• Autor
• Blog
• Top 16
• Biblioteka
• Top YT
• Odnośniki

Szukaj:

• Programowanie
• Retro
• Sprzęt
• Systemy operacyjne

Rodzaje pamięci w MS-DOS

Na po­cząt­ku 640 ki­lo­baj­tów mia­ło wy­star­czyć każ­de­mu. Tak przy­naj­mniej gło­si fa­ma: sam Bill Gates twier­dzi, że nig­dy nie wy­po­wie­dział tych słów. Niezależnie od te­go, układ Intel 8086, ze swo­ją me­ga­baj­to­wą prze­strze­nią adre­so­wą, w mo­men­cie pre­mie­ry nie na­kła­dał na pro­gra­mis­tów zbyt du­żych ogra­ni­czeń. Szesnaście seg­men­tów po 64 KiB każ­dy – do­kład­nie szes­naś­cie ra­zy wię­cej, niż ofe­ro­wa­ły mi­kro­pro­ce­so­ry 8-bi­to­we – po­zwa­la­ło zmieś­cić cał­kiem po­kaź­ny pro­gram wraz z wy­ma­ga­ny­mi da­ny­mi. Twórcom opro­gra­mo­wa­nia dla kom­pu­te­rów IBM PC po­zo­sta­wio­no co praw­da tyl­ko dzie­więć ta­kich blo­ków, ale i ta­ką ilość pa­mię­ci trud­no by­ło za­peł­nić w spo­sób po­ży­tecz­ny. Nic dziw­ne­go, że pierw­sze kom­pu­te­ry PC mia­ły 64 KiB pa­mię­ci, a na­wet póź­niej ty­po­wą po­jem­noś­cią by­ło tyl­ko 256 czy 512 KiB: więk­sza jej ilość zwięk­sza­ła koszt, nie da­jąc użyt­kow­ni­ko­wi wie­le w za­mian.

Kompute­ry IBM PC jed­nak w nie­sa­mo­wi­tym, nie­prze­wi­dzia­nym przez ni­ko­go tem­pie zdo­by­wa­ły po­pu­lar­ność i roz­przes­trze­nia­ły się po świe­cie. Coraz szer­sze rze­sze pro­gra­mis­tów two­rzy­ły co­raz bar­dziej skom­pli­ko­wa­ne pro­gra­my. Kolejne wer­sje sys­te­mu opera­cyj­ne­go MS-DOS zaj­mo­wa­ły ko­lej­ne ki­lo­baj­ty kur­czą­cej się prze­strze­ni adre­so­wej pro­ce­so­ra a pros­te, jed­no­seg­men­to­we pro­gra­my ty­pu COM zo­sta­ły za­stą­pio­ne skom­pli­ko­wa­ny­mi, wie­lo­seg­men­to­wy­mi EXE. Pojawił się me­cha­nizm na­kła­dek ma­ją­cy, kosz­tem wy­dłu­żo­ne­go ocze­ki­wa­nia na wy­wo­ła­nie funk­cji pro­gra­mu, po­zo­sta­wić użyt­kow­ni­ko­wi jak naj­więk­szy ob­szar pa­mię­ci na je­go do­ku­men­ty, bez ko­niecz­noś­ci re­zyg­na­cji z funkcjo­nal­noś­ci pro­gra­mu, pros­to­ty ob­słu­gi, ele­gan­cji inter­fej­su czy bo­ga­tej do­ku­men­ta­cji elek­tro­nicz­nej. Wreszcie, gdy po­ja­wi­ły się pro­gra­my re­zy­dent­ne, zaj­mu­ją­ce pa­mięć przez ca­ły czas pra­cy kom­pu­te­ra, a racz­ku­ją­ce śro­do­wis­ko Micro­soft Win­dows po­ka­za­ło użyt­kow­ni­kom, że moż­li­wa jest jed­no­czes­na pra­ca z wie­lo­ma pro­gra­ma­mi dzia­ła­ją­cy­mi we włas­nych ok­nach, oczy­wis­te sta­ło się, że archi­tek­tu­ra PC po­trze­bu­je wię­cej pa­mię­ci.

8086, 8088

Pamięć EMS

Proceso­ry 8086 i 8088, w któ­re by­ły wy­po­sa­żo­ne kom­pu­te­ry IBM PC i PC/XT, dys­po­no­wa­ły 20-bi­to­wą ma­gis­tra­lą adre­so­wą. Cała fi­zycz­na prze­strzeń adre­so­wa by­ła wy­ko­rzy­sta­na: 640 KiB na pa­mięć RAM, 320 KiB na do­dat­ko­we ob­sza­ry pa­mię­ci kart roz­sze­rza­ją­cych (w tym bu­for ram­ki) i 64 KiB na pa­mięć ROM. Karta roz­sze­rze­nia pa­mię­ci mog­ła­by wy­ko­rzys­tać okno o roz­mia­rze 64 lub 128 KiB; trud­no mó­wić o przy­dat­noś­ci ta­kie­go roz­sze­rze­nia, a ogra­ni­cze­nie do­stęp­nej prze­strze­ni adre­so­wej, szcze­gól­nie w przy­pad­ku ok­na 128 KiB, by­ło­by znacz­ne.

Któż jed­nak po­wie­dział, że ca­ła do­dat­ko­wa pa­mięć mu­si być bez przer­wy wi­docz­na i do­stęp­na dla pro­ce­so­ra? Już w świe­cie 8-bi­to­wych mi­kro­kom­pu­te­rów sto­so­wa­no prze­cież me­cha­niz­my dzie­le­nia pa­mię­ci na roz­łącz­ne ban­ki, z któ­rych tyl­ko kil­ka by­ło w da­nym mo­men­cie włą­czo­nych w prze­strzeń adre­so­wą mi­kro­pro­ce­so­ra. Wystarczała jed­na ope­rac­ja za­pi­su kon­fi­gu­rac­ji do por­tu, by pod adre­sa­mi uży­wa­ny­mi jesz­cze przed chwi­lą przez je­den z ban­ków po­ja­wiał się in­ny. Korzysta­nie z tak ban­ko­wa­nej pa­mię­ci nie by­ło wy­god­ne ze wzglę­du na ko­niecz­ny ma­ły roz­miar ban­ków (za­zwy­czaj 16 KiB), te­raz jed­nak bank mógł­by być znacz­nie więk­szy: do wy­ko­rzys­ta­nia był prze­cież ca­ły seg­ment 64 KiB w ob­sza­rze włas­nej pa­mię­ci kart roz­sze­rza­ją­cych!

Tak na­ro­dził się stan­dard EMS. Idea by­ła pros­ta: na do­dat­ko­wej kar­cie roz­sze­rza­ją­cej umiesz­cza­no oprócz pa­mię­ci rów­nież re­jestr kon­fi­gu­ra­cyj­ny i pros­ty de­ko­der adre­so­wy. Program przy­sto­so­wa­ny do pra­cy z ta­ką kar­tą mógł, za­pi­su­jąc od­po­wied­nie nu­me­ry ban­ków w re­jest­rach kon­fi­gu­ra­cyj­nych, spo­wo­do­wać po­ja­wie­nie się wska­za­nych ban­ków w od­po­wied­nim ob­sza­rze prze­strze­ni adre­so­wej (w tak zwa­nym oknie EMS). Rozmiar ban­ku wy­no­sił 16 KiB, co umoż­li­wia­ło jed­no­czes­ne ko­rzy­sta­nie z czte­rech do­wol­nych frag­men­tów pa­mię­ci EMS lub łą­cze­nie kil­ku przy­leg­łych ban­ków w więk­szy, ciąg­ły blok.

Ponie­waż ta­ki me­cha­nizm szyb­ko do­pro­wa­dził­by do uza­leż­nie­nia pro­gra­mów od kon­kret­nych mo­de­li kart, fir­my Lotus, Intel i Micro­soft wspól­nie opra­co­wa­ły i opu­bli­ko­wa­ły de­fi­ni­cję stan­dar­du oraz opra­co­wa­ły pro­gra­my ob­słu­gi dla sys­te­mu MS-DOS, po­śred­ni­czą­ce mię­dzy apli­kac­ją a kar­tą roz­sze­rza­ją­cą. Niezależni pro­du­cen­ci kart EMS nie mu­sie­li two­rzyć pro­duk­tów zgod­nych sprzę­to­wo: wy­star­czy­ło, aby udos­tęp­ni­li ob­słu­gu­ją­cy ich kar­ty pro­gram ob­słu­gi EMS, by opro­gra­mo­wa­nie mog­ło wy­ko­rzys­tać roz­sze­rze­nie pa­mię­ci. Standard na­zwa­no LIM EMS.

Pamięć EMS szyb­ko zo­sta­ła wy­ko­rzy­sta­na przez wszyst­kie po­waż­ne pro­gra­my i śro­do­wis­ka. Niezależnym apli­kac­jom (ta­kim jak Lotus 1-2-3) umoż­li­wia­ła zmiesz­cze­nie w pa­mię­ci wszyst­kich wy­ko­rzys­ty­wa­nych na­kła­dek, dzię­ki cze­mu użyt­kow­nik nie mu­siał cze­kać na za­ła­do­wa­nie z dys­kiet­ki po­trzeb­ne­go frag­men­tu ko­du za każ­dym wy­wo­ła­niem da­nej funk­cji. Graficz­ne śro­do­wis­ka opera­cyj­ne, ta­kie jak Micro­soft Win­dows 1.0, wy­ko­rzys­ty­wa­ły pa­mięć EMS do prze­cho­wy­wa­nia nie miesz­czą­cych się w pa­mię­ci pod­sta­wo­wej seg­men­tów, zna­czą­co zmniej­sza­jąc częs­to­tli­wość wy­mia­ny da­nych mię­dzy pa­mię­cią a dys­kiem twar­dym. I choć pa­mięć EMS by­ła po­wol­na (wol­niej­sza za­zwy­czaj, niż pa­mięć głów­na) a ko­rzy­sta­nie z niej by­ło utrud­nio­ne (choć nie­wie­le bar­dziej, niż ze skom­pli­ko­wa­ne­go, seg­men­to­we­go po­dzia­łu pa­mię­ci głów­nej), sta­no­wi­ła do­wód, że ko­lej­ne mo­de­le kom­pu­te­rów mu­szą za­kła­dać moż­li­wość roz­sze­rza­nia pa­mię­ci: 640 ki­lo­baj­tów prze­sta­ło tak na­praw­dę wy­star­czać prak­tycz­nie wszyst­kim.

80286

Pamięć Extended

Projekt­an­ci mi­kro­pro­ce­so­ra Intel 80286, 16-bi­to­we­go kon­ty­nua­to­ra linii za­po­cząt­ko­wa­nej przez 8086, na­uczy­li się na pa­mięć li­sty nie­do­sko­na­ło­ści swo­je­go po­przed­nie­go „dziec­ka” i, two­rząc no­wy układ, po­sta­no­wi­li je zlik­wi­do­wać. Wystarczy­ło roz­sze­rzyć ma­gi­stra­lę adre­so­wą o czte­ry bi­ty, by fi­zycz­na prze­strzeń adre­so­wa roz­sze­rzy­ła się z jed­ne­go do szes­na­stu me­ga­baj­tów. Biorąc pod uwa­gę, że kar­ty roz­sze­rzeń EMS rzad­ko za­wie­ra­ły wię­cej niż dwa me­ga­baj­ty pa­mię­ci, za­ło­żo­no czte­ro­krot­ny nad­miar — wy­da­wa­ło­by się, wy­star­cza­ją­cy.

Postanowio­no też roz­pra­wić się z naj­więk­szym prob­le­mem mi­kro­kom­pu­te­ra wy­po­sa­żo­ne­go w po­jem­ną pa­mięć: bra­kiem se­pa­ra­cji jed­no­cześ­nie dzia­ła­ją­cych pro­gra­mów. Mikropro­ce­sor 80286 ob­słu­gi­wał pa­mięć wir­tu­al­ną i po­zwa­lał pro­gra­mis­tom sys­te­mo­wym na ideal­ne roz­dzie­le­nie sys­te­mu opera­cyj­ne­go od apli­kac­ji i sa­mych apli­kac­ji od sie­bie na­wza­jem: żad­na z nich nie mog­ła ko­rzy­stać z blo­ków pa­mię­ci na­le­żą­cych do in­ne­go pro­gra­mu.

Niestety, dą­żąc do peł­nej zgod­no­ści z ukła­dem 8086 i za­kła­da­jąc krót­ki ży­wot pry­mi­tyw­ne­go sys­te­mu MS-DOS, roz­sze­rzo­na (ang. ex­ten­ded) pa­mięć do­stęp­na by­ła wy­łącz­nie w nad­zo­ro­wa­nym (chro­nio­nym, ang. pro­tec­ted) try­bie pra­cy mi­kro­pro­ce­so­ra, nie­zgod­nym z 8086. Tryb zgod­no­ści, naz­wa­ny rze­czy­wis­tym (ang. real), na­dal obar­czo­ny był me­ga­baj­to­wym li­mi­tem fi­zycz­nej prze­strze­ni adre­so­wej. W re­zul­ta­cie pro­gra­my MS-DOS nie mog­ły w ogó­le ko­rzy­stać z me­ga­baj­tów pa­mię­ci moż­li­wych do za­in­sta­lo­wa­nia na pły­cie głów­nej IBM PC/AT i znów ko­niecz­ne by­ło ra­to­wa­nie się kar­ta­mi roz­sze­rza­ją­cy­mi EMS.

Co gor­sza, wy­ko­rzys­ta­nie do­dat­ko­wej pa­mię­ci nie by­ło pros­te rów­nież w try­bie nad­zo­ro­wa­nym. BIOS kom­pu­te­ra PC/AT zo­stał roz­sze­rzo­ny je­dy­nie o moż­li­wość po­bie­ra­nia in­for­mac­ji o iloś­ci do­dat­ko­wej pa­mię­ci, bez ja­kie­go­kol­wiek spo­so­bu na za­alo­ko­wa­nie częś­ci z niej lub zwol­nie­nie uży­wa­ne­go blo­ku. Konstrukto­rzy za­ło­ży­li, że pa­mię­cią bę­dzie za­rzą­dzał przy­szły sys­tem opera­cyj­ny pra­cu­ją­cy w try­bie nad­zo­ro­wa­nym (na przy­kład OS/2) i ko­rzy­sta­nie z pro­gra­mu BIOS bę­dzie nie tyl­ko zbęd­ne, ale i nie­moż­li­we.

Pamięć Extended, jak za­czę­to ją na­zy­wać, nie mia­ła za­tem żad­ne­go prak­tycz­ne­go za­sto­so­wa­nia. Producenci sprzę­tu mu­sie­li do­pie­ro za­sta­no­wić się, ja­ki z niej zro­bić uży­tek.

Obszar HMA

Co sta­nie się, gdy do 20-bi­to­wej licz­by bi­nar­nej za­wie­ra­ją­cej sa­me je­dyn­ki do­da się jesz­cze je­den? Na sku­tek prze­peł­nie­nia licz­ba „za­wi­nie się” z po­wro­tem do ze­ra. Jeżeli tę sa­mą sztucz­kę zro­bi­my jed­nak z 21-bi­to­wą licz­bą za­wie­ra­ją­cą je­dyn­ki wszę­dzie po­za naj­bar­dziej zna­czą­cą po­zyc­ją, uzys­ka­my zu­peł­nie in­ny wy­nik: 20 mniej zna­czą­cych bi­tów wy­ze­ru­je się, a jed­na je­dyn­ka po­ja­wi się na po­zyc­ji o wa­dze 2²⁰.

Takie „prze­ocze­nie” po­ja­wi­ło się właś­nie w ukła­dzie 80286. W sytu­acji, w któ­rej pro­ce­sor 8086 wy­zna­czał adre­sy tra­fia­ją­ce w po­czą­tek pa­mię­ci fi­zycz­nej, 80286 mógł wy­ge­ne­ro­wać od­wo­ła­nie do pierw­sze­go me­ga­baj­ta pa­mię­ci roz­sze­rzo­nej na­wet w try­bie rze­czy­wis­tym pra­cy pro­ce­so­ra. Ponie­waż nie­któ­re pro­gra­my z róż­nych po­wo­dów wy­ko­rzys­ty­wa­ły sztucz­kę z „za­wi­nię­ciem do ze­ra”, pro­jek­tan­ci kom­pu­te­ra PC/AT nie mog­li zigno­ro­wać prob­le­mu i umieś­ci­li na pły­cie głów­nej ste­ro­wa­ną pro­gra­mo­wo bram­kę blo­ku­ją­cą na żą­da­nie li­nię adre­so­wą A20: blo­ka­da by­ła uaktyw­nia­na w cza­sie uru­cha­mia­nia kom­pu­te­ra, wy­łą­czać miał ją zaś do­pie­ro sys­tem opera­cyj­ny pra­cu­ją­cy w try­bie nad­zo­ro­wa­nym, przy­sto­so­wa­ny do ob­słu­gi ca­łej po­jem­noś­ci pa­mię­ci i nie po­zwa­la­ją­cy na ta­kie sztucz­ki z za­wi­ja­niem adre­sa­cji.

Okazało się jed­nak, że coś, co do­tych­czas roz­pat­ry­wa­no w ka­te­gorii do­kucz­li­wej nie­kom­pa­ty­bil­noś­ci, jest re­we­la­cyj­ną funk­cją: bez prze­cho­dze­nia w tryb nad­zo­ro­wa­ny uzys­ki­wa­ło się do­stęp do nie­ca­łe­go 64-ki­lo­baj­to­we­go seg­men­tu pa­mię­ci roz­sze­rzo­nej! Może się dzi­siaj wy­da­wać, że 64 KiB to nie­du­żo, jed­nak w za­tło­czo­nej ma­pie pa­mię­ci sys­te­mu MS-DOS zna­czy­ło to bar­dzo wie­le. Do do­dat­ko­wych 65 520 baj­tów pa­mię­ci, do­stęp­nych po za­ła­do­wa­niu re­jest­rów seg­men­to­we­go i in­dek­so­we­go war­toś­cia­mi FFFF:0010h, moż­na by­ło prze­nieść pro­gra­my ob­słu­gi urzą­dzeń, bu­fo­ry sys­te­mu opera­cyj­ne­go czy nie­wiel­kie pro­gra­my re­zy­dent­ne, do­tych­czas współ­dzie­lą­ce pa­mięć z pro­gra­ma­mi użyt­ko­wy­mi.

Nowo uzys­ka­ny ob­szar, naz­wa­ny HMA, miał spo­ro ogra­ni­czeń. Dostępny był w spo­sób sek­wen­cyj­ny, a więc raz przy­zna­ny pro­gra­mo­wi blok pa­mię­ci HMA nie mógł być już zwol­nio­ny aż do wy­łą­cze­nia kom­pu­te­ra. Progra­my z nie­go ko­rzy­sta­ją­ce nie mog­ły też czy­nić żad­nych za­ło­żeń co do re­jest­rów adre­so­wych. Jeśli jed­nak uda­ło się HMA pra­wid­ło­wo skon­fi­gu­ro­wać, zys­ki­wa­ło się kil­ka­naś­cie lub kil­ka­dzie­siąt ki­lo­baj­tów pa­mię­ci pod­sta­wo­wej bez utra­ty funkcjo­nal­noś­ci.

Pamięć EMS

Pamięć EMS ko­ja­rzo­na by­ła do­tych­czas wy­łącz­nie z od­ręb­ny­mi kar­ta­mi roz­sze­rzeń. Ponie­waż jed­nak stan­dard EMS za­do­mo­wił się wśród apli­kac­ji, a roz­sze­rzo­na pa­mięć kom­pu­te­rów AT by­ła częs­to bez­uży­tecz­na, nie­któ­rzy pro­du­cen­ci płyt głów­nych po­sta­no­wi­li po­łą­czyć jed­no z dru­gim i udos­tęp­nić pa­mięć roz­sze­rzo­ną ja­ko EMS.

Nie by­ło to spe­cjal­nie trud­ne. Wystarczy­ło umieś­cić mię­dzy pro­ce­so­rem a pa­mię­cią układ ban­ku­ją­cy, za­mie­nia­ją­cy od­wo­ła­nia do ob­sza­ru ok­na EMS (umiesz­czo­ne­go w pierw­szym me­ga­baj­cie prze­strze­ni adre­so­wej) na ope­rac­je od­czy­tu i za­pi­su do 16-ki­lo­baj­to­we­go blo­ku umiesz­czo­ne­go w pa­mię­ci roz­sze­rzo­nej. Jeszcze tyl­ko od­po­wied­ni pro­gram ob­słu­gi EMS dla sys­te­mu MS-DOS i go­to­we: pa­mięć roz­sze­rzo­na prze­sta­je być do­stęp­na w nor­mal­ny spo­sób, sta­jąc się pa­mię­cią EMS.

Na do­brą spra­wę im­ple­men­tac­ja pa­mię­ci EMS mog­ła­by być zreali­zo­wa­na na­wet w spo­sób cał­ko­wi­cie pro­gra­mo­wy. Wystarczy­ło, by pro­gram ob­słu­gi EMS re­zer­wo­wał ob­szar 64 KiB w pa­mię­ci pod­sta­wo­wej ja­ko okno EMS, a ope­rac­je zmia­ny ak­tyw­ne­go ban­ku re­ali­zo­wał prze­łą­cza­jąc pro­ce­sor w tryb nad­zo­ro­wa­ny, ko­piu­jąc 16 KiB da­nych mię­dzy oknem a pa­mię­cią roz­sze­rzo­ną, a na ko­niec wra­ca­jąc do try­bu rze­czy­wi­ste­go. Żałosna wy­daj­ność ta­kie­go roz­wią­za­nia, spo­wo­do­wa­na z jed­nej stro­ny ko­niecz­noś­cią ciąg­łe­go ko­pio­wa­nia da­nych, a z dru­giej bra­kiem sen­sow­nej i szyb­kiej me­to­dy wra­ca­nia z try­bu nad­zo­ro­wa­ne­go do rze­czy­wi­ste­go, czy­ni­ła je jed­nak ma­ło prak­tycz­nym. Taka reali­zac­ja EMS cza­sem też wię­cej by szko­dzi­ła niż po­ma­ga­ła: pod­czas gdy sprzę­to­we reali­za­cje stan­dar­du EMS wy­ko­rzys­ty­wa­ły pu­sty (nie ob­sa­dzo­ny pa­mię­cią fi­zycz­ną) ob­szar prze­strze­ni adre­so­wej pro­ce­so­ra, pro­gra­mo­we EMS za­bie­ra­ło­by pro­gra­mom 64 KiB pa­mię­ci pod­sta­wo­wej, by stwo­rzyć włas­ne okno słu­żą­ce do ko­pio­wa­nia ban­ków z pa­mię­ci roz­sze­rzo­nej.

Pamięć XMS

Pamięć EMS speł­nia­ła swo­je za­da­nie cał­kiem nie­źle. Mimo to, za­leż­ność od do­brej wo­li pro­du­cen­ta pły­ty głów­nej (któ­ry mu­siał za­im­ple­men­to­wać ob­wód ob­słu­gu­ją­cy prze­łą­cza­nie ban­ków EMS) i ma­ła ilość do­stęp­nej jed­no­cześ­nie pa­mię­ci do­dat­ko­wej (do 64 KiB) spo­wo­do­wa­ły, że za­czę­to szu­kać lep­sze­go roz­wią­za­nia.

Znaleziono je w for­mie spe­cy­fi­ka­cji XMS, opra­co­wa­nej przez fir­mę Micro­soft i za­im­ple­men­to­wa­nej w sys­te­mie MS-DOS za po­mo­cą pro­gra­mu re­zy­dent­ne­go HIMEM.SYS (ob­słu­gi­wał on zresz­tą rów­nież blo­ki pa­mię­ci HMA). Specyfi­ka­cja by­ła bar­dzo pros­ta: pro­gram mógł za­alo­ko­wać blok pa­mię­ci, zwol­nić go, sko­pio­wać z lub do pa­mię­ci pod­sta­wo­wej al­bo za­blo­ko­wać w pa­mię­ci roz­sze­rzo­nej, unie­moż­li­wia­jąc je­go prze­miesz­cza­nie w za­leż­noś­ci od po­trzeb. Chociaż ta­ka pros­to­ta umoż­li­wia­ła wy­ko­rzys­ta­nie pa­mię­ci roz­sze­rzo­nej XMS je­dy­nie do prze­cho­wy­wa­nia blo­ków da­nych oraz na­kła­dek pro­gra­mo­wych (pod­czas gdy z pa­mię­ci EMS moż­na by­ło bez­po­śred­nio uru­cha­miać kod tych na­kła­dek), a za­miast prze­łą­cze­nia ban­ków trze­ba by­ło zdać się na po­wol­ne ko­pio­wa­nie (chy­ba, że pro­gra­mis­ta zde­cy­do­wał się na chwi­lo­we przej­ście w tryb nad­zo­ro­wa­ny i bez­po­śred­nie prze­two­rze­nie da­nych), to jed­nak pa­mięć XMS mia­ła jed­ną nie­za­prze­czal­ną za­le­tę: by­ła do­stęp­na na pra­wie każ­dym kom­pu­te­rze z pro­ce­so­rem 80286.

Jako że mi­kro­kom­pu­te­ry z pro­ce­so­ra­mi 8086 i 8088 od­cho­dzi­ły po­wo­li do prze­szłoś­ci (a wraz z ni­mi kar­ty roz­sze­rzeń EMS), stan­dard XMS za­czął być sze­ro­ko wy­ko­rzys­ty­wa­ny. W grun­cie rze­czy sko­pio­wa­nie kil­ku­dzie­się­ciu ki­lo­baj­tów da­nych lub ko­du z jed­ne­go miej­sca pa­mię­ci w dru­gie by­ło i tak szyb­sze, niż po­bra­nie ich z dys­kiet­ki lub dys­ku twar­de­go. Rozwiąza­nie nie­co spraw­niej­sze (w po­sta­ci EMS) mu­sia­ło ulec no­wo­cześ­niej­sze­mu.

80386

Pamięć Extended i ob­szar HMA

Procesor Intel 80386 (i now­sze, zgod­ne z nim mo­de­le) nie wpro­wa­dzał wie­le no­we­go w za­kre­sie ob­słu­gi pa­mię­ci roz­sze­rzo­nej. Najważniej­szą zmia­ną by­ło roz­sze­rze­nie fi­zycz­nej prze­strze­ni adre­so­wej z 16 MiB do 4 GiB. Wreszcie zlik­wi­do­wa­no też po­dział pa­mię­ci na 64-ki­lo­baj­to­we seg­men­ty, wpro­wa­dza­jąc peł­ną do­wol­ność roz­mia­ru seg­men­tu aż do przy­pad­ku skraj­ne­go — jed­ne­go seg­men­tu obej­mu­ją­ce­go ca­łą pa­mięć. Obowiązko­wą do­tych­czas przy wy­ko­rzys­ta­niu pa­mię­ci wir­tu­al­nej seg­men­ta­cję uzu­peł­nio­no stro­ni­co­wa­niem pa­mię­ci.

Zachowa­no też szcze­gól­ną „właś­ci­wość” pro­ce­so­ra 80286, po­le­ga­ją­cą na moż­li­woś­ci uzys­ka­nia do­stę­pu do nie­ca­łe­go pierw­sze­go 64-ki­lo­baj­to­we­go seg­men­tu pa­mię­ci roz­sze­rzo­nej z po­zio­mu try­bu rze­czy­wi­ste­go. Dzięki te­mu blok HMA do­stęp­ny był na iden­tycz­nych za­sa­dach, zna­czą­co zwięk­sza­jąc swo­bo­dę pra­cy sys­te­mu MS-DOS.

Pamięć EMS

Mechaniz­my stro­ni­co­wa­nia i ma­szy­ny wir­tu­al­nej VM86 umoż­li­wi­ły zde­cy­do­wa­ną zmia­nę spo­so­bu ob­słu­gi stan­dar­du EMS. Najnowsze wer­sje pro­gra­mu ob­słu­gi EMM386.EXE, od­po­wie­dzial­ne­go za pro­gra­mo­wą emu­lac­ję pa­mię­ci EMS w sys­te­mie MS-DOS, w przy­pad­ku wy­kry­cia pro­ce­so­ra 80386 prze­łą­cza­ły go w tryb nad­zo­ro­wa­ny, uru­cha­mia­ły ma­szy­nę wir­tu­al­ną VM86 (umoż­li­wia­jąc w ten spo­sób nor­mal­ną pra­cę sys­te­mu MS-DOS i je­go apli­kac­ji) po czym włą­cza­ły wy­bra­ne ban­ki EMS w ob­szar ok­na ko­rzy­sta­jąc z me­cha­niz­mu stro­ni­co­wa­nia. Przełącze­nie ban­ku by­ło na­tych­mias­to­we, nie wy­ma­ga­ło ko­pio­wa­nia da­nych, a co naj­waż­niej­sze — dzia­ła­ło na każ­dym kom­pu­te­rze bez wzglę­du na to, czy pro­du­cent pły­ty głów­nej prze­wi­dział ob­słu­gę stan­dar­du EMS. Emulacja by­ła tak do­bra, że wszyst­kie sprzę­to­we im­ple­men­tac­je EMS, wy­stę­pu­ją­ce jesz­cze cza­sem w epo­ce kom­pu­te­rów PC/AT, za­nik­nę­ły cał­ko­wi­cie.

Jednym z waż­niej­szych uspraw­nień ob­słu­gi EMS w okre­sie schył­ko­wym by­ło dyna­micz­ne two­rze­nie ok­na EMS. Dotych­czas wy­star­czy­ło, by je­den pro­gram w cza­sie ses­ji wy­ma­gał do­stęp­noś­ci pa­mię­ci EMS, by ko­niecz­ne by­ło re­zer­wo­wa­nie blo­ku 64 KiB cen­nej pa­mię­ci pod­sta­wo­wej. Nowe wer­sje pro­gra­mu EMM386.EXE two­rzy­ły okno EMS do­pie­ro w mo­men­cie, gdy któ­ryś z pro­gra­mów re­zer­wo­wał pierw­szy blok pa­mię­ci EMS i nisz­czy­ły je (zwal­nia­jąc ob­szar pa­mię­ci), gdy ob­słu­ga EMS prze­sta­wa­ła być po­trzeb­na. W sytu­acji, gdy każ­dy ki­lo­bajt był na wa­gę zło­ta, by­ła to nie­zwyk­le istot­na opty­ma­li­zac­ja.

Co mo­że waż­niej­sze, pro­gram EMM386.EXE po­tra­fi też two­rzyć okno EMS nie w ob­sza­rze pa­mię­ci przy­na­leż­nym sys­te­mo­wi ope­ra­cyj­ne­mu, lecz w nie­wy­ko­rzys­ta­nych frag­men­tach ostat­nich 384 KiB pierw­sze­go me­ga­baj­ta prze­strze­ni adre­so­wej. Wyszukuje on 64 KiB ciąg­łe­go ob­sza­ru nie­uży­wa­ne­go przez żad­ną kar­tę roz­sze­rza­ją­cą i za po­mo­cą me­cha­niz­mu stro­ni­co­wa­nia umiesz­cza w nim ban­ki pa­mię­ci EMS. W ten spo­sób moż­na uzys­kać ob­słu­gę EMS pra­wie „za dar­mo”, w za­sa­dzie na iden­tycz­nych wa­run­kach, jak w przy­pad­ku roz­wią­za­nia sprzę­to­we­go.

Bloki UMB

Program EMM386.EXE po­tra­fi zmieś­cić w nie­wy­ko­rzys­ta­nych wy­cin­kach prze­strze­ni adre­so­wej nie tyl­ko okno EMS. Dzięki me­cha­niz­mo­wi stro­ni­co­wa­nia moż­na w nie­uży­wa­ne miej­sca pod­sta­wić stro­ny pa­mię­ci roz­sze­rzo­nej, uzys­ku­jąc do­dat­ko­we blo­ki pa­mię­ci do­stęp­ne w try­bie rze­czy­wis­tym.

Na pierw­szy rzut oka roz­wią­za­nie to przy­po­mi­na bar­dzo blok HMA. O ile jed­nak HMA ma sta­ły roz­miar rów­ny nie­speł­na 64 KiB, blo­ki UMB po­wsta­łe w ten spo­sób mo­gą w su­mie mieć po­jem­ność prze­kra­cza­ją­cą na­wet 128 KiB. Niestety, za­zwy­czaj ob­szar ten jest moc­no po­frag­men­to­wa­ny i skła­da się z kil­ku od­ręb­nych ob­sza­rów o roz­mia­rze od kil­ku­na­stu do kil­ku­dzie­się­ciu ki­lo­baj­tów. Jego wy­ko­rzys­ta­nie wy­ma­ga ze stro­ny sys­te­mu opera­cyj­ne­go spraw­ne­go wy­szu­ki­wa­nia naj­mniej­sze­go blo­ku speł­nia­ją­ce­go wy­ma­ga­nia ła­do­wa­ne­go do UMB pro­gra­mu, zaś ze stro­ny użyt­kow­ni­ka — spo­ro spry­tu oraz eks­pe­ry­men­tal­ne­go do­bra­nia ko­lej­noś­ci wpro­wa­dza­nia pro­gra­mów do blo­ków UMB.

Bloki UMB przy­wra­ca­ły ży­cie sys­te­mo­wi MS-DOS, z wer­sji na wer­sję zwięk­sza­ją­ce­mu swój roz­miar i z ro­ku na rok ob­ras­ta­ją­ce­go pro­gra­ma­mi ob­słu­gi ku­po­wa­nych przez użyt­kow­ni­ków pe­ry­fe­riów. Choć apli­kac­je co­raz częś­ciej się­ga­ły po tryb nad­zo­ro­wa­ny i bez­po­śred­nio ko­rzy­sta­ły z ca­łej do­stęp­nej pa­mię­ci kom­pu­te­ra, star­sze pro­gra­my do­sta­wa­ły no­wą szan­sę spraw­nej pra­cy. Pełne wy­ko­rzys­ta­nie blo­ków HMA i UMB po­zwa­la­ło wy­gos­po­da­ro­wać w pa­mię­ci pod­sta­wo­wej aż 620 KiB wol­nej prze­strze­ni na pro­gra­my: wię­cej, niż za cza­sów pierw­szej wer­sji MS-DOS.

Konfiguracja pa­mię­ci w sys­te­mie MS-DOS

Przy ty­lu róż­nych ro­dza­jach pa­mię­ci i zbio­rze pro­gra­mów, z któ­rych każ­dy ob­słu­gi­wał in­ny stan­dard roz­sze­rze­nia pa­mię­ci, użyt­kow­nik sys­te­mu MS-DOS mu­siał la­wi­ro­wać po­mię­dzy pro­gra­ma­mi ob­słu­gi oraz ob­sza­ra­mi pa­mię­ci, do­bie­ra­jąc kom­pro­mi­so­wą kon­fi­gu­rac­ję pa­mię­ci al­bo zmie­nia­jąc ją co chwi­lę w za­leż­noś­ci od po­trzeb. Dopiero ostat­nie wcie­le­nia sys­te­mu MS-DOS ogra­ni­czy­ły nie­co ten prob­lem, za­nim gwał­tow­na mi­grac­ja do sys­te­mów 32-bi­to­wych nie usu­nęła go raz na zaw­sze w cień.

Kompute­ry kla­sy PC/XT

Użytkow­nik kom­pu­te­ra zgod­ne­go z IBM PC/XT nie miał spe­cjal­ne­go wy­bo­ru, je­że­li cho­dzi o wy­ko­rzys­ta­nie pa­mię­ci roz­sze­rzo­nej. Jedynym moż­li­wym spo­so­bem roz­sze­rze­nia pa­mię­ci by­ła kar­ta pa­mię­ci EMS i zgod­ne ze stan­dar­dem EMS opro­gra­mo­wa­nie. Nie da­wa­ło to oczy­wiś­cie moż­li­woś­ci zwol­nie­nia więk­szej iloś­ci pa­mię­ci pod­sta­wo­wej, trze­ba by­ło za­tem re­zyg­no­wać ze zbęd­nych pro­gra­mów re­zy­dent­nych, ko­rzy­stać ze star­szych, lecz oszczęd­niej­szych wer­sji sys­te­mu MS-DOS i ob­cho­dzić się sma­kiem wi­dząc no­we, lecz wy­ma­ga­ją­ce mnóst­wa pa­mię­ci wer­sje apli­kac­ji.

Kompute­ry kla­sy PC/AT

Komputer kla­sy PC/AT da­wał znacz­nie więk­sze moż­li­woś­ci kształ­to­wa­nia śro­do­wis­ka pra­cy. Wystarczy­ło, by kom­pu­ter był wy­po­sa­żo­ny w 1 MiB pa­mię­ci opera­cyj­nej, by po­ja­wia­ło się 384 KiB pa­mię­ci roz­sze­rzo­nej. Niecałe 64 KiB z niej od ra­zu two­rzy­ło ob­szar HMA, wy­ko­rzys­ty­wa­ny przez now­sze wer­sje MS-DOS do bu­fo­ro­wa­nia da­nych oraz ła­do­wa­nia pro­gra­mów ob­słu­gi urzą­dzeń.

Szczęśliwi po­sia­da­cze nie­któ­rych płyt głów­nych AT, wy­po­sa­żo­nych w sprzę­to­wą ob­słu­gę stan­dar­du EMS, po za­ła­do­wa­niu jed­ne­go pro­gra­mu ob­słu­gi mog­li wy­ko­rzys­ty­wać ca­łą roz­sze­rzo­ną pa­mięć ja­ko EMS. Ponie­waż bi­blio­te­ka opro­gra­mo­wa­nia zgod­ne­go z EMS by­ła względ­nie sze­ro­ka, zwięk­sze­nie wy­daj­noś­ci i wy­go­dy pra­cy ogra­ni­cza­ło się w ta­kim przy­pad­ku do uzu­peł­nie­nia pod­sta­wek na pły­cie głów­nej kom­pu­te­ra lub wsta­wie­nia mo­du­łów pa­mię­ci w gniaz­da SIPP. Pozostali użyt­kow­ni­cy byli ska­za­ni na po­wol­ne, pro­gra­mo­we roz­wią­za­nia EMS, lub na szu­ka­nie pro­gra­mów dzia­ła­ją­cych w try­bie nad­zo­ro­wa­nym lub przy­naj­mniej prze­cho­wu­ją­cych da­ne w pa­mię­ci XMS. Nieliczni tyl­ko cze­ka­li na peł­ne roz­wią­za­nie prob­le­mu, któ­re mia­ło na­dejść wraz z pre­mie­rą sys­te­mu OS/2; by­ło to jak cze­ka­nie na Godota.

Kompute­ry kla­sy 80386

W pew­nym mo­men­cie ce­ny pro­ce­so­rów 80386SX spad­ły na ty­le, że ku­po­wa­nie kom­pu­te­rów AT prze­sta­ło być opła­cal­ne. Choć 80386SX nie ofe­ro­wał ta­kiej wy­daj­noś­ci, jak „peł­no­krwis­ta” wer­sja te­go mi­kro­pro­ce­so­ra, był mi­mo wszyst­ko szyb­szy od 80286, a do te­go ofe­ro­wał ca­łą ga­mę do­dat­ko­wych moż­li­woś­ci, wy­ko­rzys­ty­wa­nych przez sys­tem MS-DOS.

Użytkow­nik kom­pu­te­ra z pro­ce­so­rem zgod­nym z 80386 mógł w bar­dzo sze­ro­kim za­kre­sie kształ­to­wać prze­strzeń adre­so­wą do­stęp­ną dla MS-DOS. Oprócz zna­ne­go z kom­pu­te­rów AT ob­sza­ru HMA, moż­na by­ło skon­fi­gu­ro­wać blo­ki UMB i prze­nieść do nich pro­gra­my ob­słu­gi urzą­dzeń, a na­wet nie­któ­re pro­gra­my re­zy­dent­ne. W star­sze pro­gra­my moż­na by­ło tchnąć no­we ży­cie, kon­fi­gu­ru­jąc ob­słu­gę pa­mię­ci EMS z dyna­micz­nie two­rzo­nym oknem. Niektóre pro­gra­my za­rzą­dza­ją­ce pa­mię­cią sto­so­wa­ły jesz­cze in­ne sztucz­ki: na przy­kład, blo­ku­jąc moż­li­wość wy­ko­rzys­ta­nia try­bu gra­ficz­ne­go i umiesz­cza­jąc w ob­sza­rze bu­fo­ra ram­ki stro­ny pa­mię­ci roz­sze­rzo­nej moż­na by­ło uzys­kać po­nad 700 KiB pa­mię­ci pod­sta­wo­wej — coś, co na­wet auto­rom sys­te­mu MS-DOS się pew­nie nig­dy nie śni­ło.

Dopiero jed­nak ostat­nie wer­sje sys­te­mu MS-DOS (i pro­gra­mu ob­słu­gi EMM386.EXE) by­ły tak elas­tycz­ne. Wcześniej­sze wy­ma­ga­ły sta­tycz­ne­go okre­śle­nia, czy uży­wa­na bę­dzie pa­mięć EMS (i na sta­łe alo­ko­wa­ły okno EMS) oraz ile tej pa­mię­ci bę­dzie po­trzeb­nej (co zmniej­sza­ło z kolei ilość wol­nej pa­mię­ci XMS). Użytkow­nik mu­siał al­bo zna­leźć kom­pro­mi­so­wą kon­fi­gu­rac­ję, umoż­li­wia­ją­cą spraw­ną pra­cę wszyst­kich pro­gra­mów, lub – je­że­li miał czas uru­cha­miać co chwi­lę kom­pu­ter od no­wa – stwo­rzyć ze­staw pro­fi­li kon­fi­gu­ra­cyj­nych, wy­bie­ra­nych z me­nu pod­czas ła­do­wa­nia sys­te­mu MS-DOS.

Pod­su­mo­wa­nie

Nowo­czes­ne, 32-bi­to­we sys­te­my opera­cyj­ne zlik­wi­do­wa­ły ja­kie­kol­wiek po­dzia­ły pa­mię­ci na ty­py i ob­sza­ry. Cała pa­mięć trak­to­wa­na jest jed­na­ko­wo od mo­men­tu uru­cho­mie­nia sys­te­mu, a pro­gra­my są od sie­bie na­wza­jem izo­lo­wa­ne, nie mo­gąc bez­po­śred­nio od­wo­ły­wać się do pa­mię­ci fi­zycz­nej czy do pa­mię­ci in­ne­go pro­ce­su.

Narzekając na po­wol­ne stro­ni­co­wa­nie lub du­żą za­ję­tość pa­mię­ci war­to pa­mię­tać o tym, że kie­dyś by­ło znacz­nie go­rzej. Progra­my led­wie mie­ści­ły się w pa­mię­ci, wy­ma­ga­ły jej roz­sze­rze­nia zgod­ne­go z kon­kret­ną spe­cy­fi­ka­cją, a pró­ba jed­no­czes­ne­go uru­cho­mie­nia kil­ku pro­gra­mów częs­to koń­czy­ła się nie­po­wo­dze­niem w mo­men­cie, gdy je­den z nich nad­pi­sy­wał pa­mięć na­le­żą­cą do dru­gie­go.

Dużo się jed­nak zmie­ni­ło od cza­sów IBM PC.