EMM386
EMM386 – für englisch Expanded Memory Manager 386 – ist eine DOS-Speicherverwaltung für PCs mit Intel 80386-Prozessor. Der Name kommt von den gleichnamigen Systemdateien EMM386.SYS und EMM386.EXE, die ab 1987 in den DOS-Versionen MS-DOS und PC DOS (ab Version 3.0) und in den DOS-basierenden Windows-Versionen (ab Windows 2.0) zur Verwaltung von Upper Memory Blocks und emuliertem Expanded Memory eingesetzt wurden. Dazu versetzt EMM386 den Prozessor in den Virtual 8086 Mode.
Geschichte
[Bearbeiten | Quelltext bearbeiten]Die erste Version des „Compaq Expanded Memory Managers“ wurde mit dem Compaq Deskpro 386 ab September 1986 als CEMM.EXE, gemeinsam mit Compaq DOS 3.31, einer OEM-Version von MS-DOS, ausgeliefert. Diese erste Version war aus der Idee heraus geboren, sich die Fähigkeiten des i386-Prozessors unter DOS zunutze zu machen. PC-kompatibles DOS, ein reines Real-Mode-Betriebssystem, kann keinen Speicher über 1 MiB adressieren. Mehr Arbeitsspeicher hätte nur ein vollkommen anderes Betriebssystem bereitstellen können, das im Protected Mode läuft, wie z. B. Xenix (ein PC-Unix von Microsoft) oder OS/2.
Für DOS gab es allerdings Ende der 1980er Jahre bereits eine Vielzahl an Anwendungssoftware, ebenso wie bereits sogenannte „Expanded Memory“-Speichererweiterungen, die als Steckkarten in IBM-kompatiblen PCs zusätzlichen RAM für Daten zur Verfügung stellen konnten. Compaq machte es sich die vorhandenen Gegebenheiten zunutze, für die bereits bestehenden DOS-Anwendungen, die EMS-Speicher unterstützen, mit dem Expanded Memory Manager eine solche Speicherkarte nach dem LIM-EMS-Standard 3.2 zu emulieren. Die erste bekannte CEMM-Version trug vermutlich deshalb ebenfalls die Versionsnummer 3.20.[1] Dazu nutzt CEMM die Speicherverwaltungseinheit des 32-Bit-x86-Prozessors „Intel 80386“, um Arbeitsspeicher über der 1-MiB-Grenze – sogenannter „Extended Memory“ bzw. „erweiterter Speicher“ – in Form eines Speicherfensters innerhalb des oberen Speicherbereichs (Upper Memory Area, UMA) einzublenden, wo der Zugriff auch im Real Mode möglich ist. Gleichzeitig vermeidet die Nutzung der UMA eine weitere Verknappung des für Programme so wichtigen Konventionellen Speichers – das ist etwas, was auf den Systemen davor (bis zum Intel 80286) nicht ohne spezielle Chipsätze möglich war.
Da es klar war, dass RAM-Speicherbausteine, die in PCs in Speichersteckplätzen auf den Hauptplatinen verbaut werden, in Zukunft erweitert würden (bereits der 80286 unterstützt im 16-Bit-Protected Mode bis zu 16 MiB RAM, beim 32-Bit-80386 sind bereits 4.096 MiB RAM adressierbar), und weil das Remapping von Speicher auf jedem i386-PC möglich ist, wurde ab 1988 der Expanded Memory Manager als EMM386.SYS in MS-DOS/PC DOS wie auch DR DOS übernommen und um die Bereitstellung von Upper Memory Blocks (UMBs) erweitert. Ab 1991, mit der Verbreitung von MS-DOS 5.x, wurde eine deutlich verbesserte Version EMM386.EXE eingeführt, die u. a. auch VCPI – und damit DOS-Extender – unterstützt.
Funktionsweise
[Bearbeiten | Quelltext bearbeiten]Die EMM386.EXE bzw. EMM386.SYS kann durch Einstellungen in der CONFIG.SYS konfiguriert und angepasst werden. Zusätzlich kann EMM386.EXE von der Kommandozeile aus aufgerufen werden und so aktuelle Einstellungen anzeigen oder in stark eingeschränktem Umfang Konfigurationsänderungen vornehmen. Je nach Hersteller setzen einige EMM386-Versionen einen geladenen HIMEM.SYS-Treiber voraus, da dieser den Zugriff auf den erweiterten Speicher „Extended Memory“ (Arbeitsspeicher über der 1-MiB-Grenze, standardisiert als XMS) regelt.
Funktionen
[Bearbeiten | Quelltext bearbeiten]Emulation von Expanded Memory
[Bearbeiten | Quelltext bearbeiten]Der Treiber EMM386.EXE stellt DOS-Programmen, die nur Arbeitsspeicher aus dem unteren Bereich (unter 1 MiB) adressieren können, seitenweise zusätzlichen Speicher aus dem Speicherbereich oberhalb von 1 MiB zur Verfügung. Hierzu benötigt er ein Speicherfenster (englisch page frame oder auch page window) im Speicherbereich des Real Mode unterhalb der 1-MiB-Grenze (dem Konventionellen Speicher), bevorzugt im Bereich zwischen 640 KiB und 1 MiB (unter DOS der sogenannte obere Speicherbereich oder auch Upper Memory Area). In dieses typischerweise 64 KiB große Fenster werden dann beliebige jeweils 16 KiB große Speicherseiten (englisch pages) aus dem erweiterten Speicher („Extended Memory“) eingeblendet. Zusätzlich verwaltet EMM386 die verfügbaren Upper Memory Blocks, das sind freie zusammenhängende Blöcke im oberen Speicher (UMA) mit teils weniger als 16 KiB (die Größe muss nur ein ganzzahliges Vielfaches von 16 Bytes sein).
Zur Nutzung müssen DOS-Programme EMS per Spezifikation „LIM-EMS“ oder UMBs (oder beides) unterstützen und per definierter Schnittstelle anfordern. Zum Zugriff auf das EMS-Speicherfenster wählt das betreffende Programm zunächst die gewünschte Seite, sodass EMM386 diese einblendet und das Programm damit arbeiten lässt. Durch Wechseln der Seite – die neue Seite wird an der gleichen Adresse eingeblendet – können alle Bereiche des erweiterten Speichers genutzt werden. Aus Sicht des Programms wird in jedem Fall nur mit Speicheradressen aus dem unteren Speicher bis 1 MiB agiert.
EMM386 erreicht so aus Softwaresicht den gleichen Effekt wie die ursprünglichen, für spezielle EMS-Steckkarten ausgelegten Expansionsspeicher-Treiber. Während diese allerdings eigene, für den Prozessor an sich gar nicht adressierbare Speicherbereiche mittels einer speziellen Bank-Switching-Hardware einblendeten, verwendet EMM386 ausschließlich „Bordmittel“ der 386er- und neueren x86-Prozessoren. Damit das funktioniert wird der Prozessor allerdings aus dem unter DOS üblichen Real-Modus in den Virtual-8086-Modus geschaltet, womit einige sehr hardwarenah arbeitende Programme und einige Programme, die spezielle Speicherverwaltungstricks verwenden, nicht kompatibel sind.
Der Intel 80186 und seine Vorgänger haben keine Speicherverwaltungseinheit und bieten somit auch keine Einblendung von Speicher an anderen Adressen, prinzipbedingt kann daher EMS-Speicher nur über die speziellen EMS-Steckkarten, auch Memory-Expander-Karten genannt, realisiert werden.
Beim Intel 80286, der ebenfalls noch keine Speicherverwaltungseinheit (MMU, „Memory Management Unit“) besitzt, ist diese Fähigkeit abhängig vom Chipsatz des Mainboards. So gibt es bspw. erweiterte Chipsätze wie den NEAT-Chipsatz, mit dem es auf dem „286er“ möglich ist, ohne EMS-Karte bis zu 8 MiB EMS-Speicher aus erweitertem Speicher zu simulieren. Wie bei EMS-Karten auch ist dazu allerdings ein extra für den Chipsatz geschriebener Treiber notwendig – der den verschiedenen DOS-Versionen beiliegende EMM386-Treiber eignet sich dafür nicht. Zwar gibt es einen allgemeinen EMM286 für PC/AT-kompatible 286-Rechner, wegen der auf 80286-Rechnern fehlenden Fähigkeit zur Nutzung der UMA als Arbeitsspeicher muss das EMS-Speicherfenster damit jedoch im konventionellen Speicher vorgehalten werden[2] und der Zugriff auf EMS-Speicher ist – im Vergleich mit EMS-Speicherkarten und der EMS-Emulation auf einem i386 mit EMM386 – sehr langsam, weil der Moduswechsel zwischen Real Mode und Protected Mode auf dem 80286, der undokumentiert und daher nur durch einen Hack möglich ist, ebenfalls sehr langsam vonstattengeht.
Upper Memory Blocks
[Bearbeiten | Quelltext bearbeiten]Neuere Versionen von EMM386 bieten zusätzlich oder anstelle der EMS-Verwaltung eine weitere, konzeptionell unabhängige Funktion an: Treiber und andere residente Programme können in Upper Memory Blocks (UMBs) geladen werden. Dazu werden die Befehle DEVICEHIGH und LOADHIGH bzw. LH verwendet. Hierdurch kann weiterer Konventioneller Speicher für DOS-Anwendungsprogramme (unter der 640-KiB-Grenze) freigehalten werden.
VCPI
[Bearbeiten | Quelltext bearbeiten]Ab MS-DOS/PC DOS 5.0 und DR DOS 6.0,[3] beide von 1991, stellt EMM386 auch VCPI zur Verfügung, da sonst DOS-Extender nicht funktionieren. Wenn EMS deaktiviert wird, muss Speicher für VCPI explizit zugewiesen werden. Ab der mit MS-DOS 6.0 und Windows für Workgroups verteilten Version von EMM386 wird auch beim Parameter NOEMS VCPI bereitgestellt, kann jedoch explizit mit dem Parameter NOVCPI abgeschaltet werden.[4]
Ablöse
[Bearbeiten | Quelltext bearbeiten]Moderne PC-Betriebssysteme schalten den Prozessor eines IBM-PC-kompatiblen Computer gleich beim Start des Kernels in den Protected Mode (32-Bit) oder Long Mode (64-Bit), womit der gesamte physische Hauptspeicher zur Verfügung steht („flat memory“) und derartige Umwege über EMS und Zusatztreiber, wie es unter DOS im Real Mode noch erforderlich war, nicht mehr notwendig sind.
Eine ähnliche Technik wird bei Windows auf 32-Bit-Systemen angeboten: Man nennt sie AWE (Address Windowing Extension). Eine passende Hardware mit PAE-Unterstützung vorausgesetzt, stellt diese Technik Speicher, der jenseits der durch die 32-Bit-Adressierung bedingten 4-GB-Grenze liegt, ebenfalls in Fenstertechnik (ähnlich wie bei EMS) zur Verfügung. AWE wurde von einigen speicherintensiven Programmen, wie dem Microsoft SQL Server, verwendet. Durch die Verbreitung von 64-Bit-Betriebssystemen ist jedoch auch diese Fenstertechnik inzwischen nicht mehr von Bedeutung.
Weblinks
[Bearbeiten | Quelltext bearbeiten]- Michal Necasek: The Importance of EMM386. (Blog) In: OS/2 Museum. 4. August 2010 (englisch).
Siehe auch
[Bearbeiten | Quelltext bearbeiten]Einzelnachweise
[Bearbeiten | Quelltext bearbeiten]- ↑ Michal Necasek: Original CEMM Unearthed. (Blog) In: OS/2 Museum. 5. November 2014, abgerufen am 3. Mai 2026 (englisch): „This early CEMM release is dated August 8, 1986 and reports version 3.20, presumably to match the then-current EMS (Expanded Memory Specification) version.“
- ↑ Jjex Software: EMM286.TXT. In: The Programmer's Corner. 1993, archiviert vom (nicht mehr online verfügbar) am 7. Januar 2018; abgerufen am 12. Juli 2025 (englisch): „EMM286 is an Expanded Memory LIMulator for an AT-Class system, or other 286 compatible. … The resident portion of the driver uses less than 4k of conventional memory, with defaults, plus a 64k EMS page frame.“
- ↑ Digital Research (Hrsg.): DR DOS 6.0 User Guide. 2. Auflage. August 1991, S. xvi, Advanced memory management – EMM386.SYS (englisch, archive.org [abgerufen am 23. Januar 2026]): “By supporting the Virtual Control Program Interface (VCPI), other 386 applications, like Lotus 1-2-3, can also run when this driver is loaded.”
- ↑ Q96625: MS-DOS: EMM386.EXE and VCPI Services. In: Knowledge Base. Microsoft, 2002, archiviert vom (nicht mehr online verfügbar) am 2002 (englisch): „Several popular MS-DOS-based applications use DOS extenders to share extended memory and use of the protected mode of 80386 and higher processors through VCPI. VCPI is an extension to the expanded memory services (EMS) interface and is typically implemented by an EMS emulator (such as EMM386.EXE or Quarterdeck's QEMM386.SYS).
Without VCPI support, "DOS-extended" applications could not run with systems running in virtual 8086 mode. EMS emulators use virtual 8086 mode to provide expanded memory mapping and/or create upper memory blocks (UMBs).
To enable VCPI support in the version of EMM386.EXE provided with both MS-DOS 5.0 and Windows 3.1, you must configure EMM386.EXE to emulate EMS. To enable VCPI without EMS support when the NOEMS switch is active, you must specify a VCPI memory pool size. … using the version of EMM386.EXE from MS-DOS 5.0 or Windows 3.1 …
The MS-DOS 6.x and Windows for Workgroups version of EMM386.EXE enables VCPI support without specifying a VCPI size parameter even if the NOEMS switch is active. Any EMM386 device command that does not include the NOVCPI switch provides VCPI services.“