Ограничения памяти в 16, 32 и 64-битных системах

Вместо того, чтобы объяснять это сам, я позволю тому, кто должен поддерживать ядро ​​с поддержкой PAE, говорить своим очаровательным образом, Линус Торвальдс

• PAE отстой (Почему MS не воспользовался PAE?)

Также имейте в виду, что поддержка PAE в 32-битных версиях Windows стоит больших денег. XP даже не сможет нормально использовать полные 4 ГБ ОЗУ, потому что MS решила не включать в нее функции PAE. Ядро, которое тесно связано, Windows 2003 Server, поддерживает PAE. Однако даже в этом случае ваша "Стандартная редакция" будет поддерживать только до 4 ГиБ (но обходя дыру в памяти BIOS), в то время как более дорогие версии будут поддерживать до 64 ГБ ОЗУ. То же самое относится и к 32-битной Vista.

Однако не во всех случаях это ограничение накладывается Windows. Если бы это было так, загрузка ядра Linux с поддержкой PAE все равно позволила бы вам использовать все 4 ГБ (или более). Не так, некоторые производители оборудования решили наложить это ограничение на уровне BIOS, хотя процессор и чипсет были бы способны обрабатывать PAE.

Просто примечание: ни один из существующих 64-битных процессоров на базе x86 не может даже физически обращаться ко всему диапазону 64-битного адресного пространства (для справки см. Этот вопрос и ответы).

8-битные процессоры обычно имели 16-битную адресную шину. (У Motorola унифицированная адресная шина, ОЗУ и периферийные устройства ввода-вывода совместно использовали одно и то же адресное пространство, Intel решила разделить их. В случае с Intel пределы адресов ввода-вывода 8088 и 8086 перенесли ограничения с 8080 8085 процессоров.)

Intel 8088 и 8086 имели 20-битную адресную шину памяти (1 МБ), в то время как у Motorola 68000 была 24-битная адресная шина (16 МБ). IIRC, [80]286 перешел на 24-битную адресную шину. Позже оба расширились до 32-битной адресной шины с [80]386 и 68020 соответственно.) С чипами Pentium адресная шина расширилась до 64-битной. (Я думаю, что чипы Motorola/IBM венчурного PowerPC также шли 64-битной адресной шины.)

Объем памяти, доступный ниже и вплоть до максимального значения, к которому центральный процессор мог непосредственно обращаться, ограничивался только поддерживаемыми аппаратными чипами (чипсетом) и ОС. В прошлом Билл Гейтс был известен тем, что заявлял, что никому не нужно более 640 КБ ОЗУ, поэтому DOS никогда не развивался для прямого доступа к большему объему ОЗУ. С HiMem.sys и EMM386 DOS был расширен для доступа к большей "верхней" памяти, а EMM386 использовался для прямого доступа ко всей доступной оперативной памяти. HiMem.sys обладал меньшей гибкостью и мог в основном использовать дополнительную память для хранения.

Для памяти, превышающей этот предел, требуется MMU (модуль управления памятью), чтобы разбить память на сегменты и отобразить ее в адресуемую область памяти ЦП. Именно так CoCo 3, Commodore 128 и другие 8-битные компьютеры могут получить доступ к более чем 64 КБ ОЗУ.

Более выгодным сейчас является использование виртуальной памяти для расширения пределов физической памяти, хотя и с учетом ограничений, установленных ОС.

Потому что нет практической причины для этого. Расширения физических адресов предоставляют практически те же функции, и их использование по-прежнему очень ограничено среди пользователей. В дни Windows 3.1 были ограничения, которых сегодня просто нет.

Теоретические пределы памяти в 16, 32 и 64-битных машинах следующие...

Принципиальным недостатком здесь является представление о том, что "битовая ширина" процессора, которая обычно равна размеру регистров общего назначения машины, обязательно равна ширине адресов ОЗУ.

В x86 с включенной подкачкой, но без PAE адреса, которые используют программный код и код операционной системы, называются Intel "линейными адресами" - мы обычно называем их "виртуальными адресами". Их ширина 32 бита. Это позволяет виртуальное адресное пространство 4 ГиБ.

Но это более или менее совпадение, просто артефакт формата записей таблицы страниц в том, что размер физического (RAM) адреса также составляет 32 бита.

С PAE последний составляет 36 бит (сначала... шире в последующих реализациях). Таким образом, то, что это, например, "32-разрядный компьютер", не означает, что адреса физической памяти ограничены 32-разрядными.

Промышленность имеет долгую историю машин, чья "битовая ширина" не соответствовала их максимальному размеру физического адреса. Например, архитектура VAX определяет 32-битный компьютер, а виртуальные адреса (которые являются адресами, используемыми кодом после включения преобразования адресов) действительно имеют ширину 32 бита... но физические адреса VAX имеют ширину всего 30 бит - и половина физического адресного пространства отводится регистрам устройств ввода-вывода, поэтому максимальный объем ОЗУ составлял всего 512 МБ.

Даже без аппаратного обеспечения преобразования адресов не обязательно, чтобы "битовая ширина" машины определяла максимальный адрес ОЗУ. Пример: CDC серии "upper 3000" были 36-битными машинами. Как вы думаете, они могли бы адресовать 64 ГиБ оперативной памяти? Не вряд ли! Эти машины появились в середине 60-х! Черт, в те дни у нас не было даже 64 ГБ дискового пространства. (Серия CDC 6000 была 60-битной машиной. Нужно ли продолжать?)

Это взято с этой страницы Википедии: https://en.m.wikipedia.org/wiki/RAM_limit Википедия говорит, что у нее есть несколько проблем, но вот что говорит

Ограничение оперативной памяти вашего компьютера зависит от количества Ram Pins на вашем компьютере. Если бы у вас был 16-битный компьютер под управлением Windows 3.0, для которого требуется 1 мегабайт оперативной памяти, он имел бы от 20 до 24 контактов RAM. Формула — 2^X, чтобы определить, какую площадь могут адресовать штифты Ram. 16-битные компьютеры имели до 24* контактов оперативной памяти, которые могли адресовать 16 мегабайт оперативной памяти, а 32-битные компьютеры имели до 36* контактов оперативной памяти, которые могли адресовать 64 гигабайта оперативной памяти. Ваш средний 64-битный компьютер имеет примерно 36,40 или 52 контакта оперативной памяти (64 ГБ, 1 ТБ или 4 ПБ (Windows 10 Professional допускает до 2 ТБ оперативной памяти)). *Вероятно, процессор мог бы иметь больше контактов Ram Pin, но обычно их не делают выше по определенным причинам.

Вера в то, что количество битов вашего процессора определяет, сколько оперативной памяти он может обработать, вероятно, связано с тем, что 32-битные компьютеры в основном изготавливались с 32 выводами оперативной памяти, которые могли адресовать только 4 гигабайта. В дополнение к ограничениям потребительской операционной системы.

Я до сих пор не совсем уверен, как работают ограничения Ram и насколько авторитетна эта вики-страница. Но объяснение, которое я получил на вики-странице, имеет некоторый смысл. Надеюсь, это поможет ответить на ваш вопрос