Распределение памяти в MS-DOS
Для того, чтобы как-то задействовать память, расположенную выше границы 1024 Кбайт (эту память называют расширенной), в старых версиях MS-DOS использовались драйверы электронного диска ramdrive.sys и кеш дисковой памяти smartdrv.sys. Драйвер электронного диска предназначен для организации быстродействующего квазидиска. Этот диск ведет себя так же, как и обычный, но за счет того, что данные пересылаются в оперативную память, такой диск работает очень быстро.
Начиная с версии 5.0 операционная система MS-DOS может использовать расширенную память и для решения других задач.
В частности, в расширенной памяти (вернее, в ее небольшой начальной части размером около 64 Кбайт, называющейся верхней памятью) могут располагаться модули, буферы и рабочие области самой операционной системы. Если в компьютере используется процессор i386 или i486, можно поместить в расширенную память резидентные программы и драйверы.
Если расположить в расширенной памяти MS-DOS резидентные программы и драйверы, для программ останется порядка 600 - 620 Кбайт памяти. Это на 100 - 140 Кбайт больше, чем при использовании старых версий MS-DOS.
А если ваша программа имеет размер 2 Мбайт и к тому же ей требуется обрабатывать массивы данных размером в 1 Мбайт?
Для решения таких задач в среде MS-DOS можно использовать дополнительную память. Эта память располагается на отдельной плате, которая вставляется в слот расширения материнской платы компьютера. Дополнительная память может быть установлена даже в компьютерах, выполненных на базе процессоров 8086 или 8088, которые не могут адресовать память за границей одного Мбайта. Как это может быть?
Здесь все дело в том, что дополнительная память (которая может по размеру достигать 16 или даже 32 Мбайт) отображается с помощью специальных схем в область памяти, лежащую ниже границы 1024 Кбайт, то есть в стандартную память. Для работы с расширенной памятью выделяются 4 окна в области адресов выше границы 640 Кбайт, но ниже 1024 Кбайт. Причем общий размер этих окон составляет 64 Кбайт.
Программы обращаются по адресам, соответствующим одному из четырех окон. Эти адреса находятся в пределах первых 1024 Кбайт. Но специальное аппаратное устройство отображает в эти окна часть дополнительной памяти, поэтому фактически программа будет работать с дополнительной памятью.
При необходимости окна могут двигаться по дополнительной памяти, позволяя программам адресовать весь объем дополнительной памяти.
Запомните: расширенная память и дополнительная память - разные вещи!
Еще одно замечание, касающееся использования программами дополнительной памяти: для получения доступа к дополнительной памяти программы должны непосредственно вызывать драйвер дополнительной памяти. То есть для того чтобы использовать дополнительную память, программы должны быть составлены специальным образом.
Для иллюстрации сказанного выше на рис. 6.15 изображена упрощенная карта распределения оперативной памяти .
Рис. 6.15. Упрощенная схема распределения оперативной памяти
Область от 0 до 640 Кбайт - это так называемая стандартная память. В области стандартной памяти располагаются векторы прерываний, часть ядра операционной системы, резидентные программы, драйверы. В эту же область загружаются запущенные на выполнение программы. В результате оптимизации нам было бы желательно максимально расширить пространство, доступное программам, переместив ядро операционной системы, драйверы и резидентные программы в расширенную память.
Область от 640 до 1024 Кбайт зарезервирована фирмой IBM для аппаратного обеспечения. В ней находятся:
Память с адресами от 640 до 1024 Кбайт - это зарезервированная память, она играет ключевую роль в механизме расположения драйверов и резидентных программ в расширенной памяти. Эта память также используется драйверами дополнительной памяти.
Как правило, зарезервированная память задействована не полностью, в ней есть свободные области. Эти свободные области и используются при работе с расширенной или дополнительной памятью.
Драйвер emm386.exe , входящий в MS-DOS, отображает свободные области на расширенную память, пользуясь виртуальным режимом работы процессоров i386, i486 или Pentium (режим виртуального процессора 8086). К сожалению, в этой книге нет места для детального описания виртуального режима работы. Для нас важно, что процессор, находясь в виртуальном режиме при использовании драйвера emm386.exe адресуется к свободным областям зарезервированной памяти. При этом процессор использует механизм адресации, соответствующий реальному режиму работы. Однако на эти свободные области зарезервированной памяти отображаются участки расширенной памяти, находящиеся выше границы 1024 Кбайт.
Если поместить в свободные участки зарезервированной памяти, отображаемые на расширенную память, драйверы или резидентные программы, физически они окажутся в расширенной памяти. Но сами они об этом не будут знать ничего, продолжая работать так, как будто они находятся в стандартной памяти ниже границы 1024 Кбайт.
Драйверы дополнительной памяти также используют свободные участки зарезервированной памяти. Они располагают там окно размером 64 Кбайт, обычно отображаемое с помощью специальной аппаратуры на дополнительную память, установленную на отдельной плате. Как мы уже говорили, дополнительная память не входит в адресное пространство процессора и не может адресоваться им непосредственно ни в реальном, ни в защищенном режиме. Она отображается в окно, расположенное в зарезервированной памяти и программы адресуются к ней только через это окно.
Разумеется, программы могут передвигать окно, адресуя через него по частям всю дополнительную память.
Область от 1024 Кбайт и выше - это расширенная память. Ее начальный участок от 1024 до 1088 Кбайт - область старшей памяти (High Memory Area - HMA ). Именно в эту область MS-DOS может помещать значительную часть своего ядра и области данных. Интересной особенностью области HMA является то, что она доступна для процессора, работающего в реальном режиме, то есть как раз в том режиме, который использует MS-DOS.
Как такое может быть? Для того, чтобы это понять, необходимо вспомнить механизм сегментной адресации памяти, используемый процессорами серии Intel. Физический адрес получается из двух компонент - сегментного адреса и смещения. Каждая компонента - двухбайтовая. Для вычисления адреса в реальном режиме работы процессора к сегментной компоненте, сдвинутой влево на четыре бита, прибавляется компонента смещения.
Например, пусть у нас имеется логический адрес 1234h:0005h. Сегментный адрес равен 1234h, а смещение - 0005h. Сдвигаем сегментный адрес влево на четыре бита, получаем 12340h. Затем прибавляем смещение 0005h и получаем физический адрес 12345h.
Задавая какое-нибудь значение сегментного адреса и меняя смещение, мы можем адресоваться к любому сегменту памяти размером 64 Кбайт в пределах первого Мбайт адресного пространства.
А что получится, если задать сегментный адрес FFFFh, то есть самое большое значение для сегментного адреса?
Очевидно, что конец области оперативной памяти, простирающейся от 0 до 1024 Кбайт, имеет адрес FFFFh:000Fh, так как этому логическому адресу соответствует физический адрес FFFFFh. Адрес FFFFFh - это самый большой адрес, который может быть задан при использовании 20-разрядной адресации. А реальный режим работы процессора использует именно 20-разрядную адресацию.
Зададим себе вопрос: что произойдет, если, например, при записи в память будет указан логический адрес FFFFh:0010h?
Если в вашем компьютере установлен процессор 8086 или 8088, то произойдет запись в самую первую ячейку оперативной памяти, имеющую физический адрес 00000h, так как перенос из девятнадцатого разряда в двадцатый будет игнорирован (адресные разряды в процессоре 8086 или 8088 нумеруются от 0 до 19).
Процессоры 80286, i386, i486 и Pentium имеют большее количество адресных линий, поэтому перенос в двадцатый разряд не будет потерян. Произойдет адресация памяти за пределами первого Мбайта!
За счет двадцатого разряда адресной шины процессор в реальном режиме получает доступ к памяти в диапазоне адресов от FFFFh:0010h до FFFFh:FFFFh. Это почти 64 Кбайт (без шестнадцати байт). Именно эти 64 Кбайт MS-DOS может использовать для размещения своего ядра и областей данных. Все что вам нужно для того чтобы использовать таким образом область старшей памяти HMA - это две строки в файле config.sys :
DEVICE=C:\DOS\HIMEM.SYS DOS=HIGH
