стоит не так остро, как раньше, сегодня он по-прежнему волнует многих пользователей. В последнее время даже самые дешевые компьютеры имеют по крайней мере 4 Гб памяти – количество, которое когда-то казалось немыслимым, а в настоящее время является стандартом де-факто. Вопреки этому многие задаются вопросом: этого достаточно? Ускорит ли работу компьютера дополнительная память, или особого эффекта не будет?
Разница между 4, 8, 16 и больше гигабайт RAM несомненно есть, но для массового пользователя связь между объемом установленной памяти и производительностью ПК остается слегка размытой. В этом материале я постараюсь пролить свет на этот вопрос и кратко ответить, каков оптимальный объем оперативной памяти и есть ли смысл в установке дополнительных модулей RAM.
Что такое Random Access Memory (RAM)?
Хотя компьютеры уже давно стали обыденностью, многие люди до сих пор путают понятия «оперативная» и «локальная» память. Заблуждение чаще исходит из того, что оба типа памяти измеряются в одних и тех же единицах – последнее время обычно в гигабайтах (GB). Вопреки тому, что и оперативная, и локальная память служат для хранения информации, они отличаются с точки зрения срока хранения данных. Оперативная память как правило в несколько раз быстрее локальной и служит для временного хранения данных. После выключения компьютера все хранящиеся в ней данные бесследно исчезают. В локальной памяти (жесткие диски и SSD устройства) информация сохраняется независимо от того, включен компьютер или выключен. Именно поэтому оперативную память обычно определяют как энергозависимую, а локальную – как энергонезависимую.
Сколько памяти нужно ПК?
Долгое время Биллу Гейтсу приписывается фраза «640 Кб памяти достаточно для всего». В конечном счете сам Гейтс выступил с официальным заявлением, сказав, что не является автором этого утверждения, которое он назвал чистой глупостью.
Однако в начале 80-х годов прошлого века это звучало не так комично, потому что объемы порядка 100-200 Мб считались огромными. Сегодня даже самые дешевые компьютерные системы имеют 2-4 Гб оперативной памяти, а локальное пространство для хранения информации измеряется в терабайтах.
Базовые конфигурации имеют от 4 до 8 Гб RAM, а high-end модели (мультимедийные или игровые) предлагают 12-16, иногда 32 (и больше) Гб оперативной памяти. Так сколько можно назвать «оптимальным»? К сожалению, дать точный ответ, выраженный в конкретной цифре весьма непросто, так как оптимальное количество зависит от задач, для которых вы используете компьютер. Так, например, на Windows PC только сама операционная система может потребовать больше одного гигабайта для своих системных библиотек. Если вы используете антивирусную программу, то это еще 30-200 мегабайт в фоновом режиме в зависимости от конкретного продукта. Большинство веб-браузеров, офисных приложений и мультимедийных проигрывателей требуют от 100-800 Мб и больше памяти. Если вы запускаете их одновременно (т.е. используете Windows по предназначению – многозадачно), эти объемы становятся совокупными – чем больше запущенных программ, тем выше потребление RAM.
Чемпионами по потреблению оперативной памяти остаются видеоигры. Популярные заглавия типа Call of Duty могут без особых проблем «проглотить» 4-5 Гб памяти.
Большинство современных ноутбуков использует интегрированную графику, которая также является потребителем RAM. Интегрированные в процессор видео ядра не располагают своей собственной памятью (в отличие от дискретных решений) и «съедают» часть доступной оперативной памяти. Поэтому если ваш ноутбук по спецификациям оснащен 4 Гб RAM и интегрированной графикой, Windows сообщит, что вам доступно только 3.9 Гб (или меньше) памяти.
Другие соображения
Оптимальное количество оперативной памяти имеет и софтверный (возможно, правильнее будет сказать системный) аспект. Старые версии операционной системы используют 32-битный метод адресации памяти. В настоящее время он уже устарел и восходит к временам, когда объемы свыше 4 Гб RAM казались немыслимыми. Вот почему 32-разрядные версии Windows просто не могут использовать больше 4 Гб оперативной памяти. Даже если у вас больше памяти 32-разрядная операционная система будет настаивать на том, что вас только 4 Гб (хотя обычно еще меньше – 3-3.5 Гб) оперативной памяти. Для полноценного использования объемов свыше 4 гигов вам понадобится 64-разрядная Windows.
Другой интересный вопрос, связанный с памятью, касается темпа заполнения RAM, а также того, что будет, если исчерпать всю доступную память.
Если системный инструмент «Диспетчер задач» показывает, что весь объем памяти почти полностью исчерпан, т.е. все запущенные процессы занимают 70-80% или даже больше RAM, это еще не повод для беспокойства. Microsoft уже давно серьезно изменила свою философию по отношению к memory management (управление памятью), а потому, начиная с Windows Vista, не используемую RAM компания считает «плохой RAM».
Так как оперативная память во много раз быстрее любого жесткого или даже твердотельного диска, в Microsoft решили, что будет лучше, если Windows будет держать как можно больше часто используемых пользовательских модулей и приложений постоянно загруженными в системную RAM. Благодаря этому при повторном обращении к ним система реагирует гораздо быстрее, нежели когда ей снова и снова приходится считывать их с локального диска.
В этом и суть технологии SuperFetch, которая развивается со времен Vista. Введение этой концепции указывает на один важный вывод – чем большем оперативной памяти есть в распоряжении современных версий Windows, тем лучше (быстрее) они работают. Конечно, речь не идет об экспоненциальном росте – наибольшая разница будет при прыжке с 2 до 4 Гб RAM. С каждым последующим удвоением – 4 до 8 Гб, 8 до 16 и так далее, влияние на общую производительность системы будет снижаться. Однако если вы регулярно работаете с тяжелыми программами, держите десятки открытых вкладок в браузере и активно играете, то принцип выбора оптимального объема памяти сводится к одной простой вещи: чем больше, тем лучше.
Если в какой-то момент имеющийся объем памяти будет исчерпан, Windows не перестанет работать. В таких случаях операционная система опирается на так называемую . Для этой цели используется выделенная на локальном диске область и на нее Windows записывает все данные из оперативной памяти, которые не используется в настоящее время, и по просьбе пользователя снова их считывает, используя ресурсы локального диска. Поскольку локальная память медленнее чипов RAM, процесс чтения данных с диска занимает значительно больше времени, в течение которого компьютер может заметно «подтормаживать». Если система регулярно обращается к виртуальной памяти, это верный признак, что настало время рассмотреть вопрос о расширении оперативной памяти.
Отличного Вам дня!
Наверное многие помнят, или слышали про первые, на сегодняшний день уже древние компьютеры, такие как к примеру ZX Spectrum? Кто не помнит или забыл, то напомним, что оперативная память для этих динозавров измерялась в килобайтах. Да-да, именно в килобайтах, даже не в мегабайтах. Сейчас любой мобильник в разы мощнее древних Спектрумов Технология продвигается, время бежит, и оперативной памяти уже требуется не килобайты, а Гигабайты. В будущем и этого конечно будет мало, и наши сегодняшние самые мощные компьютеры, тоже будут называть динозаврами прошлого. Но вернемся в наше время.
Речь сегодня пойдет о том — Сколько оперативной памяти поддерживает Windows XP, 7, 8.1 и 10?
Допустим вы захотели в свой компьютер установить дополнительные линейки оперативки. Предположим было у вас 4 Гб, воткнули еще 4 Гб. Включаем комп, а в свойствах все те-же 4Гб (Да и то это округленный показатель, на деле максимум 3.750 Гб). Почему так? О ужас!!!
Почему остались те-же 4 Гб оперативы? Давайте разберемся с этими вопросами, раз и навсегда.
Все операционные системы Windows с разрядностью x86 (32 bit) не важно какая версия, все они видят только до 4 Гб. памяти. Вы хоть истыкайте памятью весь компьютер, как ежика с иголками, он будет видеть только до 4 гигабайта. Связано это с внутренними архитектурными ограничениями.
Если вы установите на компьютере 64 битную операционную систему, то все ваши линейки памяти система и увидит.
Сколько оперативной памяти максимально видит разная версия Windows
Windows XP
Windows XP x86 (32 bit): 4 гб
Windows XP x64 (64 bit): 128 ГбWindows 7
Windows 7 Starter x86 (32 bit): 2 Гб
Windows 7 Home Basic x86 (32 bit): 4 Гб
Windows 7 Home Premium x86 (32 bit): 4 Гб
Windows 7 Professional x86 (32 bit): 4 Гб
Windows 7 Enterprise x86 (32 bit): 4 Гб
Windows 7 Ultimate x86 (32 bit): 4 Гб
Windows 7 Home Basic x64 (64 bit): 8 Гб
Windows 7 Home Premium x64 (64 bit): 16 Гб
Windows 7 Professional x64 (64 bit): 192 Гб
Windows 7 Enterprise x64 (64 bit): 192 Гб
Windows 7 Ultimate x64 (64 bit): 192 ГбWindows 8 / 8.1
Windows 8 x86 (32 bit): 4 Гб
Windows 8 Professional x86 (32 bit): 4 Гб
Windows 8 Enterprise x86 (32 bit): 4 Гб
Windows 8 x64 (64 bit): 128 Гб
Windows 8 Professional x64 (64 bit): 512 Гб
Windows 8 Enterprise x64 (64 bit): 512 ГбWindows 10
Windows 10 Home x86 (32 bit): 4 Гб
Windows 10 Home x64 (64 bit): 128 Гб
Windows 10 Pro x86 (32 bit): 4 Гб
Windows 10 Pro x64 (64 bit): 512 Гб
Как видите, 64-битные редакции поддерживает огромный объем оперативной памяти, а вот в случае с 32-битной версией нужно быть внимательным с выбором: зачастую система не поддерживает даже указанные 4 Гб.
Итог: Максимальное количество оперативной памяти, которые способны «увидеть» 32 разрядные версии Windows - это 4 Гб. Таким образом, если у вас больший объем RAM, следует установить 64-разрядную версию, чтобы воспользоваться этой памятью. Для того, чтобы узнать, какая версия Windows установлена на вашем компьютере, откройте пункт «Система» в панели управления (или кликните по «Мой компьютер» правой кнопкой мыши и выберите «Свойства»).
Максимальный объем оперативной памяти для Windows 7 x86 (32 битная):Windows 7 Ultimate — 4 GB
Windows 7 Enterprise — 4 GB
Windows 7 Professional — 4 GB
Windows 7 Home Premium — 4 GB
Windows 7 Home Basic — 4 GB
Windows 7 Starter — 2 GB
Максимальный объем оперативной памяти для Windows 7 x64:
Windows 7 Ultimate — 192 GB
Windows 7 Enterprise — 192 GB
Windows 7 Professional — 192 GB
Windows 7 Home Premium — 16 GB
Windows 7 Home Basic — 8 GB
Windows 7 Starter — 2 GBДругими словами — максимальный объем оперативной памяти зависит от разрядности и от версии.максимальный объем оперативной памяти для других версий Windows можно посмотреть здесь:
http://msdn.microsoft.com/en-us/library/aa366778.aspxПочему системе доступно меньше памяти, чем реально установлено в системном блоке?
Это связано с тем, что часть адресного пространства (начиная с конца 4-го гигабайта в обратном направлении и небольшая часть с начала 1-го гигабайта) зарезервирована для адресации памяти видеокарты и других устройств. Поэтому при наличии более 3 GB оперативной памяти, не вся она может использоваться операционной системой. В свойствах системы это будет выглядеть так:
Как позволить системе использовать всю установленную память?
Это можно сделать с помощью функции перераспределения памяти (Memory Remapping). Включить ее позволяют большинство BIOS’ов. В этом случае адреса устройств переносятся из первых 4-х гигабайт за пределы установленного в системе объема оперативной памяти.
Как оптимизировать оперативную память для максимального объема оперативной памяти в windoiws ?
Самый очевидный способ повысить производительность компьютера - закрыть ненужные программы. Второй - установить побольше планок (плат) оперативной памяти, чтобы программы «чувствовали себя более вольготно» и работали пошустрее. Других способов ускорения компьютера, непосредственно связанных с оперативной памятью, нет.
Еще раз повторюсь:оптимизаторы памяти - бред с целью заработать деньги на доверчивых пользователях. Такой же глупостью является и подстройка «скрытых настроек памяти» в Windows, так как там все уже настроено наиболее оптимально после тестирования на большом количестве компьютеров.
Так каков максимальный объем оперативной памяти в современных операционных системах? Ответ не прост — свободная память отводится под кэш.
Это происходит преимущественно благодаря функции SuperFetch.
Благодаря кэшу программы запускаются быстрее,
так как вместо обращения к жесткому диску данные загружаются из оперативной памяти (см. картинку выше, разница в скорости работы жесткого диска и ОЗУ написана жирным шрифтом). Если
какой-то
программе понадобиться больше оперативной памяти - кэш
моментально
сократит свой размер, уступив ей место.
Максимальный объем оперативной памяти в Windows.
Интернет буквально завален рассуждениями пользователей о том, почему в битной Windows доступно 3,5 Гб оперативно памяти вместо, например, установленных 4 Гб. Было придумано множество теорий, мифов, легенд. Например, считают, что это ограничение, сделанное Microsoft, которое можно снять. На самом деле это отчасти правда - принудительные ограничения действительно есть. Только снять их никак нельзя. Это обусловлено тем, что в 32-разрядных системах драйвера и программы могут нестабильно работать при использовании системой больше четырех гигабайт оперативной памяти. Для 64-битных Windows драйвера очень тщательно тестируют, чтобы такой нестабильности не было, поэтому вышеупомянутого ограничения там нет.
Не секрет, что наличие большого объема оперативной памяти благотворно сказывается на скорости работы многих приложений. В этом материале мы поговорим о взаимодействии ОЗУ и системы Windows, а так же ответим на многие распространенные вопросы по этой теме.
Вступление
Технологический прогресс не стоит на месте и с каждым годом компьютеры становятся все совершеннее и совершеннее. При этом с ростом технических характеристик, неумолимо снижается цена на комплектующие и сегодня ПК, которые еще три года назад стоили несколько тысяч долларов, продаются за несколько сотен.
Не обошла эта тенденция и оперативную память, которая в последнее время очень сильно подешевела. Лет 15 назад, модуль памяти объемом четыре мегабайта (только вдумайтесь!) стоил около 100 долларов, а на сегодняшний день стоимость четырех гигабайт ОЗУ (ОЗУ - оперативное запоминающее устройство или оперативная память) составляет всего около 700 рублей. Не секрет, что наличие большого объема оперативной памяти благотворно сказывается на скорости работы многих приложений, поэтому именно этот объем является минимальным для большинства современных компьютеров даже начального уровня. Более же продвинутые системы содержат 8, 16 и более гигабайт «оперативки».
И все бы хорошо, но наверняка многие пользователи сталкивались с одной неприятностью, в том случае, если в компьютере установлено четыре и более гигабайт оперативной памяти, 32-разрядная операционная система Windows их попросту не видит.
В этой статье вы узнаете, как операционная система работает с оперативной памятью, какие объемы ОЗУ поддерживают различные редакции Windows, почему в некоторых случаях ОС не видит всю установленную память, из-за чего это происходит и можно ли что-то сделать в этой ситуации, что такое файл подкачки, а так же многое другое. Но для начала давайте сделаем небольшой экскурс в теорию организации физической памяти компьютера, а так же разберемся, как вообще ОЗУ влияет на производительность системы.
Адресное пространство
Базовой единицей измерения количества информации является бит , который может принимать только два значения - ноль и один. В современных вычислительных архитектурах минимальной единицей обработки и хранения информации является байт , равный восьми битам. По сути, память компьютера является огромным массивом байт.
Один байт может хранить одно из 256 значений (2 8), которые в зависимости от их интерпретации могут быть как числами, так символами или буквами. Например, значение 56, может обозначать как обычное число, так и букву «V» в кодировке ASCII. В нескольких байтах, можно хранить гораздо большие значения. Например, три байта могут принимать уже 16 777 216 значений (256 3), в которых может быть закодировано целиком короткое слово.
Что бы какое-либо устройство или программа могли иметь возможность обратиться к конкретному байту в памяти (адресовать его) для того, что бы записать туда или получить оттуда данные, ему присваивается уникальный индекс, называемый адресом . Диапазон адресов от нуля до максимума получил название адресного пространства .
Физическая и виртуальная память
В первых ЭВМ, размер адресного пространства был тождественно равен размеру установленной оперативной памяти. То есть, если в компьютере было установлено 128 Кб памяти, то и максимальный объем памяти, который могла использовать программа при работе, равнялся 128 Кб. При этом адрес какого-либо объекта приложения равнялся адресу физической ячейки запоминающего устройства.
Такой способ адресации был весьма простым, но имел пару существенных недостатков. Во-первых, память выполняемого приложения была ограничена оперативной памятью, которая на тот момент была сильно дорогой и устанавливалась на компьютер в очень маленьких количествах. Во-вторых, все запущенные программы выполнялись в одном адресном пространстве, что приводило к вероятности ошибочной записи данных несколькими приложениями в одну и ту же ячейку. В случае возникновения такой ситуации, о последствиях догадаться несложно.
В современных компьютерах устройства и программы работают не с реальной (физической ) памятью, а виртуальной , которая ее имитирует. Это дает возможность приложению считать, что на машине установлено максимальное теоритически возможное количество ОЗУ, а так же то, что оно является единственной программой, запущенной на компьютере.
Таким образом, адресное пространство ЭВМ наших дней, больше не ограничено размером ее физической (оперативной) памяти и имеет свой максимальный возможный размер, зависящий от рабочей среды, которой является операционная система.
На сегодняшний день операционная система Windows имеет как 32-разрядную, так и 64-разрядную версии. В первой, исходя из названия, для адресации используется 32-битное адресное пространство, максимальный размер которого равен 2 32 = 4 294 967 296 байт или 4 Гб (гигабайт). 64-битная версия операционной системы увеличивает размер адресного пространства до невероятных 2 64 = 18 446 744 073 709 551 616 байт - более 18 квинтиллионов байт или 16 Эб (эксабайт). Правда стоит отметить, что современные клиентские операционные системы Windows 7 x64 в силу объективных причин поддерживают максимальное адресное пространство размером 16 Тб (2 44).
При этом объемы в 4 Гб и 16 Тб, в зависимости от системы, выделяются каждому работающему приложению! То есть любая запущенная программа получает свое собственное адресное пространство, которое не пересекается с другими.
Влияние объема оперативной памяти на скорость работы системы
А что же происходит, когда записи в адресном пространстве по размеру начинают превышать реально установленный объем физической памяти? В этом случае, часть временно не использующихся данных переносится из ОЗУ на жесткий диск в так называемый файл подкачки или «своп» (swap). Если программам вновь понадобятся эти данные, то система по первому требованию, вернет их обратно с диска в оперативную память.
Если в компьютере установлен небольшой объем оперативной памяти, то ОС возможно довольно часто придется перемещать данные из ОЗУ в файл подкачки и обратно, вследствие чего сильно возрастает нагрузка на жесткий диск, что в свою очередь приводит к замедлению работы всей системы. В случае запуска сразу нескольких приложений, может получиться так, что все свое время система начнет тратить на обмен информацией между памятью и диском, вместо того чтобы выполнять программы. Визуально, в этот момент, система «зависает», то есть перестает отвечать на команды пользователя.
Чем больше реальный объем оперативной памяти, тем реже идет обращение к винчестеру, а вследствие этого возрастает и общая производительность компьютера. Именно поэтому, увеличение размера ОЗУ практически всегда положительно сказывается на скорости работы системы, а с учетом нынешних цен на память, многим пользователям вполне доступна установка 8, 16 или даже 32 Гб «оперативки». Особенно благоприятно большой объем памяти сказывается при работе с графическими приложениями (включая современные трехмерные игры) и программами видеомонтажа.
Стоит знать, что разные версии 64-битной операционной системы Windows могут поддерживать разный максимальный объем оперативной памяти. И если пользователям старших редакций Vista или 7 (Professional, Enterprise, Ultimate), поддерживающих до 192 Гб памяти, волноваться особо нечего, так как на домашних компьютерах такой объем практически не достижим, то тем, у кого установлены версии Home Basic и Home Premium есть над чем задуматься. Возможности этих редакций сильно урезаны, и если Premium поддерживает до 16 Гб «оперативки», то Basic только 8 Гб. Максимально доступный объем оперативной памяти, поддерживаемый уже устаревшей Windows XP (64-битной версии) составляет 16 Гб.
Почему 32-битная система Windows не видит 4 Гб ОЗУ
Наверняка, многие пользователи хотят воспользоваться падением цен на память и нарастить ее объем в собственных компьютерах. Процедура эта нехитрая - вынуть старые планки из системной платы и вставить новые можно за считанные минуты без каких-либо специальных инструментов. Далее включаем компьютер, тихо радуемся, когда при загрузке программа самотестирования отображает новый объем установленной ОЗУ (хотя и здесь могут быть проблемы, но об этом чуть ниже). Затем, дожидаемся загрузки Windows, заходим в свойства компьютера и… видим, что в разделе «Установленная память» красуется цифра в три с лишним гигабайта, вместо, например, реально установленных четырех. Так что же произошло и можно ли это исправить?
Как мы уже знаем, чисто теоретически 32-х разрядной системе без каких-либо дополнительных ухищрений доступны до 4 гигабайт оперативной памяти (2 32), но Windows не может использовать весь этот объем, так как часть его отводится под устройства компьютера.
Теперь, самое время сделать небольшой экскурс в историю. В первых настольных ПК, выпущенных в начале 80-ых годов, адресное пространство их физической памяти было поделено на две части в соотношении пять к трем. Первая часть отводилось под оперативную память (ОЗУ), а вторая предназначалась для размещения программы самотестирования (POST), базовой системы ввода-вывода (BIOS) и памяти устройств. При этом та часть адресного пространства, которая отводилась под устройства, не могла быть одновременно использована под оперативную память компьютера.
Все изменилось, когда в 1985 году компания Intel выпустила на рынок процессор 80386. Тогда были приняты сразу два решения об изменении распределения физической памяти в компьютерах, основанных на новых чипах. Распределение адресов в первом мегабайте памяти было принято оставить неизменным для совместимости со старым программным обеспечением и предыдущими моделями ЭВМ. Для компьютерных же устройств, нуждающихся в использовании памяти, теперь выделялся четвертый гигабайт. Все остальное пространство отводилось под ОЗУ.
Возможно, сегодня это решение многим покажется не совсем верным, но в то время несколько гигабайт оперативной памяти казалось просто фантастикой! Да и вряд ли кто предполагал, что сама архитектура и такой порядок распределения адресов проживет столько лет. Но и посей день, во всех современных компьютерах оперативная память начинает занимать адреса, начиная с нулевого, а оборудование - начиная с отметки 4 Гб в обратном направлении.
Теперь давайте более наглядно рассмотрим, как же распределяется память с момента начала загрузки компьютера. Здесь важно помнить, что все программы и компьютерные устройства работают не с физической памятью напрямую, а с адресным пространством, размер которого никак не зависит от реального объема установленной ОЗУ. То есть если убрать из компьютера всю установленную в него оперативную память, то размер адресного пространства ни капли не изменится. Напомним, что для 32-битных систем он равен 4 Гб.
Сразу же после включения машины, специальная программа, называемая БИОС (BIOS), начинает обращаться к установленным устройствам. Ее задача, сначала собрать сведения о том, какие диапазоны адресов то или иное устройство может использовать, а потом распределить память так, что бы они не мешали друг другу при работе. После того, как необходимые виртуальные адреса под оборудование становятся зарезервированными в адресном пространстве (от четвертого гигабайта сверху вниз), начинается загрузка операционной системы.
Как мы уже говорили ранее, под установленную оперативную память адресное пространство выделяется снизу вверх - от нуля и далее. Таким образом, после загрузки системы физическая память «проецируется» на адресное пространство (от 0 до 2 Гб) и Windows не видя никаких конфликтов с адресами, зарезервированными под устройства, показывает вам весь установленный объем оперативной памяти.
Таким образом, пока объем оперативной памяти не превышает двух-трех гигабайт, в большинстве случаев никаких проблем не возникает, но как только этот рубеж превышается, возможны появления конфликтов. В четвертом гигабайте вполне вероятно возникновение ситуации, когда на один и тот же адрес будут претендовать как ячейка оперативной памяти, так и ячейка памяти устройства, например видеокарты. Если туда будут записаны данные ОЗУ, то это приведет к искажению изображения на экране, в случае же смены картинки на мониторе - исказится содержимое памяти. Чтобы не допустить таких конфликтов, операционная система не использует под ОЗУ ту часть физической памяти, которая отведена под адреса устройств.
После установки 4 Гб физической памяти, теоретически ее адреса займут все доступное адресное пространство для 32-битных систем. Но доступными останутся только те, которые попадут в незарезервированную устройствами область. В нашем примере, Windows будет считать, что объем установленной оперативной памяти равен 3,5 Гб.
Довольно долгое время никого особенно проблема четвертого гигабайта не волновала. Под нужды устройств использовалось совсем немного места - десятки килобайт для контроллеров дисков и сетевого адаптера, плюс несколько мегабайт под память видеокарты. Сами же объемы оперативной памяти были тоже небольшими, а значит, пересечение адресов используемых ОЗУ и устройствами в доступном адресном пространстве было практически невозможным.
Первый тревожный звонок прозвенел с появлением технологии AGP. На тот момент, видеоадаптеры с аппаратным ускорением трехмерной графики резко увеличили свою потребность в использовании собственной оперативной памяти. А AGP дала возможность графическим адаптерам использовать для собственных нужд часть памяти компьютера, в случае нехватки собственной. При этом вне зависимости от типа адаптера и количества у него собственной памяти, резервируется 256 Мбайт адресов, так как этот размер задается не самой видеоплатой, а оборудованием шины AGP. С приходом технологии PCI-Express ситуация принципиально не изменилась и размер резервируемого места остался тем же.
Помимо увеличившихся аппетитов графических подсистем, постоянно росло и количество интегрированных устройств в системную плату. К ним добавились высокоскоростные сетевые интерфейсы, многоканальные звуковые карты и различные виды контроллеров. Ко всему прочему под устройства адресное пространство отводится не в точном необходимом количестве, а блоками, определяемыми их характеристиками, заданными изготовителями. Из-за этого между адресами различных устройств появляются свободные промежутки, которые еще больше увеличивают зарезервированное пространство памяти.
В некоторых случаях, правда, довольно редких, объем адресного пространства, отведённого под устройства, может достигать и двух гигабайт. В большинстве же случаев, заблокированным оказывается пространство от 500 Мб до 1 Гб.
Технология PAE
Так можно все-таки увидеть все 4 Гб памяти в 32-разрядной Windows? Да, если у вас установлена серверная ОС, например Windows Server 2003 или Server 2008.
В середине 90-х годов была разработана технология расширения доступного объема ОЗУ, получившая название PAE (Physical Address Extension). Впервые она была воплощена в процессорах Intel Pentium Pro, в результате чего они смогли использовать не 32-х, а 36-битную шину адреса, что теоретически позволяло использовать максимально не 4, а 64 Гб оперативной памяти.
Но что самое примечательное, некоторые особенности использования этой технологии в контроллерах памяти, предоставляют возможность не только использовать ее по прямому назначению, но и перебрасывать некоторые участки памяти в другие адреса. Таким образом, появляется возможность переместить в область выше 4 Гб, например, в пятый гигабайт адресного пространства, ту часть ОЗУ, которая была заблокирована из-за возможности возникновения конфликтов с устройствами, после чего она вновь становится доступной. Правда, для этого необходимо соблюсти два условия.
Первое - процессор должен быть установлен в системную плату, оснащенную специальным диспетчером памяти, осуществляющим поддержку расширения физических адресов. Как правило, в микропрограмме BIOS Setup (БИОС), запускающейся сразу же после включения компьютера, существует специальная настройка, запрещающая или разрешающая переадресацию. В разных моделях материнских плат ее наименование может быть различным, например: Memory Remap, 64-bit OS, Memory Hole и другое. Точное название этой опции можно выяснить из руководства конкретной системной платы. Кстати, старые материнские платы могут вообще не поддерживать режим расширения адресов (это так же можно выяснить из инструкции).
Второе - в операционной системе должен быть включен режим PAE. Так вот в серверных системах он задействован по умолчанию. Поэтому, если у вас установлена 32-битная Windows подобного типа и не слишком старый компьютер (нет вышеуказанных ограничений по железу), то благодаря использованию технологии PAE, будут доступны все 4 Гб оперативной памяти.
Вполне логично, что данную технологию можно было бы применить в клиентских системах и ее применяют, но с некоторыми ограничениями.
Изначально, в первой версии Windows XP данный режим был отключен, так как в 2001 году средний объем ОЗУ в персональных компьютерах составлял 128 - 256 Мб, и никакой необходимости в его включении не было. Возможно, положение дел оставалось бы таким еще довольно долго, но в 2003 году компания Microsoftприступила к разработке второго пакета исправлений для XP, призванного существенно снизить количество уязвимостей в системе. Одним из нововведений, принесенным вторым сервис паком, стало использование аппаратных и программных технологий, предотвращающих запуск вредоносного кода путем дополнительной проверки содержимого памяти. На аппаратном уровне эту проверку выполняет процессор. При этом в компании Intel данная функция носит названия Execute Disable bit (запрет на выполнение), а в AMD - No-execute page-protection (защита страниц от выполнения).
Однако, что бы такая аппаратная защита стала возможна, необходим перевод процессора в режим PAE. Именно поэтому, начиная с Windows XP SP2, данный режим, при наличии подходящего процессора, включается автоматически. Но самое основное, что в 32-разрядных Windows XP с пакетами обновлений SP2 и SP3, а так же последующих Windows Vista и Windows 7, расширение физических адресов реализовано только частично. Эти системы не поддерживают 36-битную адресацию памяти и включенный режим PAE, не добавляет в их распоряжение ни байта адресного пространства, что делает невозможным переброску в верхние участки заблокированных адресов ОЗУ. Причина такой реализации - обеспечение совместимости с драйверами устройств.
Как мы помним, операционная система и все программы используют виртуальные адресные пространства и соответственно виртуальные адреса, которые впоследствии пересчитывается в физические. Процедура эта происходит в два этапа при выключенном режиме PAE и в три, при включенном расширении физических адресов. Драйверы, в отличие от обычных программ, работают напрямую с реальными адресами и для корректной работы в режиме PAE должны понимать усложненную процедуру трансляции адресов. Ведь сформированный драйвером 32-битный адрес после дополнительного (третьего) этапа трансляции может измениться и чтобы выданная им команда достигла цели, необходимо это учитывать.
Разработчики драйверов, предназначенных для серверных систем это принимали в расчет, а вот драйвера для клиентских Windows, устанавливаемых на обычные домашние ПК, во многих случаях были написаны без учета алгоритма работы с включенным PAE. Ведь так было проще - меньше времени уходило на программирование и тестирование, да и сам драйвер занимал меньше места. Тем более к тому моменту, до выхода Windows XP SP2, режим PAE в настольных системах не использовался, а оборудование, которое выпускалось для «персоналок», во многих случаев не было предназначено для серверов (например, звуковые платы). Так что никакой острой необходимости усложнять драйвера, и выпускать их серверные версии у производителей не было.
Именно с такими, неадаптированными драйверами, и возникли серьезные проблемы в Windows со вторым пакетом обновлений. Не смотря на то, что, общее количество драйверов, вызывавших сбои или крах системы, было не таким уж и большим, количество устройств их использующих исчислялось миллионами. В результате огромное количество пользователей после установки второго сервис-пака могли столкнуться с неприятностями и в дальнейшем отказаться от его использования. Поэтому Microsoft пришлось идти на компромисс.
Для обеспечения совместимости с некорректно написанными драйверами функционал PAE в Windows XP SP2 было решено обрезать. Выразилось это в том, что на третьем этапе трансляции адресов на выход передавались те же адреса, которые были поданы на вход. Таким образом, никакого расширения адресного пространства не происходило, и система продолжала оперировать теми же четырьмя гигабайтами.
Как уже упоминалось выше, такой обрезанный режим PAE унаследовали все современные 32-разрядные системы, включая Windows 7 и Windows 8. А вот если вы установите ради эксперимента на свой компьютер оригинальную Windows XP или XP SP1 и включите режим PAE (там он по умолчанию отключен), то увидите собственными глазами, что системе будет доступно все 4 Гб ОЗУ.
ОЗУ и 64-битные системы Windows
Казалось бы, что у 64-разрядных систем никаких проблем с установкой больших объемов памяти быть недолжно. Сколько ОЗУ установили, столько «операционка» и будет видеть. И все же здесь есть свои подводные камни.
Не смотря на то, что 64-битная Windows может использовать адресное пространство и оперативную память, объемы которых далеко превышают четыре гигабайта, правило размещения адресов устройств, здесь точно такое же, как и в 32-битных системах, то есть устройства занимают ячейки в четвертом гигабайте сверху вниз. Сохранение этого принципа опять же обеспечивает нормальную работоспособность любого оборудования, предназначенного для обычных ПК, которое должно с одинаковым успехом работать, как в 32-разрядной системе, так и в 64-разрядной.
Получается, что все ограничения, накладываемые на физическую память в 32-битной системе, должны остаться и в 64-битной, а значит, видимый объем оперативной памяти будет опять неполным, если ваша материнская плата не поддерживает переадресацию или она отключена в настройках. Конечно, такие системные платы уже не выпускаются, но все еще используются во многих компьютерах.
Еще один «сюрприз» вас может ожидать, если в материнскую плату будет установлен максимальный поддерживаемый объем памяти. Например, еще недавно популярный чипсет для бюджетных решений Intel G41 позволяет устанавливать до 8 Гб оперативной памяти. Как правило, в этом случае, на системной плате разведены 33 адресные линии (2 33 = 8 589 934 592 байт = 8 Гб). С точки зрения производителя это вполне объяснимо - зачем делать шину более высокой разрядности, если набор системной логики все равно не поддерживает большие объемы памяти? Но из-за этого, даже если контроллер памяти и может перекинуть заблокированный участок ОЗУ в девятый гигабайт, сделать это у него не получиться, так как для этого потребуется 34-разрядная шина, а не 33-х, как в нашем случае. В итоге пользователю будет доступно только семь с небольшим гигабайт ОЗУ. Тоже самое касается плат поддерживающих 16 и 32 Гб.
В некоторых случаях, даже при работающей переадресации в 64-битной системе несколько десяткой или сотен мегабайт могут все равно оказаться заблокированы системой под оборудование. Виной тому могут стать технологические особенности системной платы, которая в любой ситуации будет резервировать какой-то объем памяти, например, для нужд встроенного видеоадаптера или RAID-контроллера.
Заключение
В заключение давайте сделаем несколько основополагающих выводов, исходя из всего вышесказанного.
Хотя 32-битные системы Windows чисто теоретически могут использовать до 4 Гб оперативной памяти, некоторый ее объем всегда оказывается зарезервированным под нужды устройств, после чего в доступности оказывается обычно не более 3-3,5 Гб.
Однако эта проблема решена в 32-разрядных серверных ОС. Благодаря использованию технологии расширения физических адресов (PAE), в системе может быть виден весь максимальный установленный объем ОЗУ (4 Гб).
В клиентских 32-разрядных версиях Windowsрежим PAE был урезан для обеспечения совместимости с драйверами устройств из-за чего в WindowsXP SP2/SP3, Windows Vista, Windows 7, а так же Windows 8 увидеть все максимально допустимые четыре гигабайта ОЗУ невозможно и исправить это нельзя.
Таким образом, если вы собираетесь установить в компьютер более трех гигабайт оперативной памяти, то необходимо использовать 64-битные версии операционных систем, которые позволяют видеть до 192 Гб ОЗУ и имеют неурезанный режим PAE. В противном случае весь остальной объем памяти будет недоступен для использования.
Так же следует помнить, что для работы PAE, либо процессор, либо системная плата должны иметь специальный контроллер памяти, поддерживающий технологию расширения физических адресов.
Максимальный размер оперативной памяти, который поддерживают 32-разрядные системы
Зададимся вопросом: могут ли 32-разрядные системы работать с физической памятью больше 4 ГБ в принципе и если да, то каким образом.
Главное, что надо сделать в самом начале, это четко разделить между собой три понятия:
Свойства процессора;
32-битная операционная система;
32-разрядное приложение (программа)
Последние два очень часто смешивают в одну кучу, чего в данном случае, делать как раз не следует. Начнем по порядку и издалека – совершим короткий исторический экскурс.
Обратимся к таблице основных характеристик популярных процессоров от Intel:
Эта таблица нужна нам для того, чтобы наглядно показать тот факт, что разрядность адресной шины отнюдь не всегда совпадала с разрядностью архитектуры процессора.
Для начала обратим внимание на 16-разрядные процессоры. Если бы они имели 16-разрядную адресную шину, то максимальный размер доступной им физической памяти составлял бы всего 64 КБ (2 в 16-й степени равно 65536). Однако уже Intel 8086 мог работать с памятью до 1 МБ, а 80286 уже до 16 МБ благодаря 20 и, соответственно, 24 битам шины адреса.
Эпоха процессоров x86 совместимых процессоров с 32-х разряздными регистрами и 4 ГБ ОЗУ началась с Intel 80386 в далеком 1985 году. На протяжении последующих 10 лет 32-х разрядный процессоры архитектуры х86 не имели физической возможности работать с памятью более 4 ГБ.
В 1995 году был представлен процессор Intel Pentium Pro. Наряду с совершенно новой архитектурой ядра этот процессор получил 36-битную адресную шину благодаря чему, как не трудно подсчитать, максимальный размер доступной ему физической памяти увеличился до 64 ГБ (в современных 64-разрядных процессорах используются 37 разрядов, что увеличивает предел адресуемой физической памяти до 128 ГБ).
Кроме того, в процессоре был реализован «хитрый» механизм управления памятью, который отображал физическую память, расположенную за пределами 4 ГБ, в 32-разрядную виртуальную память в диапазоне 0 - 4 ГБ «обманывая» таким образом 32-разрядные приложения. Такой режим управления памятью процессором х86 получил название PAE (Physical Address Extension - расширение физических адресов).
Pentium Pro позиционировался в то время как процессор для серверов и рабочих станций. Действительно, представить себе в 1995 году настольный компьютер с объемом оперативной памяти не то что больше, а хотя бы отдаленно приближающимся к 4 ГБ, было не просто. Память измерялась тогда мегабайтами. К примеру, в 1998 году размер ОЗУ обычного настольного компьютера в 32МБ не считался маленьким. А стоила такая планка памяти от 60$. И в наше то время (2014 год) полным ходом используются компьютеры менее чем с 4 ГБ памяти. Для работы офисных приложений в связке с Windows XP такого объема памяти даже много. Кроме того, процессор Pentium Pro был очень дорогим и имел проблемы с быстродействием при выполнении популярных в то время 16-разрядных приложений.
Можно сказать, что такое решение было новым для 32-разрядных процессоров, однако, в силу того, что ранее подобная практика повсеместно применялась в 16-разрядных процессорах, революционной ее назвать сложно. Ведь еще со времен DOS широко применялся трюк с сегментной адресацией когда вся память была разбита на сегменты в 64КБ и адрес состоял из двух частей: сегмента и смещения внутри сегмента, таким образом удавалось использовать более 64КБ памяти.
Не все, но подавляющее большинство современных процессоров х86 для настольных компьютеров являются 64-разрядными и имеют поддержку PAE. Благодаря этому они не только могут работать с памятью более 4 ГБ, но и предоставляют такую возможность 32-битным операционным системам.
Проще всего определить поддержку режима PAE процессором оказалось в Linux. В Ubuntu, или в любом из ее многочисленных клонов, можно набрать в терминале:
grep -color=always -i PAE /proc/cpuinfo
В результате должно получиться что-то вроде этого:
32-разрядные операционные системы
Первой в ряду 32-разрядных ОС Microsoft стала Windows NT 3.1, выпущенная в 1993 году. Она предназначалась для корпоративного сектора, то есть для серверов и рабочих станций. Двумя годами позже в 1995 году появилась Windows 95 - операционная система для настольных компьютеров и ноутбуков. Между двумя этими событиями в 1994 году была представлена версия 1.0 ядра Linux. 32-разрядная архитектура оказалась столь удачной и «достаточной», что она повсеместно используется до сих пор на протяжении вот уже 2-х десятилетий. Последней 32-битной серверной операционной системой Microsoft стала Windows Server 2008. Однако, новейшая Windows 8 по-прежнему предлагается в двух вариантах. Для реализации дополнительных возможностей режима расширения физических адресов, помимо наличия соответствующего процессора и материнской платы с адекватным чипсетом и нужным количеством разведенных адресных линий, необходима поддержка PAE непосредственно самой операционной системой.
Если у Вас 32-разрядный Linux, то проблем с использованием памяти объемом более 4 ГБ, скорее всего, не возникнет. В операционных системах Linux поддержка PAE появилась в 1999 году в ядре 2.3.23 и используется с тех пор безо всяких ограничений.
Посмотрим таблицу максимально поддерживаемых размеров физической памяти, взятую из статьи 2005 года в msdn.microsoft.com, для Windows 2000, Windows XP и Windows Server 2003 >
Как видно из этой таблицы, режим PAE поддерживается во всех версиях ОС Microsoft начиная с Windows 2000. Вариации размеров максимальной памяти в различных версиях серверных операционных систем объясняются исключительно их позиционированием на рынке компанией Microsoft. Наверное, так проще объяснить их отличающуюся друг от друга стоимость. Для нас особый интерес представляют строки таблицы, которые прямо говорит о том, что во всех версиях Windows XP общее адресное пространство физической памяти ограничено на уровне 4 ГБ. Именно искусственно ограничено в ядре, так как поддержка PAE есть.
Режим PAE может быть включен, может быть выключен. Начиная с Windows XP SP2 PAE включается принудительно для обеспечения работы технологии безопасности DEP (Data Execution Prevention - предотвращение выполнения данных).
DEP – это технология, которая позволяет защитить операционную систему от большого класса вредоносного кода, который изначально внедряется в область памяти, отведенную под данные и маскируется под данные, а затем пытается из нее запуститься. Технология DEP такое выполнение вредоносного кода блокирует. Реализуется технология как программно, так и аппаратно. В последнем случае процессор помечает отдельные страницы памяти как не содержащие исполняемого кода измененным старшим битом в адресной таблице PTE (Page Table Entry) виртуальной памяти, а затем перехватывает и предотвращает запуск исполняемого кода с этих страниц.
32-разрядные приложения
Благодаря диспетчеру памяти процессора, осуществляющему ее распределение в режиме PAE независимо от работы приложений, и поддержке такого режима работы операционной системой, 32-разрядные приложения отделены от физической памяти и не имеют сведений о ее реальном размере. Каждому приложению, так как для них сохраняется 32-битное адресное пространство, по-прежнему доступны только 4 ГБ виртуальной памяти. В Windows под нужды самого приложения из этих 4 ГБ отдается ровно половина, в Linuх - 3 ГБ. В Windows существует возможность принудительно отдать приложению 3 ГБ, но, в большинстве случаев, это является нецелесообразным.
Необходимо иметь в виду, что включение режима PAE отнюдь не эквивалентно переходу на 64-битную систему, в которой каждому приложению выделяется несравнимо больший объем памяти. Если за счет PAE попытаться непосредственно удовлетворить непомерный аппетит некого современного приложения, например, пакета инженерного или графического моделирования, то ничего хорошего не получится. А вот если требуется одновременно запустить несколько требовательных к памяти (но не супертребовательных) приложений, то польза от PAE будет прямая. В первую очередь это касается серверов.
Например, требуется одновременная работа двух виртуальных машин, каждой из которых отведено по 2 ГБ памяти. Что будет без PAE понятно - вторая виртуальная машина, скорее всего, просто не запустится, ну или в системе начнется такой интенсивный обмен со swap-файлом, что процесс перейдет в категорию «пошаговая стратегия». С включенным PAE, при условии достаточного объема физического ОЗУ хостовой машины, обе виртуальные машины смогут благополучно работать.
К недостаткам PAE обычно относят возможное снижение производительности системы из-за уменьшения скорости доступа к памяти, связанной с дополнительными операциями на переключение отображаемых страниц памяти, и плохую работу некоторых драйверов устройств в 36-битном адресном пространстве.
Максимально поддерживаемые различными версиями Windows объемы физической памяти
Посмотрим сколько оперативной памяти поддерживают другие версии Windows, выпущенных после ХР.
В версиях Windows Vista х86 по сравнению с ХР практически ничего не изменилось.
Как видим, опять никаких изменений – абсолютный предел для x86 остался на уровне 4 ГБ. 1 ГБ в Windows Vista Starter и 2 ГБ в Windows 7 Starter только подкрепляют вывод об искусственном характере этих ограничений.
То же для Windows 8
Как видно из представленной таблицы, в плане лимитов памяти в Windows 8 тоже ничего не изменилось. Жаль, могли бы уже, наверное, ограничение снять или, по крайней мере, отодвинуть.
И тут самое время рассмотреть причины, по которым Microsoft ограничивает верхний предел доступной физической памяти в клиентских версиях Windows x86.
Одна из главных причин - Проблемы с безопасностью Windows XP.
Windows XP была выпущена осенью 2001 года и за очень короткий срок завоевала огромную популярность среди пользователей во всем мире. А, как известно, где большая популярность, там и большие проблемы. Моментально для нее было создано огромное количество вредоносного кода в виде разнообразных и многочисленных вирусов. При этом оказалось, что новая операционная система имеет ряд уязвимостей и весьма низкую стойкость ко взлому. Своего полноценного клиентского антивирусного пакета в то время у Microsoft не было. Ситуацию в значительной мере исправляли программные продукты сторонних разработчиков, однако, этого было явно недостаточно и, в целом, положение оставалось весьма напряженным.
Для того чтобы как-то повысить безопасность Windows XP, в 2004 году был выпущен второй пакет обновлений - SP2. И тут возникли проблемы. Одной из главных особенностей этого пакета, с точки зрения безопасности, было включение технологии DEP (Data Execution Prevention - предотвращение выполнения данных). Эта технология, повсеместно используемая и сегодня, позволяет отражать целый класс вредоносных атак благодаря запрету запуска исполняемого кода с непредусмотренных для этого страниц памяти. Но для работы DEP должна быть включена поддержка PAE (Physical Address Extension - расширение физических адресов). Включение режима PAE меняет механизм обращения к страницам оперативной памяти и делает возможным работу с физической памятью размером более 4 ГБ. Однако при подготовке и тестировании Windows XP со вторым пакетом обновлений обнаружились большие проблемы, приводившие к фатальным ошибкам и аварийным отказам в работе операционной системы. Очень быстро причины неприятностей были найдены. Ими оказались драйверы устройств, написанные без учета возможности их работы в режиме PAE.
Небольшое отступление.
В режиме PAE любая страница памяти 32-разрядного виртуального адресного пространства приложений на самом деле может быть расположена в любом месте доступной физической памяти. Обычные приложения это обстоятельство никак не затрагивает, им все равно. А вот для драйверов устройств все значительно хуже – им то надо работать с конкретными физическими адресами, а не с виртуальными. Условно ситуацию можно представить так:
Драйвер пытается считать или записать некую информацию по адресам, которые отведены для работы с устройством. Если драйвер “глупый”, не понимает в каком окружении он работает и не может “договориться” с операционной системой, то, как показано на рисунке, вместо портов ввода/вывода своего устройства он начнет общаться с некими ячейками физической памяти. Результат такого “общения” для работы системы непредсказуем, вплоть до полного "зависания" и перезагрузки.
Для того чтобы решить эту проблему и не блокировать установку SP2 пользователями из-за возможных проблем, Microsoft приняла командирское решение - PAE включить, но тривиально ограничить верхнюю границу доступной оперативной памяти клиентских версий своей операционной системы на уровне 4 ГБ. Адреса при этом транслируются один в один как в “классической” 32-разрядной системе и “глупые” недоделанные драйверы устройств успешно работают.
Ну что же, дешево и сердито. Дешево потому, что производителям оборудования не нужно было спешно заказывать разработку “правильных” драйверов. Сердито потому, что отложенные таким образом до поры до времени проблемы с использованием физической памяти компьютера, были переложены на конечного пользователя.
Много уже гигабайт утекло с момента выхода SP2 для XP, а Windows по-прежнему не видит оперативную память больше 4 ГБ и, как мы видели по таблице “Physical Memory Limits: Windows 8”, изменений в этом плане не предвидится.
И это не совсем понятно: для Windows Vista все равно пришлось писать новые драйвера, значит была возможность переписать их корректно для работы с PAE, но ограничение в 4 ГБ так и осталось.
Сегодня уже очень трудно представить себе 32-разрядные драйверы, которые не умеют работать с памятью более 4 ГБ. Возможно причина в том, что Microsoft таким образом хочет подтолкнуть пользователей к переходу на x64?
А как же серверные версии Windows?
Можно предположить, что для них драйверы устройств сразу разрабатывались с учетом работы в режиме PAE, то есть были “умными” и тщательно тестировались. Этому способствовало и то обстоятельство, что в серверных конфигурациях оборудования не было такого “зверинца” встроенных устройств.
До недавнего времени, например, до появления технологии виртуализации рабочих мест, которая, в том числе, предполагает возможность обработки графики самим сервером, последнему совершенно не нужна была серьезная видеокарта, так как вполне хватало видео, встроенного в материнскую плату. Кроме того, 32-разрядные серверные версии Windows закончили свою историю на Windows Server 2008.
Во второй части секреты распределения памяти в 32-х разрядной Windows и как бороться с ограничением.
