Команда Halt (останов) останавливает выполнение текущего потока команд процессора. Из состояния останова процессор может выйти только по прерываниям, которые обработчиком ошибки паритета обычно блокируются. Останов не позволяет процессору «перепахать» всю память (в том числе и внешнюю), что в принципе возможно при возникновении ошибки в памяти.

Специальными битами конфигурационных регистров (порт 06 1h) вырабатывание NMI от схем контроля памяти можно запретить, также возможно изменить процедуру обработки NMI для игнорирования ошибки (в диагностических целях). При выполнении начального тестирования памяти POST выполняет запись во все ячейки ОЗУ, в результате чего формируются и правильные биты паритета (при исправной памяти).

Некоторые версии BIOS «забывали» тестировать расширенную (EMS) память, в связи с чем возникали определенные неудобства начального включения компьютера — при использовании EMS компьютер останавливался с «Parity Check». Из-за этого приходилось на время «холодного» запуска переключать дополнительную память в режим XMS, а потом обратно.

Со временем качество применяемых микросхем памяти улучшилось, и в целях удешевления модулей памяти от применения контроля четности стали отказываться - сначала предлагали выбор через опцию BIOS Setup: проверять или не проверять паритет, а потом появилась масса моделей системных плат, в которых контроля паритета нет вообще. Модули памяти (SIMM, SIPP) стали выпускать как с паритетом, так и без него, а для «ублажения» (точнее - обмана) плат, требующих наличия бита паритета, стали выпускать модули с «подделкой» паритета (Fake Parity или PG - Parity Generator). В этих модулях вместо дополнительной микросхемы памяти используется генератор паритета - логическая схема сумматора по модулю 2, формирующая всегда «хороший» бит паритета, независимо от наличия ошибок в самой памяти. Его наличие можно распознать визуально — логическая микросхема на модуле заметно отличается от микросхем памяти. В обозначение типа модуля с генератором паритета обычно входят буквосочетания «ВР», «VT», «GSM» или «МРЕС». Заметим, что никакие программные средства тестирования памяти (Checkit, PCCheck и т. п.) не позволяют отличить память с настоящим паритетом от памяти с фиктивным паритетом.

Вопрос о необходимости контроля паритета не имеет однозначного ответа. Мнения разделились: лучше иметь остановку машины по ошибке с явным указанием на ее источник, чем искать причины непонятных зависаний и «вылетов», результатом которых в принципе может стать и полная потеря данных на диске.

Но контроль паритета не всесилен, он выявляет в пределах каждого байта ошибки только нечетной кратности (искажение 1, 3, 5 или 7 бит), правда, вероятность одновременного отказа или сбоя двух бит у работающей памяти весьма мала. Кроме того, многочисленные наблюдения дают основания полагать, что при загадочных неполадках в памяти (когда все тесты нормально проходят) возможно происходит обращение по ложным адресам ячеек памяти, что никаким контролем паритета не выявляется.

Попутно заметим, что останов по ошибке паритета при программном тестировании памяти компьютера с включенным паритетом может происходить как от ошибки в информационных битах, так и в контрольных. В этом случае для выявления неисправности используют отключение бита паритета. Схему контроля паритета такими тестами проверять можно только косвенно, устанавливая заведомо исправный модуль памяти.

Побайтный контроль паритета шины данных встроен в микропроцессоры, начиная с 486, что упрощает схемы контроля.

В компьютерах особо ответственного применения используют память с обнаружением и исправлением ошибок - ЕСС Memory (Error Checking and Correcting). В этом случае для каждого записываемого информационного слова памяти (а не байта, как при контроле паритета) по определенным правилам вычисляется функция свертки, результат которой разрядностью в несколько бит также хранится в памяти. Для 64-битного слова обычно используют 7-8 дополнительных бит. При считывании схема контроля с использованием этих избыточных бит способна обнаруживать ошибки с различной кратностью и (или) исправлять однократные ошибки. Функцию контроля и исправления выполняет чипсет, его реакцию на ошибки обычно можно задать опциями BIOS Setup. Возможны различные варианты поведения, например:

• автоматически исправлять ошибки, не уведомляя об этом систему;

• исправлять однократные ошибки, уведомляя систему только о многократных;

• не исправлять ошибки, а только уведомлять об их обнаружении (самый достоверный контроль).

В отличие от памяти с контролем паритета, допускающей побайтное обращение, к ЕСС-памяти можно обращаться только полноразрядными словами. Заботу об этом берет на себя чипсет.

В самых «серьезных» системах ЕСС применяется не только для ОЗУ, но и для кэш-памяти.

Достоверность информации, хранимой в постоянной (ROM BIOS) и полупостоянной (CMOS RTC) памяти проверяется с помощью контрольной суммы (Checksum) - обычно это байт, дополняющий до нуля сумму по модулю 256 всех байт контролируемой области.

Проверка контрольной суммы обычно выполняется однократно при выполнении POST.

3. Распределение памяти IBM PC

Логическая структура памяти PC обусловлена особенностями системы адресации процессоров семейства х86. Процессоры 8086/88, применявшиеся в первых моделях PC, имели доступное адресное пространство 1 Мбайт (20 бит шины адреса). Эти процессоры использовали сегментную модель памяти, унаследованную и старшими моделями в реальном режиме. Согласно этой модели, исполнительный (линейный) адрес вычисляется по формуле Addr=Segxl6+Offset, где Seg и Offset - содержимое сегментного и адресного регистров. Таким образом, обеспечивался доступ к адресному пространству Addr=00000-FFFFFh при помощи 16-битных регистров. Заметим, что при Seg=FFFFh и Offset=FFFFh данная формула дает адрес 10FFEFh, но ввиду 20-битного ограничения на шину адреса эта комбинация в физической памяти указывает на 00FFEFh. Таким образом, адресное пространство как бы сворачивается в кольцо с небольшим «нахлестом». Начиная с процессора 80286 шина адреса была расширена до 24 бит, а впоследствии (386DX, 486 и старше) до 32 и даже 36 (Pentium Pro и Pentium II) В реальном режиме процессора, используемом в DOS, применяется та же сегментная модель памяти и формально доступен лишь 1 Мбайт памяти, что является недостаточным для большинства современных приложений.

Основную часть адресного пространства занимает оперативная память. Объем установленной памяти определяется тестом POST при начальном включении (перезагрузке) компьютера, начиная с младших адресов. Натолкнувшись на отсутствие памяти (ошибку), тест останавливается на достигнутом и сообщает системе объем реально работающей памяти.

Распределение памяти PC, непосредственно адресуемой процессором, приведено на рис 5.1 и представляется следующим образом:

• 00000h - 9FFFFh - Conventional (Base) Меmory, 640 Кбайт - стандартная (базовая) память, доступная DOS и программам реального режима В некоторых системах с видеоадаптером MDA верхняя граница сдвигается к AFFFFh (704 Кбайт) Иногда верхние 128 Кбайт стандартной памяти (область 80000h - 9FFFFh) называют Extended Conventional Memory;

Рис.5.1

• A0000h - FFFFFh - Upper Меmory Area (UMA), 384 Кбайт - верхняя память, зарезервированная для системных нужд В ней размещаются области буферной памяти адаптеров (например, видеопамять) и постоянная память (BIOS с расширениями) Эта область, обычно используемая не в полном объеме, ставит непреодолимый архитектурный барьер на пути непрерывной (нефрагментированной) памяти, о которой мечтают программисты;

• память выше 100000h - Extended Memory - дополнительная (расширенная) память, непосредственно доступная только в защищенном режиме для компьютеров с процессорами 286 и старше.

Для компьютеров класса AT с 24-битной шиной адреса верхняя граница дополнительной памяти - FDFFFFh (максимальный размер 14,9 Мбайт) Область FE0000h - FFFFFFh содержит ПЗУ BIOS (ROM BIOS Area), обращение к этой области эквивалентно обращению к ROM BIOS по адресам 0E0000h - 0FFFFFh.

Для i386 процессоров и 32-битной шины адреса теоретическая верхняя граница - 4 Гбайт, а для Pentium Pro и Pentium II - 64 Гбайт (36-битная шина адреса) В компьютерах с 32-разрядной шиной адреса образ BIOS дополнительно проецируется в адреса FFFE0000h – FFFFFFFFh. Однако иногда используется и проекция BIOS в область FE0000h - FFFFFFh, что не позволяет использовать более 16 Мбайт ОЗУ, поскольку система воспринимает только найденную непрерывную область расширенной оперативной памяти. Если 32-разрядный компьютер имеет отображение области BIOS под границей 16 Мбайт, это отображение обычно можно запретить соответствующей опцией BIOS Setup. Иногда, для использования специфических адаптеров ISA, имеющих буфер с адресами в 16-м мегабайте памяти, предусматривают опцию Memory Hole At 15-16M. Ее разрешение также не позволяет использовать оперативную память свыше 16 Мбайт.

Реально современные системные платы позволяют установить до 512 Мбайт ОЗУ, для мощных серверных платформ, но и это не предел Обращение по адресам, превышающим границу установленной оперативной памяти (или максимально возможного объема), транслируется на шину PCI, которая имеет 32-битную адресацию.

Стандартная память - Conventional Memory

Стандартная память является самой дефицитной в PC. На ее небольшой объем (типовое значение 640 Кбайт) претендуют и BIOS, и ОС реального режима, а остатки отдаются прикладному ПО.

Стандартная память распределяется следующим образом:

• 00000h - 003FFh - Interrupt Vectors - векторы прерываний (256 двойных слов);

• 00400h - 004FFh - BIOS Data Area - область переменных BIOS;

• 00500h - 00xxxh - DOS Area - область DOS;

• 00xxxh - 9FFFFh - User RAM - память, предоставляемая пользователю (до 638 Кбайт).

При использовании PS/2 Mouse область 9FC00h - 9FFFFh используется как расширение BIOS Data Area.

Верхняя память - UMA

Верхняя память имеет области различного назначения, которые могут быть заполнены буферной памятью адаптеров, постоянной памятью или оставаться незаполненными. Раньше эти «дыры» не использовали из-за сложности «фигурного выпиливания» адресуемого пространства. С появлением механизма страничной переадресации (у процессоров 386 и старше) их стали по возможности заполнять «островками» оперативной памяти, названными блоками верхней памяти UMB (Upper Memory Block). Эти области доступны DOS для размещения резидентных программ и драйверов через драйвер EMM386, который отображает в них доступную расширенную память.

Рис.5.2

Стандартное распределение верхней памяти выглядит следующим образом (рис. 5.2):

• A0000h - BFFFFh - Video RAM, 128 Кбайт - видеопамять (обычно используется не полностью).

• C0000h - DFFFFh - Adapter ROM, Adapter RAM, 128 Кбайт - резерв для адаптеров, использующих собственные модули ROM BIOS или (и) специальное ОЗУ, разделяемое с системной шиной.

• E0000h - EFFFFh - свободная область, 64 Кбайт, иногда занятая под System BIOS.

• F0000h - FFFFFh - System BIOS, 64 Кбайт - ROM на системной плате (в XT используется только FE000h - FFFFFh - 8 Кбайт).

• FD000h - FDFFFh - ESCD (Extended System Configuration Data) - область энергонезависимой памяти, используемая для конфигурирования устройств Plug and Play. Эта область имеется только при наличии РпР BIOS, ее положение и размер жестко не заданы.

В области UMA практически всегда присутствует графический адаптер. В зависимости от модели он занимает следующие области:

• MDA RAM - B0000h - B0FFFh

• CGA RAM - BS000h - BBFFFh

• EGA ROM – C0000h - C3FFFh/C7FFFh

• VGA ROM – C0000h - C7FFFh

• EGA, VGA RAM - A0000h - BFFFFh, в зависимости от видеорежима используются следующие области:

• Graphics – A0000h - AFFFFh

• Color Text – BS000h - BFFFFh

• Mono Text – B0000h - B7FFFh

Также распространенным потребителем UMA является расширение ROM BIOS, расположенное на платах дисковых контроллеров ST506/412, ESDI и SCSI, а также микросхемы удаленной загрузки на платах адаптеров ЛВС. Обычно они занимают область CS000h - CBFFFh/C9FFFh/C8FFFh (для дисковых контроллеров), но могут и перемещаться при конфигурировании адаптеров.

Размер области, занимаемой ROM BIOS, колеблется от 8 Кбайт у PC/XT до 128 Кбайт, однако разумное значение - 64 Кбайт. Большая область использовалась на радостях от появления микросхем ROM и флэш-памяти объемом 1 Мбит (128Кх8), но при этом размер доступной UMA сократился. Тогда стали микросхемы того же (и большего) объема отображать только на область F0000h - FFFFFh (64 Кбайт), а иногда и меньшую. Это оказалось возможным, поскольку не все содержимое микросхемы ROM BIOS должно быть доступно одновременно.

Таким образом, удалось примирить интересы пользователей UMB с необходимостью расширения объема BIOS, связанной с усложнением технических средств.

Дополнительная память - Extended и Expanded Memory

Область памяти выше первого мегабайта в различных источниках называется по-разному. Ее современное английское название - Extended Memory - пересекается с названием одной из спецификаций ее использования - Extended Memory Specification. Но название другой спецификации использования - Expanded Memory Specification - в прямом переводе на русский язык трудно отличимо от перевода предыдущего термина (и Extended и Expanded переводятся как «расширенный»). Поэтому впредь будем использовать следующие определения.

Дополнительная память - область всей физической памяти, расположенной в адресном пространстве выше 1 Мбайта. Ее объем в таблице, выводимой после POST, у современных компьютеров указывается строкой Extended Memory xxxxx Kbyte;

Отображаемая память EMS (Expanded Memory Specification) - программная спецификация использования дополнительной памяти DOS-программами реального режима через 4 страницы по 16 Кбайт. Эти страницы, расположенные в области UMA (обычно с адреса DOOOOh), могут отображать любую область дополнительной памяти. Старшая часть адреса отображаемых областей хранится в регистрах адресов страниц. В XT и АТ-286 преобразование адресов выполнялось аппаратно с помощью внешних регистров страниц и объем памяти, доступной EMS, задавался в BIOS Setup. В компьютерах на процессорах 386 и старше появилась возможность программной реализации этой спецификации, причем объем памяти, доступной EMS, может выделяться динамически из числа дополнительной. Обращение прикладных программ к памяти EMS осуществляется через диспетчер памяти, в DOS эти функции выполняет драйвер EMM386. Ключ NOEMS в строке его запуска запрещает выделение памяти под использование по спецификации EMS. Спецификация LIM EMS - соглашение фирм Lotus, Intel, Microsoft на использование EMS. Система EMS пригодна только для хранения данных (но не исполняемого в данный момент программного кода) и используется в основном старым ПО.