DOS环境下支持的最大内存是多少？

DOS 6.22 can address 640 KB (not MBytes!) of conventional memory and use upto 64 MB of extended memory via DPMI and DOS Extender or himem.sys.

（来源：https://www.zhihu.com/question/20070475）

• 基本内存　占据0～640KB地址空间。
• 保留内存　占据640KB～1024KB地址空间。分配给显示缓冲存储器、各适配卡上的ROM和系统ROM BIOS，剩余空间可作上位内存UMB。UMB的物理存储器取自物理扩展存储器。此范围的物理RAM可作为Shadow RAM使用。
• 上位内存（UMB）　利用保留内存中未分配使用的地址空间建立，其物理存储器由物理扩展存储器取得。UMB由EMS管理，其大小可由EMS驱动程序设定。
• 高端内存（HMA）　扩展内存中的第一个64KB区域（1024KB～1088KB）。由HIMEM.SYS建立和管理。
• XMS内存　符合XMS规范管理的扩展内存区。其驱动程序为HIMEM.SYS。
• EMS内存　符合EMS规范管理的扩充内存区。其驱动程序为EMM386.EXE等。

 

1. DOS的640K内存问题

 

1980年，IBM决定进入个人电脑市场，他选择了INTEL 16位的8086/8088芯片作为PC机的CPU。8086/8088有20位地址线，能读写1M（即1024K）的内存。微软和IBM在设计DOS操作系统时，决定把这1024K内存分成两部分，其中640K留给DOS系统和DOS程序使用，其余384K内存留作其他用途，如用作显示RAM，主板BIOS等。这640K内存也被称为常规内存或基本内存，早期的DOS和DOS程序就只能在这个范围内活动，这就是日后所谓的640K内存限制。
在当时，这是个很超前的设计，因为当时PC机所瞄准的对手——采用摩托罗拉8位6502芯片为CPU的APPLE II 只能支持64K内存。所以当时比尔.盖茨说：“640K内存肯定够用的了。”
然而当越来越多软件硬件加入到PC阵营时，640K内存就开始变得捉襟见肘。DOS本身要占去50多K的内存，然后是各种设备的驱动程序（鼠标、声卡、光驱、游戏手柄等外设的驱动程序以及DOS本身的ANSI.SYS及虚拟盘驱动程序RAMDIRVE等），还有其他TSR（内存驻留）程序如各种反病毒监察软件。这些程序不仅都要争夺640K内存空间，而且还会“赖着不走”。留给其他DOS应用程序的空间大大减少。
此外DOS下的应用软件功能越来越强，需要越来越多的内存。电子表格软件LOTUS 1-2-3一出世便至少需要256K的内存；而对于外挂汉字系统，256K内存仅够16点阵显示字库；文字处理软件WPS本身至少也需要180K内存；数据库软件FOXBASE则需要400K左右的内存，WINDOWS就更别提了。PC体系当初引以自豪的640K超前设计，很快便变成了巨大的障碍。

 

2. 扩充内存EMS（Expanded Memory Specification)或LIM内存

1986年，PC机上最受欢迎的软件——电子表格LOTUS 1-2-3发售新的2.0版，很快便售出数十万份。然而在许多用户的PC机（当时286机不普及，386刚出来，最多的还是使用8088CPU的PC机）上，它无法获得足够的运行内存。焦头烂额的LOTUS只好向INTEL求援，Microsoft也随后参与一起制定了给PC机扩充内存方案：LIM规格出台，即LOTUS、INTEL和Microsoft联合订制，最终版是LIM4.0版。这是一种自带存储芯片的扩充内存控制板，插在PC机的扩展槽上，通过它可为PC机提供多达32M的调页式扩充内存，简称扩充内存(EMS)。
只能访问1M内存的8086/8088又怎么突然能够额外得到32M的内存呢？当然，CPU并不能直接访问EMS内存，使用EMS的程序也不知道这些内存到底在那里，它只知道系统中有一些能存储信息的“页”。8086/8088不是能访问1024K内存么，在那384K的保留空间里还有一些空余的空间的，扩充内存控制板就使用了384K保留内存中的64K空余内存，这64K内存被分成4个页，每页16K，这部分页称为“页框架”，EMS内存也分成一个个16K的页，总数可达2000个。使用EMS的程序最多允许同时访问4个页，当程序要访问到某个页时，内存控制板就把相应EMS页的内容复制到页框架中让程序读写，读写完后把页框架中页的内容复制回相应的EMS内存页，再把别的EMS页内容复制到页框架中让程序读写。所以LIM内存被称为“调页式扩充内存”。有点像是内存页的即时热切换。也许你觉得这样做会很麻烦，也确实麻烦，但却总比没有好。

 

3. 扩展内存XMS（Extended Memory Specification）

INTEL的后续产品80286仍是16位芯片，但其地址线增加到24位，可以访问16M内存，其1M以上的内存便称为扩展内存(XMS)，为了能兼容以前的DOS程序，80286拥有两种工作模式：一种是实模式(real mode)，在实模式下，286就象8086/8088一样工作，只能使用1M内存，这时DOS程序在一个“更快的”8086中运行；另一种是保护模式(protected mode)，在保护模式下，80286可以使用多达16M的内存，遗憾的是，在保护模式下需要实模式的DOS程序就不能够运行了。
再后来80386是32位的芯片，地址线增加到32位，可以访问4G的内存。与286不同的是，当80386运行在保护模式的时候，它还提供一种虚拟86（V86）模式，提供相当8086的功能，需要实模式的DOS程序这时仍会发现自己在一个“8086”CPU中运行。这还使得DOS的多任务成为了可能。因此MS-DOS5.0及以后版本干脆就在386的保护模式下运行，新的DOS程序如FOXPRO也在保护模式下工作，而由80386提供的V86模式支持以前需要实模式的DOS程序。
从MS-DOS5.0开始，我们得到了一个HIMEM.SYS去统一管理XMS内存。

 

4. 高位内存HMA（High memory area）

人们惊喜地发现，当286及以后CPU的第21根地址线(a20)启动后，紧挨着前1024K内存的第一个64K区段也可以被实模式的DOS 程序（通过第20根地址线a19）直接访问，即实模式DOS程序可访问多达1088K内存。只是这64K内存不能拆分开，只可以由一个DOS程序独占，所以一般用来存放DOS的命令解释器 http://COMMAND.COM（在config.sys中通过dos=high命令指定）的常驻内存部分。于是把这64K内存从原来的XMS中划分出来，称为高位内存（HMA），将 http://COMMAND.COM放入HMA后，DOS占用的常规内存可减少50多K。

 

5. 上位内存UMB（Upper Memory Blocks）和保留内存

前面不是说过，DOS初期划分了384K的保留内存么。其实这部分内存基本上未被真正占用过，主板BIOS用自己的储存芯片，显卡上也有自己的显存……但是，为了兼容以往的DOS程序，系统还是要把一部分BIOS和显存等映射进来，这部分空间不能被其他DOS程序使用。但即便如此，整个保留内存还有将近一半的空余空间，对于实模式的DOS程序而言，这可是最后一块可开垦的区域了。
虽然8086和286理论上也有保留内存区，但实际上只有386或以上的计算机才能支持UMB。
MS-DOS5.0提供了一个Emm386.exe，可把保留内存中的空余空间收集起来组成UMB，并在config.sys中提供devicehigh命令把光驱、声卡等驱动程序装入UMB，还在命令行提供loadhigh(LH)命令把鼠标驱动等TSR程序装入UMB，从而省出更多的常规内存。现在有一些新型的DOS软件如SMARTDRV和UCDOS，CCDOS97也可以自动把自己存进UMB。
保留区还有其他一些潜力可挖，比如现在大家都用VGA了，那么保留区里划分给单显(HGA)使用的16K内存，现在完全可以拿出来充进UMB，EMM386.EXE提供了一个I(nclude)参数，可以把指定区域的保留内存划进UMB。BIOS中有一段代码是用于启动时计算机自检和加载DOS的，当计算机启动后，这部分代码占用的空间也可以腾出来。

 

6. 用XMS模拟EMS

既然80386在保护模式下能有广大的XMS，又能够运行实模式DOS程序。为什么不把XMS的一部分模拟成EMS，让需要EMS的DOS程序也沾点光呢？这不就不需要用户去另买什么扩充板了么？
确实这样做到了，EMM386.EXE 有一个RAM参数，它把保留内存中的64K空余内存划出来成为页框架，然后把EMS的“页”全部放到XMS中去，这样需要EMS的DOS程序就能够得到EMS了，而且对于使用EMS的程序来说和以前并没有什么不同，在XMS中模拟出来的EMS比真正的EMS还要快。不过这也是使得许多人搞不清XMS和EMS区别的原因。
如果用户确实不需要EMS（毕竟新的DOS程序都不使用EMS而转用XMS），可以加载EMM386.EXE时加NOEMS参数，这样系统就不提供EMS，也就不需要页框架，可以多64K的UMB可用。

 

7. WINDOWS对应的内存管理

WINDOWS 1.x/2.x/3.x 总的来说，它支持三种模式，实模式对应DOS的8086实模式；标准模式对应286的16位保护模式；增强模式对应于386的32位保护模式，其中标准模式和增强模式需要HIMEM.SYS的支持，即支持XMS。
WINDOWS95/98/ME 都使用386的32位保护模式，但是不再需要用户在CONFIG.SYS中指定加载HIMEM.SYS，它们在启动时会自动加载HIMEM.SYS。WINME的系统文件IO.SYS甚至把HIMEM.SYS也包含了进去。
WINDOWSNT/2000/XP/2003 它们工作在386的32位保护模式，但它们在OS/2的基础上发展而来，不再以DOS为支持系统，以上的内存模式对它们不适用。