4GB DRAM Congifuration on PC

4GB DRAM Configuration on PCP2.隨著DRAM價格越來越低，現在PC所內建的DRAM容量也越來越大，目前Intel 和AMD的Processor架構下PC所能定址的最大Linear Address（Virtual Address）應該是4GB，而配備4GB或4GB以上Physical Address的Customer 也越來越多，但現在Problem來了，為什麼在System Attribute看到的容量和Task Manager上看到的DRAM容量不一樣呢？（這和32Bit或64Bit作業系統可是一點關係也沒有唷！）P3.Physical Address不一定對應User在編寫Program所使用的位址，因為現在一般的OS都使用Virtual Address來定址（因為Virtual Address是Linear Address），但Processor只能讀寫Physical Address。

要維持OS的運作DRAM 並不僅僅被當作Memory使用，有些位址要分配給IO Device和Interrupt Table （包含APIC）。

TOLUD這個Register是由BIOS賦值，內容為OS可單純當作Memory使用的最高Physical Address。

P4.PCI Memory Range佔據了最多的MMIO空間。

SMI觸發後OS會中斷並去讀取0x3000:xxxx的值（BIOS預先設定），而OS讀取到的xxxx就是T-SEG的Offset，所以T-SEG:xxxx就是BIOS跑SMM Code的Address。

APIC全名Advanced Programmable Interrupt Controller，它會增加除了原本存在0到0x3ff 的Interrupt Vector給SW/FW Developer使用。

通常OS會Backup一份BIOS 放在FLASH裡面。

LT是nForce 680i SLI的Starter Edition，全名nForce 680i LT SLI，只Support一個千兆Ethernet且超頻能力也降低，甚至只能相容於DDR2-800的記憶體，但因價格低廉仍有許多Customer願意購買。

P5.nForce i680 SLI是由NVIDIA代工製造的Chipset，可相容於Intel和AMD的Processor。

SLI（Scalable Link Interface）是一種把兩張或更多的VGA Card 合併在一起，以加快PC處理Graphics Data能力的Technology。

它Support 1333MHz Front Slide Bus、DDR2-1200和六顆SATA Disk，它有兩條全速的PCI-e x16 Socket，還有第3條PCI-e x8模式的PCI-e x16 Socket，預計未來用於物理加速。

當nForce i680 SLI偵測到Support LinkBoost的CPU，則Mobo （Motherboard）的PCE-e速度增加25％。

FirstPacket能更有效的分配Network Resource。

DualNet提供兩個千兆的Ethernet，平衡Network的Loading，增加兩倍Bandwidth。

Teaming是DualNet的附屬技術，它可以在一條Network Cable阻塞時靈活的切換到另一條Network Cable以傳輸Data。

TCP/IP的全名叫（Transmission Control Protocol/Internet Protocol），其中TCP可以勉強Mapping到OSI七層模型（Open System Interconnection Reference Model），而Ipv4因為只使用32Bit所以即將被Ipv6（128Bit）所取代。

MediaShield讓OS可Support六顆SATA Disk並Support RAID（Redundant Array Of Independent Disks）0、1、0+1和RATD5，所謂的RAID就是把多個相對便宜的Disk組合起來，讓OS把它們當作一個Disk，常被應用在Server，價格通常比相同大小的單一Disk低。

P6.MMIO的全名是Memory-Mapped I/O，這項Technology可以讓OS在Access 外部IO Device時不須調用IO專用函數，只要用一般Access Linear Address 的方式在MMIO的Scope內就可以R/W外部的IO Device，一般來說PCI Memory Range佔用最多的MMIO Address。

MMIO的範圍被設定為從TOLUD向上延伸到4GB頂點，因為我的電腦只配備1GB的DRAM，所以TOLUD的Value為0x3FFFFFFF，而MMIO的Scope就從0x40000000到0xFFFFFFFF 的3GB。

P7.本圖展現了Intel P45 Chipset的典型MMIO分配，其中特別要注意的是DMI （Desktop Management Interface），它連接了Mobo的North Bridge和Sourth Bridge，管理了大多數的IO Device，因此理所當然的享有最多的MMIO Address。

P8.首先定義一個Concept，MMIO僅僅佔據Virtual Address而不是DRAM，一個DRAM的Bit由一個電晶體和一個電容所組成，它們本身沒有Address，所有的Address都是由OS進行Assign的。

因此在有些IO Device較少的System（如Win Server），Task Manager所顯示的DRAM會較多，這是因為不需要用到這麼多的MMIO Address。

當PC配備超過4GB以上的DRAM時，因為MMIO的Priority大於System Memory，而DRAM又是由下而上老老實實的分佈排列，所以這時就會Produce一個DRAM Hole把Main Memory切成兩個Area，但由於Compatibility的考量MMIO一般都Operate在4GB以下的Virtual Address。

P9.TOM（Top Of Memory）指的是使用者所安裝DRAM的最高Address，TOM Register並不一定代表Total DRAM，因為System Memory中總是存在著一些Hole，所以實際DRAM總量要比TOM所記載的Value要再高一些。

TOM Register之下會有一段1到64KB的DRAM被Manageability Engine所佔用，這些是確確實實被佔用的DRAM（圖中的EP-UMA）。

TOUUD（Top Of Upper Usable DRAM）可在4GB以上到TOM之下經過鑑定後的DRAM Range內Work，由此可見BIOS是可以接受大於4GB的DRAM的。

若安裝了4GB以上的DRAM，則會有一個Reclaim Memory的Mechanism用來回收被MMIO Occupy的Memory。

首先Define一個DECLAIMBASE當作Bottom的Address，接著Define DECLAIMLINIT當作Top Address，其Scope剛好和4GB到TUULD 的MMIO相等，然後這個Reclaim Mechanism會把MMIO Mapping到EP Stolen Base以下的Scope中。

BIOS中Memory Remapping（也有的叫Memory Hole Remapping）就是Control Chipset的Memory Reclaim，只有Switch On這個Option的時候Chipset才會回收與MMIO交叠的Memory。

某些Mobo不一定會Switch On Memory Reclaim，但大多數Mobo都有Switch On。

P10.在Early的OS裡，同一時間只有一個Process在運作，但在現今的OS System 多Task同時Operate已經成為了Basic的Mode，於是Engineer為每Process 都劃定了一塊Area（通常為2GB User Space配2GB Kernel Space，但可調整為3GB User Space配1GB Kernel Space），並給予每個Process一個PID讓它們不會衝突。

但是Process總不能永遠在看不見摸不著的Virtual Address裡Execute，OS會為這個Process用Memory Page Mapping的方式申請Physical Address。

Process的Data不僅僅Store在DRAM裡，它甚至會把較少用到的Data Store在Hard Disk中，不過CPU要R/W Data一定要透過DRAM，所以當CPU要R/W Store在Hard Disk裡的Data時必須把它load到DRAM裡，也就是說如果這台PC配備較多的DRAM，那OS就可以把較多的Data放在Speed 快的DRAM裡，所以Application在DRAM越大的PC Execute越Fast就是這個Reason。

P11.這一張Picture講述的是<記憶體分頁模型>。

Picture的Top是一段32Bit的Linear Address，取它的前10BIT就可以定址一個4KB的Page Directory（Its Address Store in CR3 Register）。

Page Directory裡面的每一個PD Entry都對應到一個Page Table，用Linear Address的Middle 10Bit就可以定址Page Table。

Page Table的Context稱為PT Entry，每一個PT Entry又對應到一個4KB的Page，用Linear Address的最後12個Bit就可以定址它，這個4KB的Page是Virtual Number和Physical Number的Offset，在整個Transform中它是不會變動的。

P12.由上一張投影片看來，要定址4GB Address應該需要4KB（Page Directory）+ 1024 ×4KB（1024個PT Entry，每個PT Entry對應4KB的Page）。

但在Windows 2000的實作中，其實只要4MB（1024 ×4KB）的Physical Address 就可以Mapping到4GB的Linear Address，而Reason就是有一個Page Directory和Page Table的Address Overlap了。