-яку пам'ять . Натомість він міг просто отримати доступ до будь-якої адреси у своєму адресному просторі . Тепер ось іде біт-річ. 32-розрядний процесор здатний отримувати доступ до адрес у межах від 0 до 4 Гб. Цей діапазон , однак повинен враховувати не тільки наявний RAM, ROM, SMRAM , Графік Адреса Remapping Таблиця але і всі необхідні відображається в пам'яті введення / виведеннята багато іншого, що може потребувати значної частини цього діапазону адрес. Як наслідок, цілком можливо, що деякі адреси пам’яті були затінені цим використанням, і тому вони недоступні для операцій з ОЗУ. Для відновлення прихованої пам'яті необхідно розширити адресний простір, доступний для процесора . У разі 32-бітного процесора може допомогти фізичне розширення адреси . Що дозволяє адресувати до 64 Гб. 64-розрядний процесор, що працює в рідному 64-бітному режимі, за замовчуванням може отримати доступдо 16 EiB, що досить величезно і не потребує таких хитрощів. Але з іншого боку, для 64-розрядного процесора використовувати 64-бітну адресацію недоцільно, тому насправді вони все ще обмежені шиною адреси меншим діапазоном, ніж 16 EiB.
Блок контролера пам'яті
Спочатку він був розташований у Northbridge , але його перенесли на процесорну матрицю AMD, починаючи зі своїх процесорів AMD64 та Intel зі своїми процесорами Nehalem. Навіть якщо процесор з PAE здатний самостійно отримати доступ до 64 GiB, йому все одно потрібен MCU для доступу до оперативної пам'яті. Простіше кажучи: центральний процесор, що отримує доступ до певної адреси, отримує свою відповідь або з пристрою PCI, флеш-пам’яті BIOS ROM або MCU, якщо запитувана адреса знаходиться в оперативній пам’яті тощо. Однак, не рідкість MCU (будь то в Northbridge або CPU) може підтримувати набагато менш адресний простір, ніж 64 Гб, наприклад, з маркетингових причин.
BIOS / (U) EFI
BIOS / (U) EFI також важливі, оскільки їх обов'язком є налаштування обладнання до того, як все дійсно може працювати. Крім усього іншого, вони відповідають за відображення всього адресного простору процесора з діапазоном пам'яті апаратних пристроїв, шин, оперативної пам’яті тощо. Цікаво, що може статися так, що вся оперативна пам’ять розділилася на частини і склала на декілька доступних непомітних місць. Проблема в BIOS полягає в тому, що його розробники можуть не сподіватися на використання більше 3 ГБ оперативної пам’яті в своїй системі і тому такий BIOS не буде належним чином відображати всю пам'ять, яка буде використовуватися. Швидше за все, це не відбудеться з (U) ІФІ.
Операційна система
Операційна система також повинна підтримувати адреси більш ніж 4 гігабайтів. Щоб бути більш конкретним, він повинен налаштувати ЦП для використання PAE. Деякі 32-бітні ОС цілком здатні використовувати PAE та отримувати доступ до більш ніж 4 Гб, інші мають обмеження програмного забезпечення на максимальну пам’ять, хоча вони дозволяють PAE для підвищення безпеки (наприклад, Windows XP). Знову ж таки, 64-бітні ОС не мають таких труднощів і зазвичай підтримують більше 4 ГБ пам'яті.
Застосування
Останній пункт - з іншого світу, оскільки програми, як правило, працюють у віртуальному адресному просторі , я додав його для повноти. Тим не менш, під час компіляції для додатку потрібно зробити кілька додаткових кроків, щоб мати можливість використовувати більше пам'яті. За замовчуванням 32-розрядна програма, здатна використовувати лише 2 ГБ пам'яті. Той самий 32-розрядний додаток може адресувати до 4 Гб пам'яті, за умови, що ОС підтримує це і ввімкнув CPE PAE. Більш конкретно, це може використовуватидо 3 гігабайтів пам'яті, інші 1 GiB можуть бути адресовані як звичайні бібліотеки та ядро ОС, але не підлягають запису (в кінцевому підсумку це залежить від архітектури ОС, а не від самого програми). Знову ж таки, 64-розрядні програми, які в основному підтримують адресування понад 4 ГБ пам'яті, і не мають таких проблем в першу чергу.
Щоб поставити все це в перспективу, давайте розглянемо кілька прикладів.
Розглянемо контролер пам'яті Intel® 82945G . Веб-сайт Intel заявляє, що він не підтримує PAE і обмежений 4 ГБ оперативної пам’яті. Давайте зверніться до параграфа 9 System Address Mapданих. У ньому багато інформації. Найцікавіше Figure 9-3. Main Memory Address Range:
і абзац 9.2 Main Memory Address Range (1 MB to TOLUD), який гласить так:
Цей діапазон адрес поширюється від 1 Мб до верхньої частини фізичної пам’яті, дозволено бути доступною (G) MCH (як запрограмовано в реєстрі TOLUD). Всі звернення до адрес у цьому діапазоні передаються (G) MCH в основну пам'ять, якщо вони не потрапляють у додатковий TSEG, необов'язковий отвір ISA або необов'язкове вкрадене VGA пам'яті IGD. (G) MCH забезпечує максимальний простір декодування основної адреси пам'яті 4 ГБ (2 ГБ для 82945GC / 82945GZ / 82945PL). (G) MCH не перезаряджає простір пам'яті APIC або PCI Express. Це означає, що коли кількість фізичної пам’яті, заселеної системою, досягає 4 ГБ (2 Гб для 82945GC / 82945GZ / 82945PL), фізична пам'ять, яка існує, ще не адресована і тому система непридатна для використання.
Як мовиться, оскільки він не підтримує PAE, він в кінцевому підсумку не в змозі перевстановити PCI і всі інші MMIO вище 4 Гб, тому частина пам'яті буде затінена і не використана. Це означає, що навіть якщо він використовується з процесором, що підтримує 36-бітну адресацію, пам'ять, що перевищує 4 Гб, все ще буде недоступною, а частина пам'яті, близької до межі 4 ГБ, також буде невикористана.
І навпаки, давайте розглянемо контролер пам’яті Intel® 82955X , який пов'язаний з попереднім, але він вказаний на підтримку 8 Гб всупереч попередньому! Абзац даних аркуша 2.1 Host Interface Signalsговорить про те, що він використовує 36-бітну шину адреси до процесора, що є хорошим знаком. Абзац 7 System Address Mapмає подальші уявлення. Порівняйте Figure 7-1. System Address Rangesз тим, який ми бачили раніше:
Це явно говорить про те, що він здатний використовувати більше 4 ГБ оперативної пам’яті за умови, що він використовується з процесором, здатним також до 36-бітної адреси. Варто також зазначити, що в цьому пункті 7 System Address Mapзазначено MCH supports 64 GB of addressable memory space. Однак далі уточнюється, що максимально корисна оперативна пам’ять обмежена 8 ГБ. Це ще раз оголошує різницю між адресною такорисний, як я намагався передати в розділі процесора.
На закінчення я хотів би зазначити, що два пов'язаних чіпсета насправді мають величезну різницю в обробці пам'яті.
Дозволяє ознайомитись з процесором Intel® Pentium® Extreme Edition 840 . Він підтримує 64-розрядний набір інструкцій, але не підтримує PAE. Що означає, що якщо працювати в 32-бітному режимі, він не зможе використовувати більше 4 Гб оперативної пам’яті (будь ласка, виправте мене, якщо я помиляюся з цим припущенням). Дозволяє перевірити таблицю даних та таблицю Table 4-3. Signal Description. Незважаючи на те, що цей процесор здатний 64-розрядний, він все ще обмежений шиною адреси 36-бітною адресою, що обмежує його доступним діапазоном адрес, починаючи від 0 до 64 Гб.
Тепер давайте розглянемо новіший процесор. Візьмемо для прикладу процесор Intel® Core ™ i7-7700 . Він рекламується для підтримки до 64 ГБ оперативної пам’яті. Тепер давайте перевіримо його аркуш. Пункт 2.3 System Address Mapпереконує нас в тому , що цей процесорі в адресації діапазон від 0 до 512 гинув з - за 39-бітну шину адреси. Зауважте, що це ще далеко від теоретичного діапазону 16 EiB для 64-бітного процесора. Дивно , хоча він додатково роз'яснює , що цей процесор підтримує до 32 гинув від використовуваного максимуму RAM (всупереч 64 ГБ на веб - сайті). Тут також є зображення, яке цікавить Figure 2-2. System Address Range Example:
Це непогано проілюструє проблему із затіненням пам'яті пристроями PCI тощо. Також він пропонує спосіб подолати цю проблему шляхом відображеннядіапазон від реальної оперативної пам’яті до діапазону верхньої адреси в діапазоні, адресованому процесором . Таким чином, повернення цієї прихованої пам'яті для використання. Зауважте, що це перекомпонування проводиться BIOS / (U) EFI після ініціалізації апаратних засобів, і саме з цієї причини я включив BIOS / (U) EFI до списку куль.
Я взяв продукти Intel як приклад, але те саме стосується AMD.
Тепер давайте обговоримо, як задіяні операційні системи. Ядро Linux включає повну підтримку режиму PAE, починаючи з версії 2.3.23, і цілком можливо мати більше 4 Гб оперативної пам’яті, яка може використовуватися з ядром Linux в 32-бітній системі. Однак слід пам’ятати про невизначені проблеми з 32-розрядним Linux ядром у системі з більш ніж 4 ГБ оперативної пам’яті на деякому апаратному забезпеченні (на мій досвід, це має щось спільне з відсіками TLB). У будь-якому випадку у Вікіпедії є хороша інформація про підтримку ПАЕ . Цікавим є те, як Windows XP обмежений 4 Гб, тоді як Windows Server 2003 Enterprise / Datacenter SP2 здатний повною мірою 64 Гб. Те саме стосується інших пар Windows-Desktop-Server.
Як бачите, серед перерахованих компонентів існує багато комбінацій, а в деяких випадках заміна процесора чи ОС може допомогти. Набагато складніше мати справу з BIOS / (U) EFI або MCU, оскільки перший є власником і вбудовується в систему і не може легко змінюватися, другий вбудовується в процесор або припаюється на борту.