Установка ПО

Компьютеры все совершенствуются и совершенствуются, а память все дешевеет и дешевеет. Одиннадцать лет назад модуль памяти объемом четыре мегабайта стоил сто с небольшим долларов. С тех пор цены упали на три порядка - почти за те же деньги сейчас можно купить четыре гигабайтовых модуля.

Системные платы для домашних компьютеров, поддерживающие установку четырех и даже восьми гигабайт оперативной памяти, перестали быть экзотикой, а удешевление памяти сделало покупку и установку ОЗУ такого размера реальными. Еще раз уточню, что речь идет именно о домашних компьютерах и о массовых рабочих компьютерах, поскольку серверы достигли этого рубежа достаточно давно, да и для серьезных рабочих станций такой объем ОЗУ уже не в новинку.

А вот рядовые пользователи лишь недавно получили возможность приобрести по приемлемой цене компьютер с четырьмя гигабайтами ОЗУ или расширить до этого предела память в уже имеющемся компьютере. Поэтому количество вопросов «Почему Windows не видит все мои четыре гигабайта» в последнее время увеличивается даже не в арифметической, а в геометрической прогрессии.

Ответ на этот вопрос начнем с небольшого экскурса в теорию организации ЭВМ и в историю развития семейства этих машин, совместимого с IBM PC.

Оперативная память ЭВМ практически всегда работала на несколько порядков быстрее, чем устройства внешней памяти или ввода-вывода. Поэтому для разработчиков было вполне логичным разделить операции обращения к ОП и к другим устройствам. К памяти шло непосредственное обращение, а операции ввода-вывода и работа с внешними устройствами выполнялись через специальные регистры - порты. С другой стороны, такое разделение усложняло систему команд, и в ряде моделей для обращения к устройствам была выделена область адресов памяти, в которой и размещались регистры устройств. По второй модели, в частности, была спроектирована знаменитая PDP-11: ее шестьдесят четыре килобайта адресного пространства были разделены на две части - 56 для оперативной памяти и восемь для устройств. Установка модуля ОЗУ полного объема (64 КБ) приводила к тому, что одна восьмая его часть просто не могла быть использована.

Компания Intel с самого начала, с модели 4004 использовала первый подход: одно адресное пространство для ОЗУ и ПЗУ, а другое, отдельное пространство портов ввода-вывода - для остальных устройств. Такое решение, конечно, давало возможность полностью использовать все адресное пространство под память. Но оно имело и отрицательные стороны. Обращение к портам обычно занимает больше времени, к тому же оно не совместимо с технологией прямого доступа в память, заметно увеличивающей скорость обмена данными и разгружающей центральный процессор.

Поэтому разработчики компьютеров и периферийных устройств уже достаточно давно стали совмещать ввод-вывод через порты с прямым обращением в оперативную память устройства. Но чтобы обратиться к памяти устройства напрямую, эта память должна быть расположена в общем адресном пространстве.

Если взять классический ПК, выпущенный в 1981 году, то его адресное пространство было поделено на две части в соотношении пять к трем. Первая часть отводилась для ОЗУ, а вторая - для ПЗУ самого компьютера (программа самотестирования - POST и базовая система ввода-вывода - BIOS) и для ПЗУ и ОЗУ устройств. Уже самый первый видеоадаптер MDA имел свою оперативную память, находящуюся в общем адресном пространстве памяти.

Следует обратить внимание, что та часть адресного пространства, которая занята устройствами, не может быть одновременно использована для основной памяти компьютера. Ведь если на обращение к ячейке памяти будут откликаться два устройства, то возможны конфликты между ними и, как следствие, нарушение работы компьютера.

Когда в 1985 году компания Intel выпустила процессор 80386, то при разработке компьютеров на его основе были приняты два решения. Во-первых, распределение адресов в первом мегабайте было оставлено неизменным ради совместимости с предшествующими моделями компьютеров и разработанными для них программами. Во-вторых, для реализации преимуществ 32-разрядной архитектуры было предусмотрено, что устройствам, нуждающимся в использовании адресного пространства памяти, выделяется четвертый гигабайт.

Возможно, сейчас кому-то это решение и кажется опрометчивым, но тогда гигабайты памяти казались чем-то фантастическим. Да и вряд ли кто-то мог в то время предположить, что эта архитектура проживет еще как минимум двадцать лет.

Впрочем, как оказалось, на самом деле решение вовсе не было опрометчивым: для работы видеоускорителей жизненно важна возможность прямого доступа драйвера к видеопамяти. Ведь альтернативой является пословная запись данных в порт, и тогда можно забыть, к примеру, о современной графике в играх. Чтобы получить примерное представление, как бы это выглядело, можете сравнить поведение дисковой системы в режиме прямого доступа в память (UDMA) и в режиме программного ввода-вывода (включите режим PIO 1 в настройках контроллера дисков, только не забудьте потом вернуть исходные настройки).