Die mehr oder weniger stetig fallenden Preise für Hauptspeicher führen zu einem immer größer werdenden Angebot von Computern mit >2 GB Hauptspeicherausbau. Waren vor wenigen Jahren Hauptspeicher im Gigabytebereich nur Servern vorbehalten, sind die Preise mittlerweile soweit gesunken, dass auch Privatanwender den Hauptspeicher ihres Computers grosszügig ausbauen. Da Windows Vista den vorhandenen Hauptspeicher wesentlich effektiver als frühere Windows-Versionen ausnutzt und neue Technologien wie SuperFetch und ReadyBoost einführt, wird die Verwendung von Hauptspeicher im Gigabyte-Bereich sehr schnell Mainstream werden.

Allerdings irritiert immer mehr Benutzer die Tatsache, dass oft nicht der gesamte physikalisch eingebaute Speicher vom Betriebsystem genutzt werden kann. Obwohl zum Beispiel das Mainboard vier 1 GB RAM-Riegel unterstützt und der gesamte Speicher von 4 GB im BIOS angezeigt wird, kann man oftmals nur 2.8 - 3.5 GB davon effektiv benutzen. Die Schuld schiebt der Benutzer dann schnell auf das Betriebsystem. Woran liegt es aber wirklich?

Wenn man >2 GB Hauptspeicher in x86-Systeme einbaut, ist es normal, dass nicht der gesamte physikalische Hauptspeicher benutzt werden kann. Der Grund dafür sind Ressourcenkonflikte durch die 32-bit-Technologie. Da das BIOS nicht weiß, ob ein 32-bit oder 64-bit Betriebsystem gebootet wird, startet es immer im 32-bit Mode. Darin stehen maximal 4 GB addressierbarer Speicher zur Verfügung. Deshalb müssen alle Memory- und Device-Adressräume unterhalb der 4 GB-Grenze eingeblendet werden. Wenn man nun >2 GB physikalischen Hauptspeicher einbaut, dann kommt es zum Ressourcenkoflikt zwischen physikalischem Hauptspeicher und den Device-Adressräumen.

Die meisten BIOS-Versionen lösen das Problem in der Form, dass sie ein Speicherloch unterhalb der 4 GB-Grenze einfügen. Dieses Loch wird auch als PCI-Loch (PCI Hole) bezeichnet. Der Speicher, den dieses Loch belegt, kann von keinem Betriebsystem angesteuert werden. Dadurch bleiben ~512 MB bis ~1.5 GB RAM ungenutzt. Es ist dabei unabhängig, ob es sich um ein 32-bit oder 64-bit OS handelt.

Die einzige Möglichkeit, diesen Speicher nutzbar zu machen, ist die Verlagerung in einen Bereich, der oberhalb von 4 GB liegt und nicht durch physikalischen Speicher schon belegt ist. Dazu bedarf es aber einiger Voraussetzungen:

1. Betriebsystemunterstützung
   Das Betriebsystem muss Speicher >4 GB ansprechen können. Windows 2000, Windows XP, Windows Server 2003 und Windows Vista unterstützen in den Standardvarianten mit 32-bit maximal 4 GB RAM. Die Advanced-, Enterprise- und Datacenter-Produkte sowie die 64-bit-Versionen können mehr Speicher addressieren, wobei die Grenzen hier von den jeweiligen Versionen abhängen und bis zu 1 TB reichen können.
2. Prozessorunterstützung
   Intel und AMD unterstützen 40-bit Addressierung in ihren aktuellen x64-Prozessoren (Intel EM64T/AMD64). Ältere Prozessoren sind auf 36-bit (PAE) oder auch 32-bit limitiert.
3. Chipsatzunterstützung
   Der Chipsatz des Mainboards muss Memory Remapping oberhalb von 4GB unterstützen. Leider beherrscht die grosse Mehrheit der derzeit auf dem Markt erhältlichen Chipsätze für Desktops und mobile Computer genau diese Funktion nicht. Sie lässt sich auch nicht mittels eines BIOS-Updates nachrüsten. Erst die Workstation-Chipsätze von AMD und nVidia sowie demnächst erscheinende neue Chipsätze für Desktops und mobile Computer unterstützen mehr als 4 GB RAM und können die Hauptspeicheradressen zur Umgehung des PCI-Lochs verlagern.

Wie kann man nun die vollen 4 GB nutzen?

Windows kann prinzipiell den Hauptspeicher, der durch die Verlagerung zur Umgehung des PCI-Lochs oberhalb von 4 GB angesprochen werden kann, unterhalb der 4GB-Grenze einblenden. Voraussetzung dafür sind aber die obigen drei Punkte:

1. Kann die verwendete Windows-Version Speicher oberhalb von 4GB ansprechen?
   Die Antwort lautet nein für 32-bit und ja für 64-bit.
2. Kann der Prozessor Speicher oberhalb von 4 GB ansprechen?
   Bei aktuellen Modellen besteht eine hohe Wahrscheinlichkeit, dass Speicher oberhalb von 4 GB angesprochen werden kann. Bei AMD64 und EM64T ist die Unterstützung zum Beispiel gegeben.
3. Erlaubt der Chipsatz Memory Remapping und ist die Funktion im BIOS konfigurierbar?
   Die allermeisten Chipsätze können das nicht. Deswegen hilft auch der Umstieg auf ein 64-bit Betriebsystem nicht weiter.

Aus diesem Grund kann auch ich mit meinem neuen Fujitsu-Siemens Celsius H240 trotz Intel Core2Duo, 4 GB RAM und 64-bit Windows Vista lediglich 3.25 GB Hauptspeicher nutzen.

Anmerkung am 19.03.2007: Es gibt jetzt auch einen Knowledge Base Artikel zu dem Thema: The system memory that is reported in the System Information dialog box in Windows Vista is less than you expect if 4 GB of RAM is installed.