徹底理解記憶體概念(zz)

儘管記憶體這個詞常常掛在我們的嘴上，但是，有多少人真正瞭解記憶體、理解記憶體概念呢？
　　對剛剛步入電腦世界的初學者來說，基本記憶體、上位記憶體、高端記憶體、擴充記憶體、擴充記憶體、保留記憶體等概念更是玄之又玄，難以徹底理解。所以我們特地介紹一下記憶體的基本概念。

基本知識
　　●記憶體
　　記憶體就是儲存程式以及資料的地方，比如當我們在使用WPS處理文稿時，當你在鍵盤上敲入字元時，它就被存入記憶體中，當你選擇存檔時，記憶體中的資料才會被存入硬（磁）盤。在進一步理解它之前，還應認識一下它的物理概念。
　　●唯讀記憶體（ROM）
　　ROM表示唯讀記憶體（Read Only Memory），在製造ROM的時候，資訊（資料或程式）就被存入並永久儲存。這些資訊只能讀出，一般不能寫入，即使機器掉電，這些資料也不會丟失。ROM一般用於存放電腦的基本程式和資料，如BIOS ROM。其物理外形一般是雙列直插式（DIP）的整合塊。
　　●隨機儲存空間（RAM）
　　隨機儲存空間（Random Access Memory）表示既可以從中讀取資料，也可以寫入資料。當機器電源關閉時，存於其中的資料就會丟失。我們通常購買或升級的記憶體條就是用作電腦的記憶體，記憶體條（SIMM）就是將RAM整合塊集中在一起的一小塊電路板，它插在電腦中的記憶體插槽上，以減少RAM整合塊佔用的空間。目前市場上常見的記憶體條有4M／條、8M／條、16M／條等。
　　●高速緩衝儲存空間（Cache）
　　Cache也是我們經常遇到的概念，它位於CPU與記憶體之間，是一個讀寫速度比記憶體更快的儲存空間。當CPU向記憶體中寫入或讀出資料時，這個資料也被儲存進高速緩衝儲存空間中。當CPU再次需要這些資料時，CPU就從高速緩衝儲存空間讀取資料，而不是訪問較慢的記憶體，當然，如需要的資料在Cache中沒有，CPU會再去讀取記憶體中的資料。
　　當你理解了上述概念後，也許你會問，記憶體就是記憶體，為什麼又會出現各種記憶體名詞，這到底又是怎麼回事呢？
　　在回答這個問題之前，我們再來看看下面這一段。

　　實體儲存體器和地址空間
　　實體儲存體器和儲存地址空間是兩個不同的概念。但是由於這兩者有十分密切的關係，而且兩者都用B、KB、MB、GB來度量其容量大小，因此容易產生認識上的混淆。初學者弄清這兩個不同的概念，有助於進一步認識記憶體儲器和用好記憶體儲器。
　　實體儲存體器是指實際存在的具體儲存空間晶片。如主板上裝插的記憶體條和裝載有系統的BIOS的ROM晶片，顯示卡上的顯示RAM晶片和裝載顯示BIOS的ROM晶片，以及各種適配卡上的RAM晶片和ROM晶片都是實體儲存體器。
　　儲存地址空間是指對儲存空間編碼（編碼地址）的範圍。所謂編碼就是對每一個實體儲存體單元（一個位元組）分配一個號碼，通常叫作“編址”。分配一個號碼給一個儲存單元的目的是為了便於找到它，完成資料的讀寫，這就是所謂的“定址”（所以，有人也把地址空間稱為定址空間）。
　　地址空間的大小和實體儲存體器的大小並不一定相等。舉個例子來說明這個問題：某層樓共有17個房間，其編號為801～817。這17個房間是物理的，而其地址空間採用了三位編碼，其範圍是800～899共100個地址，可見地址空間是大於實際房間數量的。
　　對於386以上檔次的微機，其地址匯流排為32位，因此地址空間可達232即4GB。但實際上我們所配置的實體儲存體器通常只有1MB、2MB、4MB、8MB、16MB、32MB等，遠小於地址空間所允許的範圍。從中我們可以看到地址空間與實體儲存體器之間的關係。

　　

　　好了，現在可以解釋為什麼會產生諸如：常規記憶體、保留記憶體、上位記憶體、高端記憶體、擴充記憶體和擴充記憶體等不同記憶體類型。

　　各種記憶體概念
　　這裡需要明確的是，我們討論的不同記憶體的概念是建立在定址空間上的。
　　IBM推出的第一台PC機採用的CPU是8088晶片，它只有20根地址線，也就是說，它的地址空間是1MB。
　　PC機的設計師將1MB中的低端640KB用作RAM，供DOS及應用程式使用，高端的384KB則保留給ROM、視頻適配卡等系統使用。從此，這個界限便被確定了下來並且沿用至今。低端的640KB就被稱為常規記憶體即PC機的基本RAM區，請看圖1。保留記憶體中的低128KB是顯示緩衝區，高64KB是系統BIOS（基本輸入／輸出系統）空間，其餘192KB空間留用。從對應的實體儲存體器來看，基本記憶體區只使用了512KB晶片，佔用0000至80000這512KB地址。顯示記憶體區雖有128KB空間，但對單色顯示器（MDA卡）只需4KB就足夠了，因此只安裝4KB的實體儲存體器晶片，佔用了B0000至B10000這4KB的空間，如果使用彩色顯示器（CGA卡）需要安裝16KB的實體儲存體器，佔用B8000至BC000這16KB的空間，可見實際使用的位址範圍都小於允許使用的地址空間。
　　在當時（1980年末至1981年初）這麼“大”容量的記憶體對PC機使用者來說似乎已經足夠了，但是隨著程式的不斷增大，圖象和聲音的不斷豐富，以及能訪問更大記憶體空間的新型CPU相繼出現，最初的PC機和MS－DOS設計的局限性變得越來越明顯。
　　1.什麼是擴充記憶體？
　　EMS工作原理
　　到1984年，即286被普遍接受不久，人們越來越認識到640KB的限制已成為大型程式的障礙，這時，Intel和Lotus，這兩家硬、軟體的傑出代表，聯手制定了一個由硬體和軟體相結合的方案，此方法使所有PC機存取640KB以上RAM成為可能。而Microsoft剛推出Windows不久，對記憶體空間的要求也很高，因此它也及時加入了該行列。
　　在1985年初，Lotus、Intel和Microsoft三家共同定義了LIM－EMS，即擴充記憶體規範，通常稱EMS為擴充記憶體。當時，EMS需要一個安裝在I／O槽口的記憶體擴充卡和一個稱為EMS的擴充記憶體管理程式方可使用。但是I／O插槽的地址線只有24位（ISA匯流排），這對於386以上檔次的32位機是不能適應的。所以，現在已很少使用記憶體擴充卡。現在微機中的擴充記憶體通常是用軟體如DOS中的EMM386把擴充記憶體類比或擴充記憶體來使用。所以，擴充記憶體和擴充記憶體的區別並不在於其實體儲存體器的位置，而在於使用什麼方法來讀寫它。下面將作進一步介紹。
　　前面已經說過擴充儲存空間也可以由擴充儲存空間類比轉換而成。EMS的原理和XMS不同，它採用了頁幀方式。頁幀是在1MB空間中指定一塊64KB空間（通常在保留記憶體區內，但其實體儲存體器來自擴充儲存空間），分為4頁，每頁16KB。EMS儲存空間也按16KB分頁，每次可交換4頁內容，以此方式可訪問全部EMS儲存空間。圖2給出了EMS的工作原理。符合EMS的驅動程式很多，常用的有EMM386.EXE、QEMM、TurboEMS、386MAX等。DOS和Windows中都提供了EMM386.EXE。
　　2.什麼是擴充記憶體？
　　我們知道，286有24位地址線，它可定址16MB的地址空間，而386有32位地址線，它可定址高達4GB的地址空間，為了區別起見，我們把1MB以上的地址空間稱為擴充記憶體XMS（eXtend memory）。
　　在386以上檔次的微機中，有兩種儲存空間工作方式，一種稱為真實位址方式或實方式，另一種稱為保護方式。在實方式下，物理地址仍使用20位，所以最大定址空間為1MB，以便與8086相容。保護方式採用32位物理地址，定址範圍可達4GB。DOS系統在實方式下工作，它管理的記憶體空間仍為1MB，因此它不能直接使用擴充儲存空間。為此，Lotus、Intel、AST及Microsoft公司建立了MS－DOS下擴充記憶體的使用標準，即擴充記憶體規範XMS。我們常在Config.sys檔案中看到的Himem.sys就是管理擴充記憶體的驅動程式。
　　擴充記憶體管理規範的出現遲於擴充記憶體管理規範。
　　3.什麼是高端記憶體區？
　　在實方式下，記憶體單元的地址可記為：
　　　　　　　段地址：段內位移
　　通常用十六進位寫為XXXX：XXXX。實際的物理地址由段地址左移4位再和段內位移相加而成。若地址各位均為1時，即為FFFF：FFFF。其實際物理地址為：FFF0＋FFFF=10FFEF，約為1088KB（少16位元組），這已超過1MB範圍進入擴充記憶體了。這個進入擴充記憶體的地區約為64KB，是1MB以上空間的第一個64KB。我們把它稱為高端記憶體區HMA（High Memory Area）。HMA的實體儲存體器是由擴充儲存空間取得的。因此要使用HMA，必須要有物理的擴充儲存空間存在。此外HMA的建立和使用還需要XMS驅動程式HIMEM.SYS的支援，因此只有裝入了HIMEM.SYS之後才能使用HMA。
　　4.什麼是上位記憶體？
　　為瞭解釋上位記憶體的概念，我們還得回過頭看看保留記憶體區。保留記憶體區是指640KB～1024KB（共384KB）地區。這部分地區在PC誕生之初就明確是保留給系統使用的，使用者程式無法插足。但這部分空間並沒有充分使用，因此大家都想對剩餘的部分打主意，分一塊地址空間（注意：是地址空間，而不是實體儲存體器）來使用。於是就得到了又一塊記憶體地區UMB。
　　UMB（Upper Memory Blocks）稱為上位記憶體或上位記憶體塊。它是由擠占保留記憶體中剩餘未用的空間而產生的，它的實體儲存體器仍然取自物理的擴充儲存空間，它的管理驅動程式是EMS驅動程式。
　　5.什麼是SHADOW（影子）記憶體？
　　對於細心的讀者，可能還會發現一個問題：即是對於裝有1MB或1MB以上實體儲存體器的機器，其640KB～1024KB這部分實體儲存體器如何使用的問題。由於這部分地址空間已指派為系統使用，所以不能再重複使用。為了利用這部分實體儲存體器，在某些386系統中，提供了一個重定位功能，即把這部分實體儲存體器的地址重定位為1024KB～1408KB。這樣，這部分實體儲存體器就變成了擴充儲存空間，當然可以使用了。但這種重定位功能在當今高檔機器中不再使用，而把這部分實體儲存體器保留作為Shadow儲存空間。Shadow儲存空間可以佔據的地址空間與對應的ROM是相同的。Shadow由RAM組成，其速度大大高於ROM。當把ROM中的內容（各種BIOS程式）裝入相同地址的Shadow RAM中，就可以從RAM中訪問BIOS，而不必再訪問ROM。這樣將大大提高系統效能。因此在設定CMOS參數時，應將相應的Shadow區設為允許使用（Enabled）。

　　總 結
　　經過上面分析，記憶體儲器的劃分可歸納如下：
　　●基本記憶體　佔據0～640KB地址空間。
　　●保留記憶體　佔據640KB～1024KB地址空間。分配給顯示緩衝儲存空間、各適配卡上的ROM和系統ROM BIOS，剩餘空間可作上位記憶體UMB。UMB的實體儲存體器取自物理擴充儲存空間。此範圍的物理RAM可作為Shadow RAM使用。
　　●上位記憶體（UMB）　利用保留記憶體中未分配使用的地址空間建立，其實體儲存體器由物理擴充儲存空間取得。UMB由EMS管理，其大小可由EMS驅動程式設定。
　　●高端記憶體（HMA）　擴充記憶體中的第一個64KB地區（1024KB～1088KB）。由HIMEM.SYS建立和管理。
　　●XMS記憶體　符合XMS規範管理的擴充記憶體區。其驅動程式為HIMEM.SYS。
　　●EMS記憶體　符合EMS規範管理的擴充記憶體區。其驅動程式為EMM386.EXE等。