【转帖】认识物理内存4G地址空间的局限

海上新客

http://blog.chinaunix.net/u/1595/showart_1976044.html

识别到4G内存满足的条件：
1.需要Cpu EM64T及64bit OS的支持。
2.主板芯片组的支持。
在945芯片组之前（包括945）的都是32bit的芯片组，已经没有空间来映射地址，扩展内存寻址，所以就算满足cpu,os两个条件也无法使用全部4G内存。比如370，M65,M90，在945之后芯片组为36位，BIOS会自动映射。所以满足cpu,os条件后就可以正常识别 4G内存
一、4GB地址空间的局限

首先我们还必须要先了解两个概念：

       其一是“物理内存”：大家常说的物理内存就是指安装在主板上的内存条，其实不然，在计算机的系统中，物理内存不仅包括装在主板上的内存条(RAM)，还应该包括主板BIOS 芯片的ROM，显卡上的显存(RAM)和BIOS(ROM)，以及各种PCI、PCI-E设备上的RAM和ROM。

其二是“地址空间”：地址空间就是对物理内存编码(地址编码)的范围。

       所谓编码就是对每一个物理存储单元(一个字节)分配一个唯一的地址号码，这个过程又叫做“编址”或者“地址映射”。这个过程就好像在日常生活中我们给每家每户分配一个地址门牌号。与编码相对应的是“寻址”过程——分配一个地址号码给一个存储单元的目的是为了便于找到它，完成数据的读写，这就是“寻址”，因此地址空间有时候又被称作“寻址空间”。系统不仅要给主板上的内存条编址，还要给上述的其它物理内存编址；它们都被编在同一个地址空间内，编址后的物理内存就可以被系统资源使用或占用。

      从Pentium Pro处理器开始，CPU的地址总线已经升级到36位，寻址能力达到64GB，按理说CPU支持4GB的内存是没有问题的；因此，芯片组(北桥—MCH)地址总线的数量就成了决定物理内存地址空间大小的决定性因素。在Intel 945系列和945以前的芯片组，nForce 550系列和550以前的芯片组都只有32条地址线，为系统提供4GB的地址空间，即最高可以安装4GB的内存条。

       虽然可以安装4GB内存条，但这4GB的内存空间不能全部纷配给内存，因为从4GB空间的顶端地址（FFFF_FFFFh）开始向下要有400MB- 1GB的地址空间要分配给主板上的其他物理内存。

       我们可以看到4GB的地址空间可以分为两大部分，0MB～物理内存顶端的地址分配给主板上安装的物理内存，4GB到物理内存顶端的地址分配给 BIOS(ROM)和PCI/PCI-E设备的存储器。由于这些存储器基本上是用于系统的输入和输出，所以Intel又把这段地址空间称之为“MMIO” (Memory-Mapped I/O—I/O存储器映射)。当系统安装3GB以下的内存时，MMIO区域不会与物理内存条的地址空间相重叠，操作系统可以访问几乎全部的物理内存，而操作系统属性里显示的物理内存基本接近实际内存的容量。

       而当系统安装上4GB内存时，问题出现了。由于位于4GB下面的部分地址空间要优先分配给MMIO，内存条上对应的这段区间就得不到编址，所以操作系统就不能使用。

       严格意义上来说，即使安装2GB内存时操作系统也不可能使用到全部的内存容量，诸如传统DOS的UMA区就有部分被占用的地址空间，但因为被占用的容量相比之下实在太少，所以就被很多读者忽略了。MMIO占用的地址空间在256MB～1GB之间，这么大的“浪费”大家肯定不能“熟视无睹”。

       因为受4GB芯片组地址空间的限制(32条地址线的限制)，Intel 945系列及以前的芯片组、NVIDIA nForce 550及以前的芯片组都没有办法绕过这个限制。具体原因有三方面：其一是芯片组没有剩余空间分配来供操作系统来调配；其二是物理内存的编址必须是连续的，不能被割断；其三是系统开机时必需先从4GB的顶端地址(FFFF_FFFFh)读取BIOS数据, 这是IA32架构和4GB地址空间的局限。

       所以建议使用这些芯片组主板的用户不要安装4GB的内存，这样会有部分内存容量不能被操作系统所使用。而解决4GB 内存限制的唯一办法就是扩展地址空间。

二、支持大于4GB内存的芯片组和“内存重映射”技术：

       面对原有芯片组4GB内存的局限，Intel和NVIDIA早就开始未雨绸缪，他们对传统的32位地址总线进行了调整，将其升级到36位，并推出了一系列可以突破4GB内存限制的芯片组，这就是Intel的965系列以及975系列、NVIDIA的nForce 570/590以及680系列。

       注：AMD的64位Socket AM2 CPU把内存控制器放到CPU中，提供40bit的物理地址总线，地址空间可达到1000GB。具体支持的地址空间和内存量取决于芯片组及主板的总线设计。

       从上面的芯片组参数来看，地址总线从32位提升到36位，地址空间达到64GB，支持安装8GB的物理内存。但由于IA32架构的规则是开机时必须从 4GB的FFFF_FFFFh地址读取BIOS信息，尽管芯片组支持的地址空间变大了，且最大支持的物理内存容量也达到了8GB(或以上)，但从本质上来说仍然不能解决MMIO地址占用4GB内存编址的问题。这要怎么办呢？

       36位地址总线最大可以支持64GB的地址空间，这就为移动MMIO地址区提供了条件。现在解决这个问题的办法就是“内存重映射”技术——就是在IA32 架构的基础上，把BIOS(ROM)和PCI/PCI-E设备占用的MMIO地址区段重新映射到内存条顶端地址以上 (例如4GB以上)的地址空间，从而把IA32架构规定的这一段操作系统不可使用的、位于4GB下面的MMIO地址空间回收给物理内存使用，保证物理内存编址的连续性。

三、BIOS必须支持“内存重映射”：

   “内存重映射”技术必须通过BIOS完成。所以BIOS必须具有支持内存重映射的功能模块，以便根据用户安装的内存容量来确定是否需要启用内存重映射功能。同时，在BIOS的设置选单中也要有“Memory Re-Mapping”的设置选项，使用4GB或者4GB以上内存的用户一定要将此项设置设为“Enable”。

四、解决4GB内存问题还需要操作系统支持：

       我们常使用的桌面操作系统是32位的，支持4GB的地址空间。前面我们介绍了解决4GB问题的芯片组是支持64GB地址空间的，在这样的芯片组主板上安装 32位的操作系统，就只能使用4GB的地址空间，因此安装4GB内存不能使用仅支持4GB地址空间的32位的操作系统。应该使用支持大于4GB地址空间的 32位操作系统或64位的操作系统。

五、小结

1、由于iA32架构要求BIOS(ROM)芯片的地址， PCI、PCI-E存储器地址、APCI中断路由地址等必须占用从4GB开始以下的256M-1GB空间。这段MMIO地址区不能分配给内存条。4GB的内存条有256MB-1GB的容量不能编址而浪费。
2、使用4GB或者以上的内存条，必须使用地址(编址)空间64GB的芯片组主板。
3、内存重映射就是把被MMIO占用的地址移到内存条容量以上的地址空间。
4、BIOS应具有支持“内存重映射”功能，设置项里有 Memory Remap Feature 选项，并设置为Enable。
5、必须安装寻址空间大于4GB的操作系统。比如Windows 2000高级服务器版，以及64位操作系统。
6、所有地址空间为4GB的芯片组(Intel945和nForce550之前的)，和32位操作系统均不能利用“内存重映射”技术解决4GB内存问题。

       看到这里，相信大家应该知道，4G内存不只需要主板bios支持，还需要这个操作系统支持，64位本身就支持超过4G，所以配合支持4G的芯片组就可以识别4G或者以上。但是32位系统，则需要系统本身可以拓展内存地址空间，然后和支持4G的芯片组才能识别4G。对于一般的桌面操作系统而言，是没有拓展功能的，如xp、Vista的 32位版本。但是2003这类服务器，需要消耗如此巨大的内存，所以拥有拓展功能。

shinyue

学习了！确定945芯片组不支持4GB 幸好没冲动！

xzhu

照这么说z61t 5600 945GM 装个64位的系统也认不到4G内存啦？

aznarble

把楼主的转贴内容，结合下面微软官方KB一起看，效果更好。
http://support.microsoft.com/kb/929605

芯片集必须至少支持 8 GB 地址空间。具有此功能的芯片集包括：
Intel 975X
Intel P965
采用 Socket 775 插槽的 Intel 955X
支持 AMD 处理器的芯片集，AMD 处理器采用 Socket F、Socket 940、Socket 939 或 Socket AM2 插槽。这些芯片集包括任意 AMD 插槽和 CPU 的组合，其中内存控制器位于 CPU 内。

CPU 必须支持 x64 指令集。AMD64 CPU 和 Intel EM64T CPU 支持此指令集。

BIOS 必须支持内存重新映射功能。利用内存重新映射功能，可以将先前被外围组件互连 (PCI) 配置空间覆盖的系统内存段重新映射到 4 GB 地址行以上。必须在计算机上的 BIOS 配置实用程序中启用该功能。有关如何启用此功能的说明，请查看计算机产品文档。大多数面向消费者的计算机可能不支持内存重新映射功能。在产品文档或 BIOS 配置实用程序中未使用与此功能有关的任何标准术语。因此，您可能必须阅读有关各种可用 BIOS 配置设置的说明，以确定是否有任何 BIOS 设置启用了内存重新映射功能。

必须使用 Windows Vista x64（64 位）版本（或以上）。

请与计算机供应商联系以确定您的计算机是否符合上述要求。

su43

我的X61明明可以认到4g嘛！

aznarble

QUOTE:

Posted by su43 on 2010-4-26 16:23
我的X61明明可以认到4g嘛！

X61（965芯片组）满足上述四个条件，当然可以了。

zlq125

可惜T60用不了

noa1023

X60 装了4G 只认 3G 呵呵~~RAMDISK 都认不到~~~早点看到帖子就省100了

ivanlf

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experience

好贴！支持！

aladdin77

x200是什么芯片组？在64位方面是什么情况？BIOS中似乎没有内存重映射的开关～～

cnmarkli

我还打算买个2*2G上64位呢，学习了，幸好来看了下

stevenflp

学习了。。。。