Es una pregunta bastante complicada, ya que requiere varios componentes para funcionar. Esos componentes son:
- Unidad Central de procesamiento
- Unidad de controlador de memoria
- BIOS / (U) EFI
- Sistema operativo
- Solicitud
El último elemento no se relaciona directamente con el problema, pero lo agregué por razones de integridad.
En pocas palabras, todos los componentes anteriores tienen que soportar más de 4 GB de memoria para tener éxito.
Unidad Central de procesamiento
Comencemos con una CPU. Pero primero es importante tener en cuenta que una CPU no tiene ninguna habilidad mágica para usar ninguna memoria . En cambio, podría acceder a cualquier dirección dentro de su espacio direccionable . Ahora aquí viene la cosa de la amargura. La CPU de 32 bits es capaz de acceder a direcciones en un rango de 0 a 4 GiB. Sin embargo, este rango tiene que acomodar no solo la RAM, ROM, SMRAM , tabla de reasignación de direcciones de gráficos disponible , sino también todas las E / S asignadas a memoriay muchos más, que pueden requerir una parte sustancial de este rango de direcciones. Como consecuencia, puede ser perfectamente posible que algunas direcciones de memoria se vean ocultas por esos usos y, por lo tanto, no estén disponibles para operaciones en RAM. Para recuperar la memoria oculta, es necesario ampliar el espacio de direcciones accesible de la CPU . En caso de CPU de 32 bits, la extensión de dirección física podría ayudar. Lo que permite direccionar hasta 64 GiB. La CPU de 64 bits que funciona en modo nativo de 64 bits es capaz de acceder por defectohasta 16 EiB, que es bastante grande y no requiere tales trucos. Pero, por otro lado, no es práctico que una CPU de 64 bits use direccionamiento de 64 bits, por lo que en realidad todavía están limitados por su bus de direcciones a un rango menor que 16 EiB.
Unidad de controlador de memoria
Inicialmente se encontraba en Northbridge , pero AMD lo trasladó al procesador a partir de sus procesadores AMD64 y a Intel con sus procesadores Nehalem. Incluso si una CPU con PAE es capaz de acceder a 64 GiB por sí misma, aún necesita una MCU para acceder a la RAM. En pocas palabras: una CPU que accede a una dirección particular obtiene su respuesta, ya sea desde un dispositivo PCI, BIOS ROM flash o MCU, si la dirección solicitada reside en la RAM, y así sucesivamente. Sin embargo, no es raro que una MCU (ya sea en Northbridge o en la CPU) admita mucho menos espacio direccionable que 64 GiB por razones de marketing, por ejemplo.
BIOS / (U) EFI
BIOS / (U) EFI también son importantes ya que es su deber configurar el hardware antes de que algo pueda funcionar realmente. Entre otras cosas, son responsables de mapear todo el espacio direccionable del procesador con rangos de memoria de dispositivos de hardware, buses, RAM, etc. Curiosamente, puede suceder que toda la RAM se divida en pedazos y se asigne en varios puntos no contiguos disponibles. El problema con el BIOS es que es posible que los desarrolladores no esperen más de 3 GiB de uso de RAM dentro de su sistema y, como tal, el BIOS no asignará correctamente toda la memoria que se utilizará. Lo más probable es que esto no le suceda a (U) EFI.
Sistema operativo
El sistema operativo también debe admitir el direccionamiento de más de 4 memorias GiB. Para ser más específico, debe configurar una CPU para usar PAE. Algunos sistemas operativos de 32 bits son perfectamente capaces de usar PAE y acceder a más de 4 GiB, otros tienen un límite de software en la memoria máxima, a pesar de que permiten PAE para una mayor seguridad (Windows XP es un ejemplo). Una vez más, los sistemas operativos de 64 bits, naturalmente, no tienen tales dificultades y normalmente admiten más de 4 GiB de memoria.
Solicitud
El último punto es de un mundo diferente, ya que las aplicaciones comúnmente operan en un espacio de direcciones virtuales , lo he agregado por completo. No obstante, se requieren algunos pasos adicionales al compilar la aplicación para poder usar más memoria. Por defecto, la aplicación de 32 bits solo es capaz de usar 2 GiB de memoria. La misma aplicación de 32 bits podría direccionar hasta 4 GiB de memoria, siempre que el SO lo admita y haya habilitado CPU PAE. Más específicamente, podría usarhasta 3 GiB de memoria, el otro 1 GiB sería direccionable como bibliotecas comunes y kernel del sistema operativo, pero no escribible (en última instancia, esto depende de la arquitectura del sistema operativo en lugar de la aplicación misma). Una vez más, las aplicaciones de 64 bits admiten de forma nativa el direccionamiento de más de 4 GiB de memoria y no tienen tales problemas en primer lugar.
Para poner todo esto en perspectiva, consideremos varios ejemplos.
Considere el Controlador de memoria Intel® 82945G . El sitio web de Intel afirma que no es compatible con PAE y está limitado a 4 GB de RAM. Consultemos el párrafo 9 System Address Mapde la hoja de datos. Tiene mucha información. Lo más interesante es Figure 9-3. Main Memory Address Range:
y el párrafo 9.2 Main Memory Address Range (1 MB to TOLUD), que dice lo siguiente:
Este rango de direcciones se extiende desde 1 MB hasta la parte superior de la memoria física a la que se permite acceder mediante el (G) MCH (según lo programado en el registro TOLUD). Todos los accesos a las direcciones dentro de este rango son reenviados por el (G) MCH a la memoria principal a menos que entren en la memoria TSGA opcional, el agujero ISA opcional o la memoria VGA robada IGD opcional. El (G) MCH proporciona un espacio máximo de decodificación de dirección de memoria principal de 4 GB (2 GB para 82945GC / 82945GZ / 82945PL). El (G) MCH no reasigna el espacio de memoria APIC o PCI Express. Esto significa que a medida que la cantidad de memoria física ocupada en el sistema alcanza los 4 GB (2 GB para el 82945GC / 82945GZ / 82945PL), habrá memoria física que aún no será direccionable y, por lo tanto, no podrá ser utilizada por el sistema.
Como dice, dado que no es compatible con PAE, en última instancia no puede reasignar PCI y cualquier otro MMIO por encima de 4 GiB, por lo tanto, parte de la memoria se sombreará y no se usará. Lo que significa que incluso si se usa con una CPU que admite el direccionamiento de 36 bits, la memoria por encima de 4 GiB todavía no estará disponible y parte de la memoria cercana al límite de 4 GiB tampoco se usará.
Por el contrario, consideremos el Controlador de memoria Intel® 82955X , que está relacionado con el anterior, ¡pero está especificado para admitir 8 GB al contrario del anterior! El párrafo de la hoja de datos 2.1 Host Interface Signalssugiere que utiliza un bus de direcciones de 36 bits para la CPU, lo cual es una buena señal. El párrafo 7 System Address Maptiene más ideas. Compare Figure 7-1. System Address Rangescon el que vimos antes:
esto sugiere claramente que es capaz de utilizar más de 4 GiB de RAM, siempre que se use con la CPU también capaz de direccionamiento de 36 bits. También vale la pena señalar que el párrafo 7 System Address Mapestablece que MCH supports 64 GB of addressable memory space. Sin embargo, se aclara aún más, que la RAM máxima utilizable está limitada a 8 GB. Esto una vez más declara la diferencia entre direccionable yutilizable como estaba tratando de transmitir en la sección de CPU.
Para concluir esto, me gustaría señalar que dos conjuntos de chips relacionados tienen, de hecho, una gran diferencia en el manejo de la memoria.
Inspeccionemos el procesador Intel® Pentium® Extreme Edition 840 . Es compatible con el conjunto de instrucciones de 64 bits, pero no es compatible con PAE. Lo que significa que si se ejecuta en modo de 32 bits, no podrá usar más de 4 GiB de RAM (por favor, corríjame si me equivoco con esta suposición). Vamos a ver la hoja de datos y la tabla Table 4-3. Signal Description. A pesar de que esta CPU es capaz de 64 bits, todavía está limitada por su bus de direcciones de 36 bits de ancho, lo que lo limita al rango de direcciones accesible que comienza en 0 a 64 GiB.
Ahora examinemos una CPU más reciente. Tome el procesador Intel® Core ™ i7-7700 por ejemplo. Se anuncia que admite hasta 64 GB de RAM. Ahora revisemos la hoja de datos. El párrafo 2.3 System Address Mapnos convence de que el rango direccionable de esta CPU es de 0 a 512 GiB debido al bus de direcciones de 39 bits. Tenga en cuenta que todavía está lejos del rango teórico de 16 EiB para una CPU de 64 bits. Sorprendentemente, sin embargo, aclara aún más que esta CPU admite hasta 32 GiB de RAM máxima utilizable (al contrario de 64 GB en el sitio web). También hay una imagen de interés aquí Figure 2-2. System Address Range Example:
hace un buen trabajo ilustrando el problema con el sombreado de la memoria por los dispositivos PCI, etc. También sugiere una forma de superar este problema mediante el mapeoun rango de RAM real al rango de dirección superior dentro del rango direccionable por CPU . Reclamando así esa memoria oculta para su uso. Tenga en cuenta que esta reasignación es realizada por BIOS / (U) EFI tras la inicialización del hardware y es exactamente por esta razón que incluí BIOS / (U) EFI en la lista de viñetas anterior.
He tomado los productos Intel como ejemplos, pero lo mismo es cierto para AMD.
Ahora analicemos cómo están involucrados los sistemas operativos. El kernel de Linux incluye compatibilidad total con el modo PAE a partir de la versión 2.3.23 y es perfectamente posible tener más de 4 GiB de memoria utilizables con el kernel de Linux en un sistema de 32 bits. Sin embargo, tenga en cuenta un problema indeterminado con el kernel de Linux de 32 bits en un sistema con más de 4 GiB de RAM en algún hardware (en mi experiencia, tiene algo que ver con los derribos de TLB). De todos modos, Wikipedia tiene una buena información sobre el soporte de PAE . Interesante es cómo Windows XP está limitado a 4 GB, mientras que Windows Server 2003 Enterprise / Datacenter SP2 es capaz de 64 GB completos. Lo mismo es para otros pares de Windows Desktop-Server.
Como puede ver, hay muchas combinaciones entre los componentes enumerados y, en algunos casos, puede ser útil reemplazar una CPU o un sistema operativo. Es mucho más difícil lidiar con BIOS / (U) EFI o MCU, ya que el primero es propietario e integrado en el sistema y no es fácilmente modificable, el último está integrado en la CPU o soldado a bordo.