É uma pergunta bastante complicada, pois são necessários vários componentes para resolver. Esses componentes são:
- Unidade central de processamento
- Unidade controladora de memória
- BIOS / (U) EFI
- Sistema operacional
- Inscrição
O último item não está diretamente relacionado ao problema, mas o adicionei por uma questão de integridade.
Em poucas palavras, todos os componentes acima precisam suportar mais de 4 GB de memória para obter êxito.
Unidade central de processamento
Vamos começar com uma CPU. Mas primeiro é importante notar que uma CPU não possui nenhuma capacidade mágica de usar nenhuma memória . Em vez disso, ele poderia acessar qualquer endereço dentro de seu espaço endereçável . Agora aqui vem a coisa da testemunha. A CPU de 32 bits é capaz de acessar endereços no intervalo de 0 a 4 GiB. Esse intervalo, no entanto, deve acomodar não apenas a RAM, ROM, SMRAM , tabela de mapeamento de endereço gráfico , mas também todas as E / S mapeadas na memória necessáriase muito mais, o que pode exigir parte substancial desse intervalo de endereços. Como conseqüência, pode ser perfeitamente possível que alguns endereços de memória tenham sido ocultados por esses usos e, portanto, não estejam disponíveis para operações na RAM. Para recuperar a memória oculta, é necessário aumentar o espaço de endereço acessível da CPU . No caso da extensão de endereço físico da CPU de 32 bits, pode ajudar. O que permite endereçar até 64 GiB. A CPU de 64 bits que opera no modo nativo de 64 bits é, por padrão, capaz de acessaraté 16 EiB, que é bastante grande e não exige esses truques. Mas, por outro lado, é impraticável para uma CPU de 64 bits usar o endereçamento de 64 bits; portanto, na realidade, eles ainda estão limitados pelo barramento de endereços a um intervalo menor que 16 EiB.
Unidade controladora de memória
Inicialmente, estava localizado em Northbridge , mas foi transferido para a matriz do processador pela AMD começando com seus processadores AMD64 e pela Intel com seus processadores Nehalem. Mesmo que uma CPU com PAE seja capaz de acessar 64 GiB por si mesma, ainda precisará de um MCU para acessar a RAM. Simplificando: uma CPU que acessa um endereço específico recebe sua resposta do dispositivo PCI, BIOS ROM flash ou MCU, se o endereço solicitado reside na RAM e assim por diante. No entanto, não é incomum um MCU (seja na Northbridge ou na CPU) suportar muito menos espaço endereçável que 64 GiB por razões de marketing, por exemplo.
BIOS / (U) EFI
O BIOS / (U) EFI também é importante, pois é seu dever configurar o hardware antes que qualquer coisa possa realmente operar. Entre outras coisas, eles são responsáveis por mapear todo o espaço endereçável do processador com intervalos de memória de dispositivos de hardware, barramentos, RAM e assim por diante. Curiosamente, pode acontecer que toda a RAM seja dividida em partes e mapeada em vários pontos não contíguos disponíveis. O problema com o BIOS é que seus desenvolvedores podem não esperar mais de 3 GiB de uso de RAM em seu sistema e, como tal, o BIOS não mapeia corretamente toda a memória a ser usada. Provavelmente isso não acontecerá com (U) EFI.
Sistema operacional
O sistema operacional também deve suportar o endereçamento de mais de 4 GiB de memória. Para ser mais específico, ele deve configurar uma CPU para usar o PAE. Alguns sistemas operacionais de 32 bits são perfeitamente capazes de usar o PAE e acessar mais de 4 GiB, outros têm limite de software na memória máxima, mesmo que habilitem o PAE para maior segurança (Windows XP é um exemplo). Mais uma vez, os sistemas operacionais de 64 bits naturalmente não têm essas dificuldades e normalmente suportam mais de 4 GiB de memória.
Inscrição
O último ponto é de um mundo diferente, já que os aplicativos geralmente operam em um espaço de endereço virtual , eu o adicionei por uma questão de integridade. No entanto, são necessárias algumas etapas adicionais durante a compilação do aplicativo para poder usar mais memória. Por padrão, o aplicativo de 32 bits é capaz apenas de usar 2 GiB de memória. O mesmo aplicativo de 32 bits pode endereçar até 4 GiB de memória, desde que o SO ofereça suporte e habilite o CPU PAE. Mais especificamente, ele poderia usaraté 3 GiB de memória, os outros 1 GiB seriam endereçáveis como bibliotecas comuns e kernel do SO, mas não graváveis (no final das contas, isso depende da arquitetura do SO e não do próprio aplicativo). Novamente, os aplicativos de 64 bits oferecem suporte nativo ao endereçamento de mais de 4 GiB de memória e não têm esses problemas em primeiro lugar.
Para colocar tudo isso em perspectiva, vamos considerar vários exemplos.
Considere o controlador de memória Intel® 82945G . O site da Intel afirma que ele não suporta PAE e está limitado a 4 GB de RAM. Vamos consultar o parágrafo 9 System Address Mapda folha de dados. Tem muita informação. O mais interessante é Figure 9-3. Main Memory Address Range:
e o parágrafo 9.2 Main Memory Address Range (1 MB to TOLUD), com a seguinte redação:
Esse intervalo de endereços se estende de 1 MB até a parte superior da memória física que pode ser acessada pelo (G) MCH (conforme programado no registro TOLUD). Todos os acessos aos endereços dentro desse intervalo são encaminhados pelo (G) MCH para a memória principal, a menos que caiam na memória VGA opcional TSEG, ISA Hole opcional ou IGD roubada. O (G) MCH fornece um espaço máximo de decodificação de endereço de memória principal de 4 GB (2 GB para o 82945GC / 82945GZ / 82945PL). O (G) MCH não remapeia o espaço de memória APIC ou PCI Express. Isso significa que, quando a quantidade de memória física preenchida no sistema atingir 4 GB (2 GB para o 82945GC / 82945GZ / 82945PL), haverá memória física que existe, ainda que não seja endereçável e, portanto, inutilizável pelo sistema.
Como ele diz, como não oferece suporte ao PAE, ele é incapaz de remapear o PCI e todos os outros MMIO acima de 4 GiB; portanto, parte da memória ficará sombreada e sem uso. O que significa que, mesmo que seja usado com uma CPU que suporta endereçamento de 36 bits, a memória acima de 4 GiB ainda estará indisponível e parte da memória próxima ao limite de 4 GiB também não será utilizada.
Por outro lado, vamos considerar o Controlador de memória Intel® 82955X , que está relacionado ao anterior, mas foi especificado para suportar 8 GB, ao contrário do anterior! O parágrafo da folha de dados 2.1 Host Interface Signalssugere que ele usa um barramento de endereço de 36 bits para a CPU, o que é um bom sinal. O parágrafo 7 System Address Maptem mais informações. Compare Figure 7-1. System Address Rangescom o que vimos antes:
isso sugere claramente que ele é capaz de utilizar mais de 4 GiB de RAM, desde que seja usado com a CPU também capaz de endereçamento de 36 bits. Também vale a pena notar que esse parágrafo 7 System Address Mapafirma isso MCH supports 64 GB of addressable memory space. No entanto, é esclarecido ainda que a RAM máxima utilizável é limitada a 8 GB. Mais uma vez, isso declara a diferença entre endereçável eutilizável como eu estava tentando transmitir na seção CPU.
Para concluir, gostaria de observar que dois chipsets relacionados têm, de fato, uma enorme diferença no tratamento de memória.
Vamos inspecionar o processador Intel® Pentium® Extreme Edition 840 . Ele suporta o conjunto de instruções de 64 bits, mas não o PAE. O que significa que, se executado no modo de 32 bits, não será possível usar mais de 4 GiB de RAM (por favor, corrija-me se estiver errado com essa suposição). Vamos verificar a folha de dados e a tabela Table 4-3. Signal Description. Mesmo que essa CPU seja capaz de 64 bits, ainda é limitada pelo fato de o barramento de endereços ter 36 bits de largura, limitando-o ao intervalo de endereços acessível , começando de 0 a 64 GiB.
Agora vamos examinar uma CPU mais recente. Veja o processador Intel® Core ™ i7-7700, por exemplo. É anunciado para suportar até 64 GB de RAM. Agora vamos verificar a folha de dados dele. O parágrafo 2.3 System Address Mapnos convence de que o intervalo endereçável desta CPU é de 0 a 512 GiB devido ao barramento de endereço de 39 bits. Observe que ainda está longe da faixa teórica de 16 EiB para uma CPU de 64 bits. Surpreendentemente, esclarece ainda que esta CPU suporta até 32 GiB de RAM utilizável no máximo (ao contrário de 64 GB no site). Há também uma imagem de interesse aqui Figure 2-2. System Address Range Example:
ele faz um bom trabalho ilustrando o problema com sombreamento de memória por dispositivos PCI etc. Também sugere uma maneira de superar esse problema mapeandouma faixa de RAM real até a faixa de endereços superior dentro da faixa endereçável da CPU . Recuperando assim a memória oculta para uso. Observe que esse remapeamento é feito pelo BIOS / (U) EFI na inicialização do hardware e é exatamente por esse motivo que eu incluí o BIOS / (U) EFI na lista acima.
Tomei os produtos Intel como exemplo, mas o mesmo se aplica à AMD.
Agora vamos discutir como os sistemas operacionais estão envolvidos. O kernel Linux inclui suporte completo ao modo PAE a partir da versão 2.3.23 e é perfeitamente possível ter mais de 4 GiB de memória utilizável com o kernel Linux em um sistema de 32 bits. No entanto, esteja ciente de um problema indeterminado com o kernel do Linux de 32 bits em um sistema com mais de 4 GiB de RAM em algum hardware (na minha experiência, isso tem algo a ver com os ataques de TLB). De qualquer forma, a Wikipedia tem boas informações sobre o suporte ao PAE . Interessante é como o Windows XP é limitado a 4 GB, enquanto o Windows Server 2003 Enterprise / Datacenter SP2 é capaz de 64 GB completos. O mesmo vale para outros pares de servidores Desktop-Windows.
Como você pode ver, existem muitas combinações entre os componentes listados e, em alguns casos, substituir uma CPU ou SO pode ajudar. É muito mais difícil lidar com o BIOS / (U) EFI ou MCU, já que o primeiro é proprietário e embutido no sistema e não é facilmente modificável, o segundo é embutido no CPU ou soldado a bordo.