DOS不管電腦擴充了幾MB的記憶體, 當你用MEM.EXE 來觀察時, 傳統記憶體(Conventional memory) 固定都只有640K Bytes。這640KB 就是一般應用程式所能使用的範圍。如果你使用5.0 版以前的DOS,進入中文糸統, 再要執行其他較佔記憶體的應用程式時, 就有可能產生 "記憶體不足" 的訊息, 不管你在640K以外還有多少記憶體。而現在DOS 5.0 最為人稱道的地方, 就是它提供了許多管理記憶體的方法, 讓程式有更多的記憶體空間可以運用。
DOS 5.0 提供的記憶體管理, 指的是位址為640K以上的記憶體。如果你的電腦只有640K 的RAM, 那麼DOS 5.0 對你就沒有多大用處。一般電腦最基本配備有1 Mega的記憶體, 就有384 K 的延伸記憶體可以運用。記憶體容量愈大, 運用範圍愈廣。像WINDOW這類多工軟體, 就需要龐大的記憶體來增加其速度。
６４０Ｋ的傳統記憶體
640K的限制由何處來的? 這必須回顧PC和CPU 的歷史。CPU 的定址能力, 是由硬體線路所限定的。在早期APPLEⅡ 使用的6502 CPU, 它是8 位元的微處理機, 故具有8 條的資料線路。其資料處理是以位元組(Byte)為單位, 每一個Byte可表示2^8 = 256 種數字。同時它用兩個Byte的組合來指示記憶體的位址。因此它須具有16條的位址線路, 共可表達2^16 = 65536 =64K 種的位址。換句話說, 16條的位址線路的定址能力的最高限制就是64KB 。1978年Intel 公司推出16位元的8086微處理機, 以16位元的字組( Word,相當於兩個Byte) 為資料處理的單位。位址線路則增加到20條;因此必須用兩個Word來表示記憶體的位址。這兩個Word如果也採用線性對映的定址方式, 那麼共可表示: 2 ^32 = 2^2x2^10x2^10x2^10 = 4 x K x K x K = 4G 種的位址!這在當時看來是軟硬體皆不可能達成的數字。更何況位址線又沒有32條,只有20條而已, 就是說實際定址能力的最高限制是2^20 Bytes = 1MB。那時的RAM 也很昂貴, 所以認為1MB (是64KB 的16倍) 是夠大的了。
因此8086採取了重疊對映的定址方式 (悲劇的開始!)。由兩個Word以XXXX:YYYY 的方式來組成一個20位元的線性位址, 前者為節區段位址(Segment),後面稱偏移段位址(Offset)。
公式如下:Address = Segment * 16 + Offset
格式：Segment:offset =>(段位址):(偏移位址) =>1 2 3 4 : 2 3 4 5
1 2 3 4 0
＋2 3 4 5
(真實記憶體位址) －－－－－－－－－－－－－－
1 4 6 8 5 h
以上的記憶體位址是16進位數字, 在數字後面附加小寫h 來表示。例如: 640K (10進位) = A0000 h = A000:0000 等到1982年, 藍色巨人IBM 推出最早型的IBM PC XT,以Intel 8088微處理機作為CPU,8088與8086都只有20條位址線(A0～A19) 。IBM 對可定址的1MB 記憶體位址做個規劃, 其中最前面的640K RAM供DOS 與應用程式使用, 這塊區域叫主記憶體(Base Memory) 或傳統記憶體。640K到1MB 的記憶體區域保留給外加擴充的界面卡和BIOS使用, 這塊區域叫上層記憶體 (Upper Memory),一般應用程式不可輕易動用。這也就是DOS和一般應用程式最多只能控制640K的原因。
1983年Intel 推出了80286, IBM立刻選用為最新的CPU,於1984年底推出IBM PC AT(AT是Advanced Technology 先進技術之意) 。80286 是真正的16位元微處理機(CPU內部與I/O 均以16位元處理),運作速度更快。它有24條位址線, 故最多可存取2^24 = 16MB 的記憶體。
事實上80286 採用了兩種定址模式:一、真實模式 (Real Mode)在此模式下,286使用和8086/8088 相同的重疊對映的定址方式。這是為了讓原有的DOS 和應用程式能在PC AT 上相容使用。因此, 在真實模式下, 也只能控制1MB 記憶體而已。二、虛擬保護模式 (Virtual Protected Mode)在保護模式下, 才能隨意使用1MB 以上的記憶體。後來陸續推出32位元的80386和80486 (皆有32條位址線),又提供了功能更強的保護模式。但是也都保留了真實模式, 以滿足往前的相容。MS-DOS改版至今, 一直是在真實模式下運作。對於在286/386/486超過1024K 的記憶體, 只能拿來當虛擬磁碟機, 或硬碟快取程式(Disk cache), 或者使用一些其他的驅動程式 (如EMM或XMM) 來支援, 而不能像在傳統記憶體一樣方便的使用。 擴展記憶體和延伸記憶體早在XT時代, 一些大型軟體就有記憶體不足的困擾了。因此, Lotus/Intel/Microsoft三家公司共同制定了一個擴展記憶體規格(Expanded Memory Spec.;EMS),採用記憶庫切換(bank swapping) 的方式來指定位置段落。擴展記憶體規格(EMS) 包含了硬體的EMS 擴充界面卡, 和軟體的管理程式(Expanded Memory Manager ;EMM)。這種EMS 記憶體就是擴展記憶體 (Expanded Memory) 。
隨著PC AT 的普及, 程式可透過保護模式存取位址為1MB 以上的記憶體。這些位址為1MB 以上的記憶體就稱為延伸記憶體( Extended Memory) 。為了避免各程式取用的延伸記憶體的區域相衝突, Mircrosoft、Intel、Lotus等公司制定了一個延伸記憶體規格(Extended Memory Spec. ;XMS), 規定了高記憶區、上層記憶體與延伸記憶體的存取標準。一般的程式只要呼叫管理程式(eXtended Memory Manager ;XMM), 就能有效運用XMS 的資源。像MS-DOS 5.0的HIMEM.SYS 就是符合XMS 標準的管理程式。
Expanded(擴展)表示向橫的方向擴展, Extended則是縱向的延伸。EMS 和XMS 不同的地方是: EMS 是XT時代發展出的規格; 擴展記憶體、EMS 卡是隨著EMS 發表的, 它的重點是在1024K 的定址範圍內使用更多的記憶體, 實際的定址限制仍是1024K。
XMS 則是在有了延伸記憶體之後才訂定的規格, 用來管理640K以外的記憶體。延伸記憶體可用軟體方式模擬成EMS 標準, 讓只支援EMS 的較早期程式也能夠使用。如果你要擴充記憶體容量, 且你的主機板上仍有空的記憶體插槽,就可直接買RAM 來插, 即增加延伸記憶體, 就可做為XMS 或EMS 使用,也比EMS 卡便宜。若您的主機板上已無空的記憶體插槽, 那只好買EMS卡來插在擴充槽上了。有些EMS 卡上有開關, 可將卡上的記憶體調成延伸記憶體; 否則就只能當做擴展記憶體了。
EMS 使用記憶庫切換的方法, 在有限位址內使用更多的記憶體, 事實上只解決資料的問題, 要執行程式仍然很麻煩。這方法和SuperVGA的切頁方式類似, 若用SuperVGA則較容易理解 "切頁對映" 的觀念。PC分配給彩色螢幕的視訊對映位址只有64K (A0000h ～ AFFFFh),而SuperVGA若要顯示1024x768x256色的模式, 則需要768K 的記憶體(所以SuperVGA卡要有1MB RAM), 64K 的位址如何夠用呢? SuperVGA就把這1MB RAM 分成16個64K 等分,CPU每次可存取其中的64K,而用一個暫存器來選擇切換。
高記憶區 HMA 與 上層記憶區塊 UMB 雖然一般程式在真實模式下只能使用640K, 但DOS 5.0 提供了HMA和UMB 記憶區的使用, 在真實模式下突破了640K的限制。約64K 的高記憶區 ( HMA, High Memory Area )真實模式下的最大位址可達FFFF:FFFF = 10FFEF h的位址, 這已超過真實模式的1 Mega上限。所以多出來的100000h 到10FFEFh 就會捲繞(wrapping)重新對映到位址0 ～FFEFh 的地方。對286 以上的CPU,如果將位址線A20 致能(enable), 則不會發生捲繞, 多出來的這64K-16bytes就是HMA 。一般說HMA 有64K,其實是64K - 16 bytes 。上層記憶區塊 ( UMB, Upper Memory Block )PC把位址為640K到1MB (即A0000 h ～FFFFF h) 的上層記憶體, 規劃給界面卡和BIOS使用。這部分的ROM 除了系統BIOS是在主機母板之外, 其他的ROM (或RAM) 則是在使用該位址的界面卡上。
通常我們都只用到上層記憶體的位址的一部分而已, 其他可用的位址就浪費掉了。使用DOS 5.0 的EMM386.EXE, 可以將這些沒有使用到的上層記憶體位址, 改成對映到延伸記憶體上, 就叫做UMB 。這樣你在真實模式下, 就又多出一部分可使用的位址了。
這些多出來的UMB 記憶體, 通常用來存放各種佔記憶體的驅動程式和常駐程式, 儘量空出傳統記憶體空間來執行大型程式。
UMB 依據個人週邊配備和設定的不同, 約可多出60K～200K 左右的可使用位址。EMM386.EXE就是管理UMB 的工具。QEMM386 (Quarterdeck公司的軟體) 功能比EMM386強大,不用加參數即可規劃出最大的可用UMB, 因此很多人使用。但你還是要瞭解EMM386, 以便可隨時更替, 因為EMM386的功能較穩定。
使用EMM386必須自行指定可用位址。若不指定則EMM386自行規劃的UMB 空間有限。EMM386.EXE 可用的參數如下 :
NOEMS : 不模擬EMS 的功能, 但要使用UMB 。
RAM : 將記憶體模擬EMS , 且要使用UMB 。
RAM=xxxx-yyyy : 則將兩個段位址之間的記憶體留給UMB用。
size : 設定EMS 的大小, 需為16的倍數。自定值為256KB。
FRAME=xxxx : EMS 的映射頁框, 會佔用掉64KB的UMB 。
I=xxxx-yyyy : 指定段位址xxxx～yyyy可做為UMB 供LOADHI。
X=xxxx-yyyy : 避開段位址xxxx～yyyy不可做為UMB 。
EMM386自定的UMB 使用位址為C800～DFFF (共96K),若介面卡用到此位址, 則須以參數 X= 避開。
要瞭解I/O 界面卡的位址分配, 才知道那些位址可以使用或該避開。若是界面卡位址(如倚天卡版)是可調整的, 則可儘量留下最大可用的UMB 空間。
640K 到 1 Mega 的 I/O 位址分配 :
A0000 h ～ AFFFF h (64K) 彩色螢幕圖形介面
B0000 h ～ B7FFF h (32K) 單色螢幕圖文介面
B8000 h ～ BFFFF h (32K) 彩色螢幕文字介面
C0000 h ～ C7FFF h (32K) 彩色螢幕 BIOS 程式碼存放區
C8000 h ～ CFFFF h (32K) SCSI/ESDI 硬碟控制卡
D0000 h ～ DDFFF h
DE000 h ～ DFFFF h ( 8K) 倚天中文卡字型ROM 預設位址
*E0000 h ～ EFFFF h (64K) 通常是未使用, 可做UMB 。
F0000 h ～ FFFFF h (64K) 系統 ROM BIOS
顧名思義, EMM386.EXE只能用在386 或486 的PC, 若你使用286 的PC AT,就無法使用UMB 的功能了。 使用 HIMEM.SYS 和 EMM386.EXE 在原始情況下, DOS 5.0 大約佔60K 的傳統記憶體。你可以把根目錄下的CONFIG.SYS和AUTOEXEC.BAT刪除 (或用REN 更名),重新開機後,再用 MEM /C 來觀察, 則傳統記憶體的使用情況如下(註1):
> \dos\mem /c (未加config.sys和autoexec.bat的情況)
MSDOS 57184 ( 55.8K) DF60
COMMAND 4704 ( 4.6K) 1260
FREE 593328 (579.4K) 90DB0
接著如果你使用HMA,則可將約45K 的DOS 核心搬移至HMA 中, 而有約17K 的DOS 碼留在傳統記憶體中。要使用HMA,則須在CONFIG.SYS檔中加入HIMEM.SYS,和 DOS=HIGH 這兩行。作法和觀察步驟如下:
> copy con \config.sys device=\dos\himem.sys dos= high ^Z ( 按F6, Enter )
( 重新開機後 ) > \dos\mem /c
( 使用HMA 的情況 )
MSDOS 12.5K HIMEM.sys 1.2K
COMMAND.com 2.6K
FREE memory 623.6K
而且用MEM 觀察的結果, 可使用的XMS 記憶體剛好減少了64K,確實是被拿去當HMA 使用了。計算的方法, 是將全部(total) 連續延伸記憶體, 減掉可用(available) 之XMS 延伸記憶體, 則等於65536 bytes,再除以1024即為64K。 如果你使用HMA 並且在CONFIG.SYS檔中設定 BUFFERS=n 這個命令,那麼磁碟緩衝區(disk buffer) 也會自動置於HMA 中。磁碟緩衝區的設定個數, 一般是根據硬碟的容量大小來設定。大容量硬碟的BUFFERS 若太小, 則速度會變慢。以下是一些參考數據:
40 MB 以下 : BUFFERS=20
40 至 79 MB : BUFFERS=30
79 至119 MB : BUFFERS=40
120 MB 以上 : BUFFERS=50
如果HMA 不足以放下所有的磁碟緩衝區, 剩餘部分也會自動轉到傳統記憶體去儲存。事實上HMA 除了放DOS 核心程式外, 約可再放下44個BUFFERS,因此若你的硬碟容量不大, 則可設 BUFFERS=44。
接著要使用EMM386.EXE來管理UMB,則要加上 DOS=UMB 命令,且需在HIMEM.SYS 下使用。以下是使用HMA 和UMB 的CONFIG.SYS 基本內容:
device=\dos\himem.sys
dos=high umb
device=\dos\emm386.exe noems i=e000-efff
buffers=44
files=30
注意HIMEM.SYS 必須在第一行, 因為所有的XMS 功能都經由它處理。重新開機後, 由開機訊息或MEM/C 觀察, 發現增加了約160K 的UMB可以使用; 但可使用的XMS 記憶體竟然又少了245K。這是因為UMB 的位址並非連續可用的, 所以XMS 無法百分之百轉換為UMB 使用。
若你使用單色螢幕, 那麼趕快在EMM386這行後面再加個參數如下:
device=\dos\emm386.exe noems i=e000-efff i=a000-afff
重新開機後, 再以MEM 觀察, 發現傳統記憶體居然變成704K (多了64K), 連可執行的程式最大容量也增加了! 這是使用單色螢幕 386/486才有的特權。
以下再列出彩色/單色螢幕的CONFIG.SYS 設定實例 :
彩色 386/486
DEVICE=\DOS\HIMEM.SYS
DOS=HIGH UMB
DEVICE=\DOS\EMM386.EXE NOEMS I=C800-EFFF
BUFFERS=50,8
FILES=30
單色 386/486
DEVICE=\DOS\HIMEM.SYS
DOS=HIGH UMB
DEVICE=\DOS\EMM386.EXE NOEMS I=A000-AFFF I=C000-EFFF
BUFFERS=50,8
FILES=30(若只有384K延伸記憶體, 則不夠UMB 使用, 第二個I=要改成C600-EFFF)有了UMB 以後, 要執行常駐程式就可使用LOADHIGH (可簡寫為LH)命令來把常駐程式載入到UMB 了。同樣也可寫在AUTOEXEC.BAT等批次檔中。若是由CONFIG.SYS設定的驅動程式, 則把DEVICE= 改用DEVICEHIGH=來載入。但並非每個程式都可放到UMB,如 SMARTDRV 就不適合。使用UMB 的實例如下: DOS命令或用在.BAT檔中 :
LH DOSKEY
LH APPEND C:\TC\LIB;C:\JB;
CONFIG.SYS 檔的設定中 :
DEVICEHIGH=\DOS\ANSI.SYS
DEVICEHIGH=\MOUSE.SYS 2
若是UMB 客滿了, 常駐程式會自動轉置於傳統記憶體中。你可用MEM/C來觀察傳統記憶體和UMB 的使用情形。 節省記憶體的其他技巧 DOS 使用HMA 和UMB 在真實模式下作出最後的"掙扎", 但HMA和UMB增加的記憶體終究有限, 若是那天還是碰上"(傳統)記憶體不足"時要怎麼辦呢? 就只有找出下列的最後掙扎的最後技巧了。
1. 在CONFIG.SYS中加入下列命令: STACK=0,0
FCBS=1
一般應用程式很少用到STACK,設為0 可省下1K左右。而FCB 更是很落伍的軟體才用得上的。FCBS=1可省下176 bytes 。
2. 設定BUFFERS 值小一點, 例如44以下。
3. 減少FILES 值 (可開檔數目),每少一個可省下53 bytes 。
4. 檢討UMB 位址是否充分利用, 重新設定參數。或者改用QEMM386.SYS來代替 EMM386.EXE 和HIMEM.SYS 。
5. 審視所有的驅動程式和常驅程式, 沒用到的不要載入系統, 或是儘量LOADHI。如果你只在WINDOW中使用滑鼠, 可把外部的滑鼠驅動程式(如:MOUSE.COM)拿走, 因為WINDOW有自己的滑鼠驅動程式。 虛擬磁碟和磁碟快取用完了HMA 和UMB 剩下來的延伸記憶體, 對一般應用程式都用不著了, 要如何處理呢? 如果你只有384K的延伸記憶體, 也用得差不多了,就到此為止。如果你還有更多的記憶體, 就可拿來作虛擬磁碟, 或是作磁碟快取區, 來減少硬碟的讀取磨損, 並加速系統的運行。 但首先你要瞭解自己還剩下多少可使用的記憶體, 這可用MEM 來觀察, 再除以1024得到K 數。另外倚天中文3.1 版可將字型檔等載入延伸記憶體; 所以你要先執行中文系統(3.1版) 再執行MEM , 才能確定剩下多少延伸記憶體可以使用。如果還使用WINDOW等其他會使用延伸記憶體的軟體, 就需要再調整分配。 虛擬磁碟(Virtual Disk 或 RAM Disk)是以記憶體模擬磁碟, 存取檔案的速度比硬碟快, 適用於處理大量檔案或經常讀取的資料。但注意若是寫入資料到虛擬磁碟, 最後記得要轉存到硬碟上, 否則電源一關,記憶體的資料就消失了。磁碟快取(Disk Cache)是將較重要或經常讀取的硬碟資料, 存在磁碟快取區, 若有磁碟I/O 時, 就可直接從快取區拿取資料。一、虛擬磁碟工具: RAMDRIVE.SYS在 CONFIG.SYS 的設定實例:
DEVICE=\DOS\RAMDRIVE.SYS 320 512 120 /E
說明:
第一個參數: 320,使用虛擬磁碟的K 數。此值需是64(K) 的整數倍。
第二個參數: 512,每個磁區的bytes 數。512 與磁碟磁區大小一致。
第三個參數: 120,根目錄下最多可存放的檔案和子目錄個數。
參數 /E 表示使用延伸記憶體。若是 /A 則使用擴展記憶體。
不設定 /E 或 /A 則使用傳統記憶體。
二、磁碟快取工具: SMARTDRV.SYS在 CONFIG.SYS 的設定實例: DEVICE=\DOS\SMRATDRV.SYS 1024 說明:
第一個參數: 1024, 使用磁碟快取區的K 數。此值最少為128 (K)。
第二個參數: 沒設, 這是快取區的最小K 數。若使用WINDOW等會佔用延伸記憶體的軟體, 快取區會自動調成此值。另外,參數 /A 表示使用擴展記憶體,沒設則自定使用延伸記憶體。
若是你有PC-CACHE.COM或NCACHE.EXE等其他功能較強的磁碟快取程式, 可用來取代DOS 的SMARTDRV, 參數用法請參考相關的說明書。DOS 的RAMDRIVE.SYS和SMARTDRV.SYS都需配合HIMEM.SYS 使用。---------------------------------------------------------(註1) 表中MSDOS 的數值是只有一部硬碟C 的情況。若還有硬碟D,則 MSDOS 的大小是57312 Bytes,否則有可能是感染病毒。另外如果有AUTOEXEC.BAT, 則有64 Bytes的FREE區, 為環境變數區。 MEM/C 所觀察的UMB 第一項為64K ～160K 的SYSTEM, 是表示 UMB 分配給系統I/O 或ROM-BIOS使用之數量。
掛載EMM386.EXE時，碰到預期外的行為時，考慮以下列參數選項來解決：X = a000-f7ff
如果不包括整個上層記憶體區域 (UMA) 可以解決系統問題，EMM386.EXE 可能會太積極地掃描，以及設定上層記憶體區塊 (UMBs) 在一些介面卡的最上層 ROM 或 RAM。使用任何可用的硬體文件 (包括附加元件的硬體裝置，例如視訊、 網路，以及磁碟控制器卡上的文件)，來識別任何 ROM 或 RAM 出現在 [UMA 中為該裝置，並排除所有相關的區域。如果硬體文件無法使用，或者並不會提供必要的資訊，您可以使用 [Microsoft 診斷公用程式 」 (MSD) 來識別記憶體區域。
NOEMS
如果 NOEMS 參數已修正與 EMM386.EXE 問題，EMM386.EXE 可能與某些硬體 ROM 或 [UMA 中的 RAM 位址不慎衝突時嘗試建立擴充的記憶體 (EMS) 頁面框架。如果執行檢查 DOS 為主的應用程式所需 EMS，使用參數框架 = 或 M (是已定義的十六進位位址) 明確地指定 nonconflicting 區域中的 [EMS 頁面框架的位置。如果沒有應用程式需要 EMS，只是繼續使用 NOEMS 參數。
NOVCPI
NOVCPI 切換控制會停用虛擬控制項程式介面 (VCPI) 支援，並且可以用於只能在配合 NOEMS 參數中。 如果使用 NOVCPI 更正問題，應用程式可能不是與 EMM386.EXE VCPI 配置配置完全相容。請繼續使用 NOVCPI] 參數，或使用應用程式時不要載入 EMM386.EXE。
NOMOVEXBDA某些機器使用最後的千位元組的傳統記憶體擴充的 BIOS 資料區域。預設情況下，EMM386.EXE remaps 這個記憶體區域到 UMA，而非傳統記憶體。如果這會導致未預期的系統行為，NOMOVEXBDA 參數必須用。
NOTR
EMM386.EXE 有偵測程式碼，以搜尋權杖環網路介面卡的存在。此偵測程式碼可能會造成某些電腦停止回應。NOTR 切換來停用此搜尋。
P.S. 回顧
在最初的x86的硬體結構下，真實模式下不能存取1M以上記憶體。這1M的記憶體可以分為前640K常設記憶體和640K到1M的高端記憶體(UMA)。但是在主機板設計人員的努力下，x86的真實模式可以通過頁切換機制把主機板上的1M以上的記憶體區（EMS/XMS)映射到高端記憶體區，從而可以實現真實模式下對EMS/XMS的讀寫。所以並不是只在保護模式下才能讀寫EMS。否則，很多較大的DOS應用都無法運行了。當然對於dos程式師來說，需要一些特定軟體的支援。EMS和XMS就是兩種1M以上記憶體存取軟體介面的規範。具體的產品就有我們熟悉的Himem.sys和emm386.exe。這兩種介面實際上都是OS的陷阱。當你調用這些介面時，陷入dos內核，himem或emm的代碼將負責把EMS/XMS映射到UMA中。這兩種介面具體的實現機制有一些差別，可以查看相關的資料。但是這種介面只能在EMS/XMS中存放資料，存放的代碼將無法運行。所以程式的程式碼片段仍然必須駐留在1M以下的常設記憶體中。所以前640K對於程式師仍然是一個潛在的障礙。如果你的程式碼段的長度超過了640K（實際上還要小一些），你就會得到在dos下最常見的資訊"not enough
memory under 640K"，儘管實際上你可能安裝了16M或更多的記憶體。當然，這些都是歷史了。不過瞭解一下這些歷史，會幫助你更好地理解今天的電腦。
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圖三
圖四
圖五 
圖八
圖十
圖十二
