[討論] 記憶體的 4GB 迷思?

最近電腦記憶體跌到谷底, 4GB RAM 相關的問題又開始浮出來了....
小弟我就以我個人的一些經驗和認知跟各位聊一下關於這個主題 ....

首先要先從電腦的架構開始談起

這邊要特別提的是, 這篇文章的範圍是定義在 x86 個人電腦系統內
感謝網友們提醒, 而黑色字體是我本來寫的, 紅色是有錯誤所以修改的或是特別說明的, 藍色是網友們指正我再額外加上去修改的部份, 大致上是這樣定義的


--------------------------------------------------------------------------------------

1. 32-bits 系統 VS 64-bits 系統

為什麼我們的電腦系統要分 32-bits 系統和 64-bits 系統呢?
老實說我不清楚為什麼是這兩個數字.
不過我知道的是電腦是透過 0 和 1 這兩種訊號來分辨
你不能奢望說電腦能夠分辨很複雜的資訊, 所以只好讓他用最簡單的方式去判斷
也就是, "有訊號"跟"沒訊號" 這兩種

而電腦系統要怎麼判斷電腦內部所有的資源的所傳送出來的訊號是誰發出來的呢?
只好幫每個裝置弄個地址. 所以呢, 電腦內的 PCI 裝置, 顯示卡 等等 ....只要它會跟 CPU 交換資料的

我們就幫給他一個地址.

而因為電腦只認得 0 和 1, 所以這個地址只好是使用 2 進位.

基於我不記得或不知道的原因, 這個數字被訂成

2 的 32 次方 = 4,294,967,296 Bytes = 4,194,304 Kilo bytes = 4,096 Mega bytes = 4 Giga Bytes

大誤!!!!這邊在寫什麼鬼, 算錯了喔
應該是

2^32 = 4,294,967,296 = 4,194,304 Kilo ??? = 4,096 Mega ??? = 4 Giga ???
其實這邊單位是有點問題的, 照這樣算起來應該還要除以 8 單位才會變成 bytes ( 1 byte = 8 bits )
那變成這樣那怎麼定址到 4 Giga bytes 呢? 那是因為這些定址線定址的單位是 bytes
所以是不需要再除以 8 來計算的
感謝網友指正!!

( 1Giga bytes = 1024 Mega bytes = 1024*1024 Kilo bytes = 1024*1024*1024 Bytes )

時光飛逝, 32-bits 系統漸漸不夠用了, 所以就又出現了 64-bits 系統, 也就是

2 的 64 次方 = 64 Giga bytes
這個部份也錯得很離譜-__- 其實應該是個天文數字

所以這個時候, 我們知道說, 這些數字是拿來當 地址 使用的.

那這些數字要怎麼用來當作地址用呢?

上面這段話也有點問題, 其實定址能力和 CPU 的暫存器長度是沒有一定的關係的
定址線的數量和暫存器的長度是可以不相同的
所以說其實電腦系統是可以擁有超過 4G 的定址能力但是 CPU 還是 32 bits 的喔

而 64 bits 的系統的定址線也不一定有真的作到 64 條喔, 一切都要看硬體設計!!

這裡提到的 CPU 暫存器長度 是指資料線, 而定址能力是指位址線, 這是不同的硬體線路
感謝網友指正!!


--------------------------------------------------------------------------------------

2. 定址

其實這些數字的使用方法很簡單, 比我們現實生活中的用法簡單多了, 一般現實生活中的地址也許像這樣

台北市內湖區XX路XX巷XX號XX樓

當你看到這樣的一串文字後, 如果你對那個地區有點概念, 你就會開始在腦海中開始從

台北市 然後聯想到 內湖區 那一塊, 接著就是 巷號樓 .....

不過電腦呢, 不用這麼麻煩, 他只是很簡單的把一整個區域的數字分配給某一個裝置而已.

例如各位可以在 裝置管理員 中, 隨意找一個裝置, 例如顯示卡好了.

在該裝置按一下右鍵選內容後, 在最後一個頁籤寫著 資源, 裡面就可以看到這個裝置使用的記憶體範圍

例如 FD000000- FDFFFFFF 之類的範圍, 這就是 BIOS 和裝置溝通後分配給這個裝置的 地址 了.

這是個 16 進位的表示式, 不要把他想的太複雜, 它其實就是在 4 Giga bytes 內的一個範圍就是了

一台電腦內的每個裝置都會分到這樣的一段範圍, 讓 CPU 知道說它在存取的是哪個裝置, 這樣才不會找不到它要得東西

--------------------------------------------------------------------------------------

3. 早期電腦的定址概觀

基本上, 我們都把這些裝置會使用到的記憶體集中在 3G - 4G 這一段位置中.
理由很簡單, 早期電腦的記憶體很貴, 在當時 32-bits 的機器上面根本不可能擁有這麼大記憶體
想當年我買過一條 8 Mega bytes 的記憶體花了我爸 3000 多大洋 ......
也就是說如果將這些裝置會用到的記憶體設定在 3G - 4G 這個範圍, 就不可能跟真實的記憶體互相搶地址使用
因為你插了多大的記憶體在電腦內, 這些記憶體的空間也需要地址才能被使用的

所以在早期, 你的電腦的地址的分配情況應該是

0 - 電腦主機上所插的記憶體大小 ==> 分配相對應大小的地址給記憶體定址使用
3G - 4G ==> 給電腦主機上面所安裝的裝置定址, 所需大小不定, 不過大部分的裝置使用的大小都不多, 不太可能整體有機會超過 1G

--------------------------------------------------------------------------------------

4. 現今?

然而, 目前記憶體便宜到一個令人髮指的地步.
所以越來越多的人直接在新電腦上安裝 2G * 2 這樣的記憶體組合
這造成了什麼樣的問題呢??

在上面提到的, 最顯而易見會出現的問題就是, 電腦主機上面的裝置所應該要佔用的記憶體空間
也就是 3G - 4G 這個部份會跟實際記憶體應該佔用的空間重疊到了

這怎麼行？總要有人讓一讓吧, 而這些系統上的裝置當然是一個地址都不可能讓出來
不然你的電腦系統應該也不能正常運作了吧
例如顯示卡的地址如果讓出來, 那顯示卡就不能用啦, 因為 CPU 不知道它在哪
而記憶體已經用掉了 3G 這麼多的"地址"了, 剩下的當然就....只好忘掉它了....
這個部份的分配和在沒有硬體(CPU和晶片組)的支援下, BIOS 會主導其分配
記憶體的地址一定是會被犧牲掉的, 不過這個在後來硬體做了特殊的設計後有了改變.

至於, 為什麼一定要空出 1G(3G-4G) 這麼大的空間給裝置用了, 因為...現在的裝置的確要用掉這麼多...
就這麼簡單, 可以自己去裝置管理員把每個裝置用掉的記憶體加起來你就會知道少說也要用掉 700MB - 800MB 甚至更多

--------------------------------------------------------------------------------------

5. 硬體支援？

在之前有提到, 新的硬體支援下, 可以完整支援到 4G 的記憶體了. 這是怎麼做到的呢？
這裡還有一個前提, 就是 BIOS 也要有支援, 不過這邊就帶過了
硬體為了因應這個定址空間不夠的問題, 它做了一件事情
既然系統的裝置一定要用 3G-4G, 那麼只好把記憶體要用的地址往上搬了
也就是將原本記憶體應該使用的 3G-4G 空間, 挪到 4G-5G 的位置
也就是增加地址的上限, 讓它還是可以順利給這些本來沒地址的記憶體空間也給了地址用了
這個部份涉及很多硬體上面的技術我也不是很了解了, 不過我們都把這叫做 re-mapping

--------------------------------------------------------------------------------------

6. 作業系統支援？

既然硬體的部份解決了, 那麼 OS 怎麼辦?

OS 也有分 32-bits 和 64-bits

64-bits OS 就不用說了, 他的產品定位讓它能支援的定址能力絕對是大幅超過 32-bits OS
那麼小小的 4G 當然沒什麼問題

但是 32-bits 就會有問題了, 因為作業系統能夠使用到的記憶體空間上限就是 4G
所以就算你的硬體可以把 3G 以上的記憶體挪到 4G 以上去使用, 但是作業系統沒辦法用到 4G 以上阿
這也就是為什麼就算比較新的 32-bits 作業系統可以知道有 4 Giga bytes的記憶體在系統上
實際上卻還是只能用到 3G 的原因

在這邊網友們說, 其實這樣的觀點是有問題的, 正常支援完整的 OS 是不會有這樣的問題的, 一切都是微軟的陰謀!!!

實際上應該是在硬體的位址線為基準下, OS 應該也要可以定址到相對應的大小才對
而 32-bits 和 64 bits 只是資料線的長度而已, 也就是 CPU 能處理的資料長度


--------------------------------------------------------------------------------------
7. Intel Santarosa or above chipset

在筆記型電腦這一塊, 分水嶺應該是出現在 Intel 的 Santarosa(965) 晶片組問世之後
在這個晶片組之前的 Napa(945) 晶片組是不支援 re-mapping 的
也就是說在 Napa 以前的筆記型電腦是"不可能" 看到並使用超過 3G 的記憶體
就算安裝 64-bits OS 都一樣

但是 Santarosa(965) 以後配合 64-bits OS 就都可以了.

在這一塊一直沒有網友提出來解釋, 我只是照實際上現在的 NB 配合 windows 電腦來解釋
不知道有沒有錯誤, 還煩請各位清楚的人幫忙解釋解釋啦

--------------------------------------------------------------------------------------

最後, 如果大家有閒看完了這麼一堆東西後, 應該會有一些基本的了解 4G 記憶體的問題了
我並沒有在技術名詞上面做太多的考證, 還請各位高手海涵

最後補充一下, 在國外的論壇上有人做過測試

2003 Server 的 32-bits OS 可以順利使用 4 Giga bytes 的記憶體, 其餘則不行
可能是微軟有對 Server 等級的 OS 做了什麼手腳吧
實際上 2003 Server 這個 OS 有可能不完全是 32 bits OS 也說不定


上面這段話就說明了其實 微軟的 32 bits 的 OS 也可以正常使用 4G 的記憶體
只是它可能基於產品定位的問題特意閹割掉而已


這篇文章其實寫的非常的不嚴謹, 有興趣的人還是要繼續往後面看, 這樣才能看到各位網友對這篇文章的指教與修正喔