หน่วยความจำขยายคืออะไร?

เปิดตัวในปี 1981 IBM PC เป็นผู้เปลี่ยนเกมสำหรับคอมพิวเตอร์ มันเข้าครอบงำตลาดโดยพายุและกลายเป็นผู้มีอิทธิพลอย่างเต็มที่ ด้วยความสำเร็จดังกล่าวและฮาร์ดแวร์ที่เป็นมาตรฐานเปิด การโคลนก็ปรากฏขึ้นในไม่ช้า โปรแกรมซอฟต์แวร์จำนวนมากได้รับการออกแบบมาสำหรับพีซีด้วย สิ่งเหล่านี้ต้องยอมให้มีข้อจำกัด และในบางกรณีก็ต้องพึ่งพาสิ่งเหล่านี้ การพึ่งพาคุณสมบัติเฉพาะและการครอบงำตลาดนี้ทิ้งร่องรอยที่ลบไม่ออกในตลาดคอมพิวเตอร์ตามบ้าน

ปัญหาหลักของพีซีคือสามารถจัดการหน่วยความจำได้เพียง 1MiB เท่านั้น สิ่งนี้ต้องใช้สำหรับ RAM เช่นเดียวกับ BIOS ระบบปฏิบัติการ และฮาร์ดแวร์ส่วนขยายใดๆ เช่น อะแดปเตอร์วิดีโอ นี่ไม่ใช่ปัญหามากเกินไปในการวางจำหน่าย เนื่องจากราคาหน่วยความจำนั้นสูงลิบลิ่ว และผู้จำหน่ายซอฟต์แวร์แทบจะยอมลดขนาดลงเพื่อให้ซอฟต์แวร์ของพวกเขาเข้ากันได้ เนื่องจากราคาหน่วยความจำลดลงและมีการเปิดตัวโปรแกรมที่ใช้หน่วยความจำมากขึ้น สิ่งนี้จึงกลายเป็นปัญหา

ตัวต่อจาก IBM PC รวมถึง CPU รุ่นใหม่ที่สามารถระบุ RAM ได้มากขึ้น อย่างไรก็ตาม หลายโปรแกรมได้ปรับแต่งซอฟต์แวร์ของตนให้เข้ากับเค้าโครง RAM ของพีซีอย่างแม่นยำ และไม่สามารถใช้ประโยชน์จากพื้นที่หน่วยความจำเพิ่มเติมนั้นได้ ในทางกลับกัน หลายคนยังคงมีพีซีที่มี RAM จำกัด แต่ต้องการความสามารถในการโหลดซอฟต์แวร์ที่ต้องใช้ RAM มากขึ้น การแก้ปัญหาคือการขยายหน่วยความจำ

ขยายหน่วยความจำ

หน่วยความจำขยายหมายถึงการสลับธนาคารในพื้นที่ด้านบนเพื่อเพิ่มหน่วยความจำในพื้นที่เดียวกัน พีซีแบ่งหน่วยความจำ 1MiB ออกเป็นสองส่วน พื้นที่หน่วยความจำทั่วไปใช้เป็น RAM และพื้นที่หน่วยความจำด้านบนใช้เป็น BIOS ROM และสำหรับการ์ดเอ็กซ์แพนชัน เป็นไปได้ที่จะใช้พื้นที่หน่วยความจำด้านบนบางส่วนเป็น RAM เช่นหนึ่งในสองส่วนที่จัดสรรสำหรับกราฟิก อย่างไรก็ตาม เทคนิคนี้ให้การเข้าถึงหน่วยความจำ KiB เพิ่มอีกเล็กน้อยเท่านั้น หน่วยความจำขยายจำเป็นเพื่อเพิ่มความจุ

หน่วยความจำขยายใช้พื้นที่ของหน่วยความจำ เช่น ที่จัดสรรสำหรับอุปกรณ์กราฟิก ซึ่งไม่ได้ใช้งาน จากนั้นใช้ระบบของธนาคารเพื่อเลื่อนหน้าเข้าและออกส่วนหน่วยความจำพิเศษไปยังหน้าต่างนั้น สิ่งนี้จำเป็นต้องใช้ไดรเวอร์ที่กำหนดเอง นอกจากนี้ยังต้องการการ์ดเอ็กซ์แพนชันที่มีหน่วยความจำกายภาพมากขึ้น อย่างน้อยก็ในตอนแรก รุ่นที่ใหม่กว่าซึ่งรองรับ CPU สามารถใช้ซอฟต์แวร์เพื่อแมปหน่วยความจำที่ขยายไปยังหน่วยความจำที่ขยายได้ อย่างไรก็ตาม สิ่งนี้ต้องการการสนับสนุน CPU เช่นเดียวกับการมีหน่วยความจำเพิ่มเติมเพื่อแมป ซอฟต์แวร์จำเป็นต้องได้รับการกำหนดค่าเพื่อให้สามารถใช้งานได้

มันทำงานอย่างไร?

หน่วยความจำขยายทำงานโดยใช้ส่วนหน้าต่างของหน่วยความจำ มันถูกแมปจาก 1 ถึง 1 ไปยังพูลหน่วยความจำที่ใหญ่ขึ้น อย่างไรก็ตาม การแมป 1 ต่อ 1 ไม่อนุญาตให้ใช้หน่วยความจำอีกต่อไป เมื่อจำเป็น ไดรเวอร์จะสลับการแมปไปยังส่วนอื่นหรือส่วนอื่นของหน่วยความจำที่ขยาย นี่เหมือนกับการเปลี่ยนพื้นหลังเดสก์ท็อปของคุณ คุณยังมีจอภาพเดิมแต่เป็นภาพใหม่ ซอฟต์แวร์ต้องติดตามว่าคลังหน่วยความจำขยายใดมีข้อมูลใดบ้าง ซึ่งเป็นงานที่สำคัญหากต้องการเรียกคืนข้อมูลนั้น

การสลับธนาคารหมายความว่าประสิทธิภาพลดลงเมื่อเทียบกับพูลหน่วยความจำเนทีฟที่ใหญ่กว่า หากเป็นไปได้ การใช้หน่วยความจำเพิ่มเติมจะดีกว่า แต่ในระบบและซอฟต์แวร์ที่จำกัดหน่วยความจำ 1MiB นั้น หน่วยความจำที่ขยายได้เสนอวิธีเดียวในการเพิ่มหน่วยความจำ

ระบบสาธารณะกระแสหลักระบบแรกที่ใช้หน่วยความจำขยายคือ LIM EMS 3.0 LIM เป็นตัวย่อของสามบริษัทที่สร้างขึ้น ได้แก่ Lotus Development, Intel และ Microsoft EMS ย่อมาจาก Expanded Memory Specification เวอร์ชัน 3.0 สามารถเพิ่ม 4 MiB ลงในพีซีได้ ตามมาตรฐานสมัยใหม่นั้นไม่มีอะไรเลย แต่นั่นเพิ่มความจุหน่วยความจำของ IBM PC ถึงห้าเท่า EMS เวอร์ชันสุดท้าย เวอร์ชัน 4.0 ให้การสนับสนุนหน่วยความจำสูงสุด 32MiB

เวอร์ชัน 3.2 เป็นเวอร์ชันแรกที่ได้เห็นผลิตภัณฑ์จริงเข้าสู่ตลาด ใช้หน้าต่าง 64KiB ซึ่งแบ่งออกเป็นสี่หน้า 16KiB เพื่อให้มีความเสถียรเมื่อเปลี่ยนหน้าออก

ปฏิเสธ

ในช่วงปี 1990 ระบบปฏิบัติการแบบกราฟิกเช่น Windows ได้เข้าครอบครองระบบปฏิบัติการแบบข้อความเช่น DOS สิ่งนี้ทำให้ตอกตะปูสุดท้ายในโลงศพเพื่อขยายหน่วยความจำ หน่วยความจำที่ขยายออกไปนั้นเป็นงานที่ยุ่งเหยิงอยู่เสมอ มีการใช้งานเพื่อแก้ไขปัญหาการทำงานที่อาจต้องมีการเปลี่ยนฮาร์ดแวร์ทั้งหมด พีซีที่ใช้ DOS รุ่นใหม่กว่านั้นไม่จำกัด RAM 1MB ถึงกระนั้นซอฟต์แวร์ก็ต้องอนุญาตเพียงเล็กน้อยเนื่องจากฐานผู้ใช้ที่ติดตั้งจำนวนมาก

การเปลี่ยนไปใช้คลาสใหม่ของระบบปฏิบัติการทำให้สามารถใช้โหมดป้องกันซึ่งรองรับพูลหน่วยความจำขนาดใหญ่ขึ้นและแอดเดรสหน่วยความจำเสมือนได้อย่างเหมาะสม การเปลี่ยนไปใช้พูลหน่วยความจำที่ใหญ่ขึ้นผ่านโหมดป้องกันโดยค่าเริ่มต้นจะส่งสัญญาณถึงมรณะสำหรับหน่วยความจำที่ขยาย แนวคิดทั้งหมดของพื้นที่หน่วยความจำนั้นล้าสมัยไปแล้ว

บทสรุป

หน่วยความจำขยายเป็นคำที่ใช้เพื่ออ้างถึงการดำเนินการเพจเข้าและออกจากธนาคารหน่วยความจำผ่านที่อยู่หน้าต่างในพื้นที่หน่วยความจำด้านบน แนวคิดทั้งหมดได้รับการพัฒนาเพื่อหลีกเลี่ยงขีดจำกัดหน่วยความจำฮาร์ด 1MiB ของ IBM PC ที่เกิดจากข้อจำกัดของ CPU ไม่สามารถเพิ่มพื้นที่หน่วยความจำใหม่ได้ ถึงกระนั้นก็เป็นไปได้ที่จะใช้ส่วนของหน่วยความจำซ้ำ ๆ โดยใช้แล้วสลับส่วนของหน่วยความจำแล้วสลับกลับเข้าไปใหม่เมื่อจำเป็น การทำเช่นนี้จำเป็นต้องมีไดรเวอร์พิเศษและฮาร์ดแวร์ การใช้งานในภายหลังสามารถทำหน้าที่ของฮาร์ดแวร์ในซอฟต์แวร์ได้ แม้ว่านั่นจะขึ้นอยู่กับการมีอยู่ก่อนแล้วของหน่วยความจำเพิ่มเติมที่จะใช้

หน่วยความจำที่ขยายเป็นปัญหาที่เกิดจาก IBM PC และความจำเป็นในการจัดหาซอฟต์แวร์ที่เข้ากันได้ แต่ยังสามารถใช้ RAM จำนวนมากเกินกว่าที่จะเป็นไปได้ การกำเนิดของระบบปฏิบัติการแบบกราฟิก เช่น Windows ได้เปลี่ยนแนวความเข้ากันได้ของระบบปฏิบัติการ ณ จุดนั้น ความสามารถในการจัดการโดยกำเนิดมากกว่าหน่วยความจำ 1MiB ของพีซีดั้งเดิม ปัญหาและความจำเป็นในการแก้ปัญหาของหน่วยความจำขยายหายไป แนวคิดนี้ล้าสมัยไปแล้วตั้งแต่ต้นทศวรรษ 1990