従来のメモリ

DOS メモリ管理では、コンベンショナル メモリ(ベース メモリとも呼ばれる) は、 IBM PCまたは互換システムのメモリの最初の 640キロバイトです。これは、オペレーティング システムやアプリケーション プログラムが使用するためにプロセッサが直接アドレス指定できる読み取り/書き込みメモリです。メモリの価格が急速に低下したため、この設計上の決定は大容量メモリの使用を制限するものとなりましたが、オペレーティング システムとプロセッサが導入されて、この制限は無関係になりました。

640 KB の壁は、 IBM PC 互換PCのアーキテクチャ上の制限です。オリジナルの IBM PCで使用されていたIntel 8088 CPU は、 チップが 20 本のアドレス ラインを提供していたため、1 MB (2 ²⁰バイト)をアドレス指定できました。PC の設計では、640 KB 未満のメモリはマザーボードまたは拡張ボード上のランダム アクセス メモリ用であり、コンベンショナル メモリ領域と呼ばれていました。コンベンショナル メモリ領域の最初のメモリ セグメント (64 KB) は、下位メモリまたは低メモリ領域と呼ばれます。コンベンショナル メモリ領域を超える残りの 384 KB は上位メモリ領域(UMA) と呼ばれ、システム使用およびオプション デバイス用に予約されています。UMA は、ROM BIOS、追加の読み取り専用メモリ、固定ディスク ドライブおよびビデオ アダプタの BIOS 拡張、ビデオ アダプタ メモリ、およびその他のメモリ マップされた入出力デバイスに使用されました。オリジナルの IBM PC の設計では、カラー グラフィックス アダプタ(CGA) メモリ マップが UMA に配置されていました。

予約済みアドレスを利用するハードウェアのニーズよりも、RAM の需要が急速に高まったため、最終的に RAM はこれらの未使用の上位領域にマッピングされ、利用可能なアドレス可能スペースをすべて利用できるようになりました。これにより、ハードウェアが占有するアドレス セットに、任意のデータに使用できる予約済みの「ホール」(または複数のホール) が導入されました。このようなホールを回避するのは困難で見苦しく、DOSや DOS で実行できるほとんどのプログラムではサポートされていませんでした。後に、ホール間のスペースが上位メモリ ブロック (UMB) として使用されるようになりました。

古いオペレーティングシステムやアプリケーションとの互換性を保つため、8086/8088 がIntel 80286プロセッサに置き換えられた後も、640 KB の壁は PC の設計の一部として残った。Intel 80286 プロセッサは、保護モードで最大 16 MB のメモリをアドレス指定できる。286 がリアルモードで動作している限り、1 MB の壁も残った。これは、DOS がリアルモードを必要とし、リアルモードはセグメントレジスタとオフセットレジスタを重複して使用するため、20 ビットを超えるアドレスは不可能だったためである。DOS で使用されるようなリアルモードで動作している IBM PC 互換機には、今日でもこの壁が存在する。最新の Intel PC でも、640 KB から 1024  KBの間の領域が予約されている。^{[3] [4]ただし、}仮想メモリを使用する新しいオペレーティングシステム ( Windows、Linux、Mac OS Xなど) 上のプログラム (またはオペレーティングシステムの大部分) には、物理​​メモリアドレスをまったく認識しないため、この壁は見えない。代わりに、利用可能なRAMアドレスとは独立して定義される仮想アドレス空間内で動作します。^[5]

一部のマザーボードには、ビデオ メモリ用に特定の 1 メガバイトへの排他的アクセスを必要とする特定の VGA ビデオ カードに必要な「15 メガバイトのメモリ ホール」オプションが搭載されています。AGP (PCI メモリ スペース) バスを使用する最近のビデオ カードには、1 GB のアパーチャ サイズで 256 MB のメモリを搭載できます。

初期のIBM XTコンピュータで使用されていた技術の1つは、ビデオメモリのアドレス範囲に追加のRAMをインストールし、制限をモノクロディスプレイアダプタ（MDA）の開始まで押し上げることでした。これを機能させるには、ソフトウェアまたはカスタムアドレスデコーダが必要な場合がありました。これにより、障壁は704KB（MDA/HGCの場合）または736KB（CGAの場合）に移動しました。^{[6] [7]}

386ベースのシステムのメモリマネージャ（ DR-DOSのQEMMやMEMMAX（+V）など）は、640KBのコンベンショナルメモリを追加し、バリアを704KB（MDA/HGCの開始セグメントB000まで）または736KB（CGAの開始セグメントB800まで）に移動することで、同じ効果を達成できました。^[7]この状況ではCGAのみを使用できました。これは、拡張グラフィックスアダプタ（EGA）ビデオメモリが640KBラインの下のコンベンショナルメモリ領域のすぐ隣にあるためであり、同じメモリ領域をビデオカードのフレームバッファと一時プログラムの両方に使用することはできませんでした。

オールコンピュータ社のXT- ^{[8] [9]}用ピギーバックアドオンメモリ管理ユニット AllCard、 286/386SXクラスコンピュータ用Chargecard ^[10]、およびMicroWay社のECM (Extended Conventional Memory) アドオンボード^{[11]により、通常のメモリをA0000～EFFFF (} 16進数) のアドレス範囲にマッピングできるようになり、DOSプログラムに最大952KBのメモリを割り当てられるようになった。ビデオメモリに直接アクセスするLotus 1-2-3などのプログラムでは、このメモリレイアウトに対応するためにパッチを当てる必要があった。そのため、ハードウェアの互換性を犠牲にして640KBの壁は取り除かれた。^[10]

また、コンソールリダイレクト^[12]を使用して（ COMMAND.COM を最初に呼び出すときにAUX:などの代替コンソールデバイスを指定するか、後でCTTY を使用することによって）、ダム端末または端末エミュレータを実行している別のコンピュータに出力を送信し、そこから入力を受信することも可能でした。システム BIOSがまだマシンの起動を許可していると仮定すると（少なくとも組み込み PC の BIOS では多くの場合そうである）、いわゆるヘッドレスコンピュータのビデオカードを完全に取り外すことができ、システムはプログラムをロードするための合計 960 KB の連続 DOS メモリを提供できます。

同様の使用法は、IBM互換ではないが断片化されていないメモリレイアウトを持つ多くのDOS互換コンピュータでも可能であった。例えば、8086 CPUカードCP-200Bと最大16枚のSCP 110Aメモリカード（それぞれ64KBのRAMを搭載）を搭載したSCP S-100バスシステムで、合計1024KB（ビデオカードなし、コンソールリダイレクトを使用、ブート/BIOS ROMをマッピング後）まで可能であった。^[13]最大896KBをサポートしたVictor 9000 / Sirius 1、またはカスタムバージョンのMS -DOSで使用するためにより連続したDOSメモリを備えたApricot PCなどである。

DOS 用に作成された標準プログラムのほとんどは、必ずしも 640 KB 以上のメモリを必要としませんでした。代わりに、終了して常駐するプログラム(TSR) と呼ばれるドライバ ソフトウェアとユーティリティを標準 DOS ソフトウェアに加えて使用できました。これらのドライバとユーティリティは通常、コンベンショナル メモリの一部を永続的に使用するため、標準 DOS プログラムで使用できるメモリの合計が減少しました。

従来のメモリを使用する一般的な DOS ドライバと TSR には、次のようなものがあります。

• ANSI.SYS - カラーテキストとさまざまなテキスト解像度のサポート
• ASPIxDOS.SYS、ASPIDISK.SYS、ASPICD.SYS - Adaptec SCSIドライブと CDROM が動作するには、これらをすべてロードする必要があります。
• DOSKEY.EXE - 上矢印キーを使用して、以前に入力した DOS コマンドを呼び出すことができます。
• LSL.EXE、E100BODI.EXE（またはその他のネットワーク ドライバー）、IPXODI.EXE、NETX.EXE - NetWareファイル サーバーのドライブ文字アクセスには、これらすべてをロードする必要があります。
• MOUSE.EXE - DOS プログラムでのマウス デバイスのサポート
• MSCDEX.EXE - CDROM ドライブ アクセスとドライブ文字のサポート。別のメーカー固有のドライバーと組み合わせて使用​​します。SCSI CDROM デバイスにアクセスするには、上記の SCSI ドライバーに加えて必要です。
• SBCONFIG.EXE - Sound Blaster 16オーディオ デバイスのサポート。他のさまざまなサウンド カードには、異なる名前のドライバーが使用され、これも従来のメモリを占有します。
• SMARTDRV.EXE - ドライブ キャッシュをインストールして、ディスクの読み取りと書き込みを高速化します。ドライブ キャッシュ用に 640 KB を超える数メガバイトのメモリを割り当てることができますが、機能するにはコンベンショナル メモリの少量も必要です。

上で見たように、これらのドライバーと TSR の多くは、システムのフル機能の動作に実質的に不可欠であると考えられます。しかし、多くの場合、コンピューター ユーザーは、特定の標準 DOS プログラムを実行できるようにするか、お気に入りのドライバーと TSR をすべてロードするかを選択する必要がありました。ユーザーが標準 DOS プログラムも実行したい場合は、上記のリスト全体をロードすることは非現実的または不可能である可能性があります。

場合によっては、特定のプログラムを実行するためにドライバーまたは TSR をメモリからアンロードし、プログラムの実行後に再度ロードする必要があります。アンロードできないドライバーについては、DOS の以降のバージョンにはスタートアップ メニュー機能が含まれており、コンピューター ユーザーは、メモリ使用量の多い特定の標準 DOS プログラムを実行する前に、ロードするドライバーと TSR のさまざまなグループを選択できます。

1980 年代後半から 1990 年代前半にかけて、DOS アプリケーションが大規模かつ複雑化するにつれ、アプリケーションで使用できるコンベンショナル メモリを最大化するために、起動時にデバイス ドライバーと TSR プログラムを上位メモリ領域(UMA) 内の上位メモリ ブロック (UMB) に移動してコンベンショナル メモリを解放することが一般的な方法になりました。これには、ハードウェアの変更が不要で、アプリケーションの互換性が維持されるという利点がありました。

この機能は、最初にQEMMなどのサードパーティ製品によって提供され、その後1990 年にDR DOS 5.0に、さらに 1991 年にMS-DOS 5.0に組み込まれました。ほとんどのユーザーは、MS-DOS 5 に付属するEMM386ドライバーを使用していましたが、 QEMMなどの企業のサードパーティ製品も人気がありました。

起動時に、ドライバーは「DEVICEHIGH =" ディレクティブを使用してハイにロードできますが、TSR は「LOADHIGH」、「LH」、または「HILOAD」ディレクティブを使用してハイにロードできます。操作が失敗した場合、ドライバーまたは TSR は代わりに通常のコンベンショナル メモリに自動的にロードされます。

CONFIG.SYS、UMB に ANSI.SYS をロード、EMS サポートは有効になっていません:

デバイス=C:\DOS\HIMEM.SYS
DEVICE=C:\DOS\EMM386.EXE NOEMS
デバイスHIGH=C:\DOS\ANSI.SYS

AUTOEXEC.BAT、可能であれば MOUSE、DOSKEY、および SMARTDRV を UMB にロードします。

LH C:\DOS\MOUSE.EXE
LH C:\DOS\DOSKEY.EXE
LH C:\DOS\SMARTDRV.EXE

DOS バージョン 5.0 以降では、DOS =HIGH コマンドを使用して独自のシステム コア コードをハイ メモリ領域(HMA)に移動できるため、空きメモリがさらに増加し​​ました。

ハードウェア拡張ボードは、ROM アドレス指定に上位メモリ領域のいずれかを使用できるため、インストールされているハードウェアに応じて、上位メモリ ブロックのサイズは可変で、各コンピュータごとに場所が異なります。上位メモリの一部のウィンドウは大きく、他のウィンドウは小さくなります。ドライバーと TSR を上位にロードすると、ブロックが選択され、プログラムが収まるブロックが見つかるまで、プログラムがそこに収まるように試みられます。そうでない場合は、コンベンショナル メモリに入ります。

ドライバと TSR の珍しい点は、ロードされた順序に基づいて、コンベンショナル メモリや上位メモリの使用量が異なることです。プログラムが異なる順序で繰り返しロードされ、各順列の後に空きメモリの量を確認する場合、これを有利に利用できます。たとえば、50 KB の UMB と 10 KB の UMB があり、8 KB と 45 KB を必要とするプログラムがロードされた場合、8 KB が 50 KB の UMB に入り、2 番目の UMB がロードされなくなる可能性があります。DOS の後の版では、ドライバまたは TSR に特定のロード アドレスを使用できるため、ドライバ/TSR をより密接に組み合わせることができます。

MS-DOS 6.0 では、Microsoft は、MEMMAKERブロック マッチングのプロセスを自動化し、サード パーティのメモリ マネージャーが提供する機能と一致する を導入しました。この自動最適化では、最大の空きコンベンショナル メモリを提供するという意味で、手動で行う場合と同じ結果が得られないことがよくありました。

また、場合によっては、サードパーティの企業が、いくつかの標準 DOS ドライバと TSR の機能を、わずか数キロバイトのメモリしか使用しない 1 つの非常にコンパクトなプログラムに統合する特別な多機能ドライバを作成しました。たとえば、マウス ドライバ、CD-ROM ドライバ、ANSI サポート、DOSKEY コマンド呼び出し、ディスク キャッシュの機能がすべて 1 つのプログラムに統合され、通常のドライバ/割り込みアクセスに 1 ～ 2 キロバイトのコンベンショナル メモリしか消費せず、残りの多機能プログラム コードは EMS または XMS メモリに格納されます。

この障壁は、 DOS エクステンダの登場によって初めて克服されました。DOS エクステンダにより、DOS アプリケーションを 16 ビットまたは 32 ビットの保護モードで実行できるようになりましたが、これらはコンピュータ ゲーム以外ではあまり広く使用されていませんでした。32 ビット DOS エクステンダを使用すると、ゲームは 66h/67h オペランド/アドレス オーバーライド プレフィックスなしで、32 ビットのフラット アドレス空間と完全な 32 ビット命令セットのメリットを享受できます。32 ビット DOS エクステンダにはコンパイラ サポート (32 ビット コンパイラ) が必要でしたが、XMSとEMS は、16 ビット リアルモード DOS アプリケーションを対象とした古いコンパイラで動作しました。DOS エクステンダの最も一般的な 2 つの仕様は、Windows 3.x と互換性 のあるVCPIと、後にDPMIでした。

最も有名な DPMI 準拠の DOS エクステンダーは、 Watcomに同梱されていたDOS/4GWでしょう。これは DOS のゲームでは非常に一般的でした。このようなゲームは、DOS/4GW 32 ビット カーネル、またはパスまたは同じディレクトリにある DOS/4GW カーネルをロードしたスタブと 32 ビットの「リニア実行可能ファイル」で構成されます。このようなプログラムから DOS/4GW を取り除き、ユーザーがいくつかの (おそらくは改良された) DOS/4GW クローンのいずれかを試すことができるユーティリティが利用可能です。

DOS エクステンダーが登場する前は、ユーザーが追加のメモリをインストールして DOS で使用したい場合、まず拡張メモリ仕様 (EMS) または拡張メモリ仕様 (XMS) のいずれかをサポートするドライバをインストールして構成し、これらの仕様のいずれかをサポートするプログラムを実行する必要がありました。

EMS は、 Intel 8086およびIntel 8088ベースの PC を含むすべての PC で利用可能な仕様で、アドオン ハードウェアが「リアル モード」アドレス空間 (0x0400–0xFFFF) のメモリの小さなチャンクをページング (バンク スイッチング) できるものでした。これにより、16 ビット リアル モード DOS プログラムは、通常 (0xE000–0xEFFF) の実メモリの穴を介して数メガバイトの RAM にアクセスできるようになりました。その後、プログラムはページを使用する前に、そのページにアクセスすることを明示的に要求する必要があります。その後、これらのメモリ位置は、別のページに置き換えられるまで任意に使用できます。これは、最新のページ化された仮想メモリと非常によく似ています。ただし、仮想メモリ システムでは、オペレーティング システムがすべてのページング操作を処理しますが、EMS ではページングは​​明示的でした。

XMS は、16 ビット DOS プログラムが低メモリ (アドレス 0x0400 ～ 0xFFFF) に 80286 または 80386 拡張メモリのチャンクをロードできるようにする基本プロトコルを提供しました。一般的な XMS ドライバは、このメモリをロードするために保護モードに切り替える必要がありました。このアプローチの問題は、286 保護モードの間は直接 DOS 呼び出しができないことです。回避策は、286 のリセットを必要とするコールバック メカニズムを実装することでした。286 では、これは大きな問題でした。「仮想 8086 モード」を導入したIntel 80386では、ゲスト カーネルが 8086 をエミュレートし、プロセッサを実際に「リアル モード」に戻すことなくホスト オペレーティング システムを実行できました。HIMEM.SYS 2.03以降では80386以降のCPUで非実モードが使用され、HIMEM.SYS 2.06以降ではLOADALLを使用して80286の文書化されていない内部レジスタを変更し、リアルモード/プロテクトモードの切り替えの繰り返しを回避することで割り込みレイテンシを大幅に改善しました。^[14]

Windowsは、DOS 3.3以降に独自のバージョンのHIMEM.SYS ^[15]をインストールします。Windows HIMEM.SYSは、Windows仮想マシンマネージャ用の32ビット保護モードXMS (n).0サービスプロバイダを起動し、DOSボックスと16ビットWindowsマシンにXMS (n-1).0サービスを提供します（たとえば、DOS 7 HIMEM.SYSはXMS 3.0ですが、Windows 95 DOSウィンドウで「MEM」コマンドを実行すると、XMS 2.0情報が表示されます）。

• 拡張メモリ(EMS)
• 拡張メモリ(XMS)
• ハイメモリ領域(HMA)
• DOS 保護モード サービス(DPMS)
• ロードハイ
• ロングモード
• RAM制限
• 一時プログラム領域(TPA)
• 上位メモリ領域(UMA)
• x86 メモリセグメンテーション
• 3 GBの壁

• ルドルフ・ブレナー (1986)。 「PC では 640 K を達成」。c't - コンピュータ技術雑誌(ドイツ語)。 Vol. 1986年、いいえ。 11. Verlag Heinz Heise GmbH & Co. KG。 p. 94.ISSN 0724-8679  。
• ランデンベルガー、アンドレアス（1987 年 11 月）。マイケル・ワイルド（編）。 「Booten mit List - PC-Speicher über 640 KB voll genutzt」。c't - コンピュータ技術に関する雑誌。プラクシスティプ（ドイツ語）。 Vol. 1987年、いいえ。 11. Verlag Heinz Heise GmbH & Co. KG。ページ 154、156。ISSN 0724-8679  。