È una domanda piuttosto complicata in quanto sono necessari diversi componenti per funzionare. Tali componenti sono:
- Unità centrale di elaborazione
- Unità controller di memoria
- BIOS / (U) EFI
- Sistema operativo
- Applicazione
L'ultimo elemento non riguarda direttamente il problema, ma l'ho aggiunto per completezza.
In breve, tutti i componenti di cui sopra devono supportare più di 4 GB di memoria per avere successo.
Unità centrale di elaborazione
Iniziamo con una CPU. Ma prima di tutto è importante notare, che una CPU non ha alcuna capacità magica di utilizzare qualsiasi memoria a tutti. Invece potrebbe semplicemente accedere a qualsiasi indirizzo nel suo spazio indirizzabile . Ora ecco che arriva il testimone. La CPU a 32 bit è in grado di accedere agli indirizzi nell'intervallo da 0 a 4 GiB. Questa gamma deve tuttavia contenere non solo la RAM, la ROM, la SMRAM e la tabella di rimappatura degli indirizzi grafici disponibili, ma anche tutti gli I / O associati alla memoria richiestie molti altri, che potrebbero richiedere una parte sostanziale di questo intervallo di indirizzi. Di conseguenza potrebbe essere perfettamente possibile che alcuni indirizzi di memoria fossero oscurati da quegli usi e quindi non fossero disponibili per operazioni su RAM. Per recuperare memoria nascosta è necessario estendere lo spazio di indirizzi accessibile dalla CPU . In caso di estensione dell'indirizzo fisico della CPU a 32 bit potrebbe essere utile. Ciò consente di indirizzare fino a 64 GiB. La CPU a 64 bit che funziona in modalità nativa a 64 bit è per impostazione predefinita in grado di accederefino a 16 EiB, che è piuttosto grande e non richiede tali accorgimenti. D'altra parte, è poco pratico che una CPU a 64 bit utilizzi l'indirizzamento a 64 bit, quindi in realtà sono ancora limitati dal loro bus di indirizzo a un intervallo inferiore a 16 EiB.
Unità controller di memoria
Inizialmente si trovava a Northbridge , ma è stato spostato sul processore da AMD a partire dai loro processori AMD64 e da Intel con i loro processori Nehalem. Anche se una CPU con PAE è in grado di accedere a 64 GiB da sola, necessita comunque di una MCU per accedere alla RAM. In poche parole: una CPU che accede a un determinato indirizzo ottiene la sua risposta dal dispositivo PCI, dal flash ROM del BIOS o dall'MCU, se l'indirizzo richiesto risiede nella RAM e così via. Tuttavia, non è raro che un MCU (sia in Northbridge che in CPU) supporti uno spazio indirizzabile molto inferiore rispetto a 64 GiB per motivi di marketing, ad esempio.
BIOS / (U) EFI
BIOS / (U) EFI sono anche importanti in quanto è loro dovere configurare l'hardware prima che tutto possa effettivamente funzionare. Tra le altre cose, sono responsabili della mappatura dell'intero spazio indirizzabile del processore con intervalli di memoria di dispositivi hardware, bus, RAM e così via. È interessante notare che potrebbe succedere che l'intera RAM si divida in pezzi e sia mappata in diversi punti non contigui disponibili. Il problema con il BIOS è che i suoi sviluppatori potrebbero non aspettarsi più di 3 GiB di utilizzo della RAM all'interno del loro sistema e come tale BIOS non mapperà correttamente tutta la memoria da utilizzare. Molto probabilmente ciò non accadrà a (U) EFI.
Sistema operativo
Il sistema operativo dovrebbe inoltre supportare l'indirizzamento di più di 4 GB di memoria. Per essere più specifici, dovrebbe configurare una CPU per usare PAE. Alcuni sistemi operativi a 32 bit sono perfettamente in grado di utilizzare PAE e accedere a più di 4 GiB, altri hanno un limite di software sulla memoria massima, anche se abilitano PAE per una maggiore sicurezza (ad esempio Windows XP). Ancora una volta i sistemi operativi a 64 bit non presentano tali difficoltà e normalmente supportano più di 4 GiB di memoria.
Applicazione
L'ultimo punto è di un altro mondo, poiché le applicazioni normalmente operano in uno spazio di indirizzi virtuali , l'ho aggiunto per completezza. Tuttavia, durante la compilazione, l'applicazione richiede alcuni passaggi per poter utilizzare più memoria. Per impostazione predefinita, l'applicazione a 32 bit è in grado di utilizzare solo 2 GiB di memoria. La stessa applicazione a 32 bit potrebbe indirizzare fino a 4 GiB di memoria, a condizione che il sistema operativo lo supporti e abbia abilitato PAE CPU. Più specificamente, potrebbe usarefino a 3 GiB di memoria, l'altro 1 GiB sarebbe indirizzabile come librerie comuni e kernel del sistema operativo, ma non scrivibile (in definitiva ciò dipende dall'architettura del sistema operativo anziché dall'applicazione stessa). Ancora una volta, le applicazioni a 64 bit supportano in modo nativo indirizzare più di 4 GiB di memoria e non hanno problemi di questo tipo in primo luogo.
Per mettere tutto in prospettiva, consideriamo diversi esempi.
Prendi in considerazione il controller di memoria Intel® 82945G . Il sito Web Intel afferma che non supporta PAE ed è limitato a 4 GB di RAM. Consente di consultare il paragrafo 9 System Address Mapdella scheda tecnica. Ha molte informazioni. Il più interessante è Figure 9-3. Main Memory Address Range:
e il paragrafo 9.2 Main Memory Address Range (1 MB to TOLUD), che recita come segue:
Questo intervallo di indirizzi si estende da 1 MB all'inizio della memoria fisica che può essere accessibile da (G) MCH (come programmato nel registro TOLUD). Tutti gli accessi agli indirizzi all'interno di questo intervallo vengono inoltrati da (G) MCH alla memoria principale, a meno che non cadano nel TSEG opzionale, nel foro ISA opzionale o nella memoria VGA rubata IGD opzionale. (G) MCH fornisce uno spazio di decodifica massimo dell'indirizzo di memoria principale di 4 GB (2 GB per 82945GC / 82945GZ / 82945PL). (G) MCH non rimappa lo spazio di memoria APIC o PCI Express. Ciò significa che quando la quantità di memoria fisica popolata nel sistema raggiunge i 4 GB (2 GB per 82945GC / 82945GZ / 82945PL), ci sarà memoria fisica che esiste ma non è indirizzabile e quindi non utilizzabile dal sistema.
Come dice, dal momento che non supporta PAE, alla fine non è in grado di rimappare PCI e ogni altro MMIO sopra i 4 GiB, quindi parte della memoria sarà oscurata e inutilizzata. Ciò significa che anche se viene utilizzato con una CPU che supporta l'indirizzamento a 36 bit, la memoria superiore a 4 GiB sarà comunque non disponibile e anche parte della memoria vicina al limite di 4 GiB non verrà utilizzata.
Al contrario, consideriamo il controller di memoria Intel® 82955X , che è correlato al precedente, ma è specificato per supportare 8 GB in contrasto con il precedente! Il paragrafo 2.1 Host Interface Signalsdella scheda tecnica suggerisce che utilizza un bus di indirizzo a 36 bit per la CPU, il che è un buon segno. Il paragrafo 7 System Address Mapcontiene ulteriori approfondimenti. Confronta Figure 7-1. System Address Rangescon quello che abbiamo visto prima:
questo suggerisce chiaramente che è in grado di utilizzare più di 4 GiB di RAM, a condizione che sia utilizzato con la CPU in grado di indirizzare anche a 36 bit. Vale anche la pena notare che questo paragrafo 7 System Address Mapafferma che MCH supports 64 GB of addressable memory space. Tuttavia, viene ulteriormente chiarito che la RAM massima utilizzabile è limitata a 8 GB. Questo dichiara ancora una volta la differenza tra indirizzabile eutilizzabile mentre stavo cercando di comunicare nella sezione CPU.
Per concludere, vorrei notare che due chipset correlati hanno in effetti una grande differenza nella gestione della memoria.
Ispezioniamo il processore Intel® Pentium® Extreme Edition 840 . Supporta set di istruzioni a 64 bit, ma non supporta PAE. Ciò significa che se eseguito in modalità a 32 bit, non sarà in grado di utilizzare più di 4 GiB di RAM (per favore, correggimi se sbaglio con questo presupposto). Consente di controllare il foglio dati e la tabella Table 4-3. Signal Description. Anche se questa CPU è compatibile con 64 bit, è ancora limitata dal fatto che il suo bus degli indirizzi ha una larghezza di 36 bit, limitandolo quindi a un intervallo di indirizzi accessibili da 0 a 64 GiB.
Ora esaminiamo una CPU più recente. Prendi ad esempio il processore Intel® Core ™ i7-7700 . È pubblicizzato per supportare fino a 64 GB di RAM. Ora consente di controllare il foglio dati di esso. Il paragrafo 2.3 System Address Mapci convince che l' intervallo indirizzabile di questa CPU è compreso tra 0 e 512 GiB a causa del bus indirizzi a 39 bit. Si noti che è ancora lontano dalla gamma teorica di 16 EiB per una CPU a 64 bit. Sorprendentemente, ciò chiarisce ulteriormente che questa CPU supporta fino a 32 GiB di RAM massima utilizzabile (contrariamente a 64 GB sul sito Web). C'è anche un'immagine di interesse qui Figure 2-2. System Address Range Example:
fa un buon lavoro illustrando il problema con l'ombreggiatura della memoria da parte dei dispositivi PCI ecc. Inoltre suggerisce un modo per superare questo problema mappandoun intervallo dalla RAM reale all'intervallo di indirizzi superiore all'interno dell'intervallo indirizzabile dalla CPU . Recuperando così quella memoria nascosta per l'uso. Si noti che questa rimappatura viene eseguita da BIOS / (U) EFI al momento dell'inizializzazione dell'hardware ed è esattamente per questo motivo che ho incluso BIOS / (U) EFI nella lista elenco sopra.
Ho preso come esempio i prodotti Intel, ma lo stesso vale per AMD.
Ora parliamo di come sono coinvolti i sistemi operativi. Il kernel Linux include il supporto completo della modalità PAE a partire dalla versione 2.3.23 ed è perfettamente possibile avere più di 4 GiB di memoria utilizzabile con il kernel Linux su un sistema a 32 bit. Tuttavia, sii consapevole di un problema indeterminato con il kernel Linux a 32 bit su un sistema con più di 4 GiB di RAM su alcuni hardware (nella mia esperienza ha qualcosa a che fare con gli abbattimenti TLB). Comunque Wikipedia ha una buona informazione sul supporto PAE . Interessante è il modo in cui Windows XP è limitato a 4 GB, mentre Windows Server 2003 Enterprise / Datacenter SP2 può contenere fino a 64 GB. Lo stesso vale per altre coppie di Windows Desktop-Server.
Come puoi vedere ci sono molte combinazioni tra i componenti elencati e in alcuni casi può essere utile sostituire una CPU o un sistema operativo. È molto più difficile gestire BIOS / (U) EFI o MCU poiché il primo è proprietario e integrato nel sistema e non facilmente modificabile, il secondo è integrato nella CPU o saldato a bordo.