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认识物理内存4G地址空间的局限

来源:互联网 作者:佚名 时间:2013-09-30 09:13
认识物理内存4G地址空间的局限--转载识别到4G内存满足的条件:1.需要CpuEM64T及64bitOS的支持。2.主板芯片组的支持。在945芯片组之前(包括945)的都是32bit的芯


识别到4G内存满足的条件:
1.
需要Cpu EM64T64bit OS的支持。
2.
主板芯片组的支持。
945芯片组之前(包括945)的都是32bit的芯片组,已经没有空间来映射地址,扩展内存寻址,所以就算满足cpu,os两个条件也无法使用全部4G内存。比如370M65,M90,在945之后芯片组为36位,BIOS会自动映射。所以满足cpu,os条件后就可以正常识别4G内存

一、4GB地址空间的局限

首先我们还必须要先了解两个概念:

其一是物理内存:大家常说的物理内存就是指安装在主板上的内存条,其实不然,在计算机的系统中,物理内存不仅包括装在主板上的内存条(RAM),还应该包括主板BIOS芯片的ROM,显卡上的显存(RAM)BIOS(ROM),以及各种PCIPCI-E设备上的RAMROM

其二是地址空间:地址空间就是对物理内存编码(地址编码)的范围。

所谓编码就是对每一个物理存储单元(一个字节)分配一个唯一的地址号码,这个过程又叫做编址或者地址映射。这个过程就好像在日常生活中我们给每家每户分配一个地址门牌号。与编码相对应的是寻址过程——分配一个地址号码给一个存储单元的目的是为了便于找到它,完成数据的读写,这就是寻址,因此地址空间有时候又被称作寻址空间。系统不仅要给主板上的内存条编址,还要给上述的其它物理内存编址;它们都被编在同一个地址空间内,编址后的物理内存就可以被系统资源使用或占用。

Pentium Pro处理器开始,CPU的地址总线已经升级到36位,寻址能力达到64GB,按理说CPU支持4GB的内存是没有问题的;因此,芯片组(北桥—MCH)地址总线的数量就成了决定物理内存地址空间大小的决定性因素。在Intel 945系列和945以前的芯片组nForce 550系列和550以前的芯片组都只有32条地址线,为系统提供4GB的地址空间,即最高可以安装4GB的内存条。

虽然可以安装4GB内存条,但这4GB的内存空间不能全部纷配给内存,因为从4GB空间的顶端地址(FFFF_FFFFh)开始向下要有400MB-1GB的地址空间要分配给主板上的其他物理内存。

我们可以看到4GB的地址空间可以分为两大部分,0MB~物理内存顶端的地址分配给主板上安装的物理内存,4GB到物理内存顶端的地址分配给BIOS(ROM)PCI/PCI-E设备的存储器。由于这些存储器基本上是用于系统的输入和输出,所以Intel又把这段地址空间称之为“MMIO”(Memory-Mapped I/O—I/O存储器映射)。当系统安装3GB以下的内存时,MMIO区域不会与物理内存条的地址空间相重叠,操作系统可以访问几乎全部的物理内存,而操作系统属性里显示的物理内存基本接近实际内存的容量。

而当系统安装上4GB内存时,问题出现了。由于位于4GB下面的部分地址空间要优先分配给MMIO,内存条上对应的这段区间就得不到编址,所以操作系统就不能使用。

严格意义上来说,即使安装2GB内存时操作系统也不可能使用到全部的内存容量,诸如传统DOSUMA区就有部分被占用的地址空间,但因为被占用的容量相比之下实在太少,所以就被很多读者忽略了。MMIO占用的地址空间在256MB1GB之间,这么大的浪费大家肯定不能熟视无睹

因为受4GB芯片组地址空间的限制(32条地址线的限制)Intel 945系列及以前的芯片组、NVIDIA nForce550及以前的芯片组都没有办法绕过这个限制。具体原因有三方面:其一是芯片组没有剩余空间分配来供操作系统来调配;其二是物理内存的编址必须是连续的,不能被割断;其三是系统开机时必需先从4GB的顶端地址(FFFF_FFFFh)读取BIOS数据, 这是IA32架构和4GB地址空间的局限。

所以建议使用这些芯片组主板的用户不要安装4GB的内存,这样会有部分内存容量不能被操作系统所使用。而解决4GB内存限制的唯一办法就是扩展地址空间。

二、支持大于4GB内存的芯片组和内存重映射技术:

面对原有芯片组4GB内存的局限,IntelNVIDIA早就开始未雨绸缪,他们对传统的32位地址总线进行了调整,将其升级到36位,并推出了一系列可以突破4GB内存限制的芯片组,这就是Intel965系列以及975系列、NVIDIAnForce 570/590以及680系列。

注:AMD64Socket AM2 CPU把内存控制器放到CPU中,提供40bit的物理地址总线,地址空间可达到1000GB。具体支持的地址空间和内存量取决于芯片组及主板的总线设计。

从上面的芯片组参数来看,地址总线从32位提升到36位,地址空间达到64GB,支持安装8GB的物理内存。但由于IA32架构的规则是开机时必须从4GBFFFF_FFFFh地址读取BIOS信息,尽管芯片组支持的地址空间变大了,且最大支持的物理内存容量也达到了8GB(或以上),但从本质上来说仍然不能解决MMIO地址占用4GB内存编址的问题。这要怎么办呢?

36位地址总线最大可以支持64GB的地址空间,这就为移动MMIO地址区提供了条件。现在解决这个问题的办法就是内存重映射技术——就是在IA32架构的基础上,把BIOS(ROM)PCI/PCI-E设备占用的MMIO地址区段重新映射到内存条顶端地址以上 (例如4GB以上)的地址空间,从而把IA32架构规定的这一段操作系统不可使用的、位于4GB下面的MMIO地址空间回收给物理内存使用,保证物理内存编址的连续性。

三、BIOS必须支持内存重映射

内存重映射技术必须通过BIOS完成。所以BIOS必须具有支持内存重映射的功能模块,以便根据用户安装的内存容量来确定是否需要启用内存重映射功能。同时,在BIOS的设置选单中也要有“Memory Re-Mapping”的设置选项,使用4GB或者4GB以上内存的用户一定要将此项设置设为“Enable”

四、解决4GB内存问题还需要操作系统支持:

我们常使用的桌面操作系统是32位的,支持4GB的地址空间。前面我们介绍了解决4GB问题的芯片组是支持64GB地址空间的,在这样的芯片组主板上安装32位的操作系统,就只能使用4GB的地址空间,因此安装4GB内存不能使用仅支持4GB地址空间的32位的操作系统。应该使用支持大于4GB地址空间的32位操作系统或64位的操作系统。

五、小结

1、由于iA32架构要求BIOS(ROM)芯片的地址, PCIPCI-E存储器地址、APCI中断路由地址等必须占用从4GB开始以下的256M-1GB空间。这段MMIO地址区不能分配给内存条。4GB的内存条有256MB-1GB的容量不能编址而浪费。
2
、使用4GB或者以上的内存条,必须使用地址(编址)空间64GB的芯片组主板。
3
、内存重映射就是把被MMIO占用的地址移到内存条容量以上的地址空间。
4
BIOS应具有支持内存重映射功能,设置项里有 Memory Remap Feature 选项,并设置为Enable
5
、必须安装寻址空间大于4GB的操作系统。比如Windows 2000高级服务器版,以及64位操作系统。
6
、所有地址空间为4GB的芯片组(Intel945nForce550之前的),和32位操作系统均不能利用内存重映射技术解决4GB内存问题。

看到这里,相信大家应该知道,4G内存不只需要主板bios支持,还需要这个操作系统支持,64位本身就支持超过4G,所以配合支持4G的芯片组就可以识别4G或者以上。但是32位系统,,则需要系统本身可以拓展内存地址空间,然后和支持4G的芯片组才能识别4G。对于一般的桌面操作系统而言,是没有拓展功能的,如xpVista32位版本。但是2003这类服务器,需要消耗如此巨大的内存,所以拥有拓展功能。



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