6. Логическая организация памяти

Компьютеры PC и XT могут работать с памятью до 1 Мб (с адресами от 0 до 1 М - 1), а AT с МП 286 – до 16 Мб; более поздние модели – до 4 Гб, а ЭВМ с Pentium Pro и Pentium II/III/4 – до 64 Гб. Диапазон адресов определяется размерностью адресной шины МП. Более интенсивно во всех моделях используется память с младшими адресами, которая отводится для размещения ядра DOS, связи с внешними устройствами, стандартных программ тестирования и организации I/O. Чтобы исключить ошибочное использование начальной памяти, она распределяется по назначению на основании стандартов IBM и Intel. Карта логической организации памяти, представляющая собой ее распределение без учета физической сущности, представлена на рис. 3.10. Она распределена на области: стандартную CM, верхнюю UMA, расширенную EM и дополнительную EpM.

Область стандартной памяти [15] СМ во всех компьютерах отводится под DOS и рабочие программы TSR с данными, которые обрабатываются МП. В последних моделях эта область наиболее динамичная. При многозадачном V-режиме она постоянно обновляется, и поэтому для повышения быстродействия такая память построена на элементах с малым временем чтения (DRAM и SRAM).

Область в верхних адресах UMA емкостью 384 Кб зарезервирована для системного использования самой ЭВМ. Первая часть UMA (128 Кб) отводится под видеопамять (VM), которая предназначена для вывода оперативной информации на дисплей. В зависимости от типа монитора и видеоадаптера она используется не полностью для EGA, MDA, CGA с фиксированными адресами соответственно 640K, 704K, 736K или же используется в полном объеме для VGA и SVGA. Область видеопамяти обычно реализуется на ОЗУ типа VRAM с высоким быстродействием, которая работает с памятью видеоплаты емкостью до 2 Мб и более.

Средняя область UMA зарезервирована в ЭВМ под стандартные программы-драйверы I/O и обмена между контроллерами или адаптерами с использованием системной шины. Так как драйверы MDA и CGA вшитыв схему системной платы, то они не требуют адресного пространства. Другие адаптеры, такие как EGA, VGA и SVGA, используют адресуемую память емкостью 16, 32, 64 Кб соответственно, начиная с адреса C0000 или C4000. Эта память отводится под ПЗУ (ROM), в которой размещается BIOS дисплеев.

Рис. 3.10. Карта распределения памяти

Под ROM BIOS контроллеров жестких дисков отведена область НЖМД с начальным адресом C8000. Контроллеры НЖМД 10 и 20 Мб XT использовали адресное пространство C8000-C9FFF, но контроллеры IDE ATA эту область не используют, т.к. их драйверы являются частью системной BIOS. Контроллеры EIDI и SCSI используют память емкостью 16 Кб в диапазоне адресов C8000-CBFFF.

Память в диапазоне адресов CA000-CFFFF в средней области UMA может быть свободной. Во всех компьютерах свободным является адресное пространство D0000-DFFFF (окно EMS). Окно емкостью в 4 страницы по 16 Кб, расширяемое в сторону младших адресов, может быть использовано для работы в стандарте LIM/EMS с дополнительной памятью EpM емкостью до 32 Мб при инсталлированном драйвере, таком как EMM386.EXE. В эту свободную область могут последовательно перегружаться до 2 048 логических страниц при наличии соответствующей дополнительной памяти. Адресами средней области могут пользоваться также сетевые адаптеры в области сегментов C000 и D000, для чего используют ОЗУ на системной плате емкостью до 16 Кб.

Последняя (третья) часть UMA выделена под системную BIOS. Программы системной BIOS обслуживают команды МП и играют роль драйверов различных устройств компьютера. Так как эти программы используются с момента включения питания, то они закодированы в ИС ПЗУ на системной плате. В их составе:

- POST – программа тестирования исправности НЖМД, ОЗУ, клавиатуры и системной платы;

- системный загрузчик – программа передачи файлов DOS с НЖМД или НГМД в начальные адреса ОЗУ и передачи управления;

- стандартные программы-драйверы обмена с любыми блоками, подключаемыми к системной шине.

Под системную BIOS отводится память 128 Кб в диапазоне E0000-FFFFF, которая почти полностью используется в последних моделях ЭВМ. Для повышения быстродействия при выполнении команд часть программ BIOS в процессе работы может перегружаться из медленного ПЗУ в ОЗУ с более высоким быстродействием. Существует еще одна область верхней памяти (HMA), которая может быть использована в реальном режиме процессорами 286 и выше при инсталлированном драйвере HIMEM.SYS. Эта область имеет размер 64 Кб (без 16 байт) и размещается в диапазоне адресов FFFF:0010-FFFF:FFFF. Известно, что МП 88/86 при вычислении адреса ячейки памяти выше 1 М осуществляют заворачивание адреса (сложение по mod2²⁰). Для процессора 286 этого не произойдет, т.к. он может включить адресную шинуA0A20 вместоA0A19, как у МП 88/86. Управление включениемA20 выполняется через бит порта 64h контроллера клавиатуры 8042. Область HMA является частью расширенной памяти (ЕМ), доступной вR-режиме.

Расширенная область памяти ЕМ может быть использована только в P- илиV-режимах в соответствии с правилами спецификации XMS. Размер этой памяти определяется автоматически программами системной BIOS. Эта память наращивается от 1 Мб в сторону больших адресов. В настоящее время в Pentium II/III/4 линейное адресное пространство ограничено 64 Г = 2³⁶, где для обращения к любому байту из этой области требуется 36-битный двоичный код.