从16位到32位再到64位，为何16年过去，依然没有128位系统出现？

Posted 2021-10-23 绽放文化

绝大部分人都没有意识到128位的处理器早已经存在了，并且已经存在了几十年。这么多年过去了，不光是128位的处理器出现了，256位、512位的处理器也同样出现了，比如Nvidia GTX 280这样的显卡、AMD Radeon R9 290，以及Tesla产品使用的是512位内存总线的处理器。

既然硬件已经存在了，那么操作系统毫无疑问会支持它们的使用，比如AVX-512就是英特尔与2013年7月份提出用于X86指令集架构的256位高级矢量扩展SIMD指令的512位扩展。AVX-512也并不是英特尔第一个引入的512位SIMD指令集，在第一代志强中就出现类类似的512位SIMD指令。

理论上512位的操作系统已经存在，但实际却不存在

处理器的位数通常是指通用寄存器的宽度，比如16位的处理器有16位通用寄存器，32位的处理器有32位通用寄存器，64位的处理器有64位的通用寄存器。那么就会要求与之相对应数的数据线、地址线、控制线，比如16位的处理器一次传输16位的二进制数，那么它的数据线、地址线、控制线都是16位的。

这也就能解释为什么32位的系统最多只能使用4GB的内存了，因为32位系统所能寻址的范围是2的32次方，也就是4GB。所以32位的系统最多只能使用4GB的内存，而64位的处理器几十GB还不是它的极限，他的寻址范围在2的64次方，也就是18200000TB。

芯片产商乐此不彼的增加处理器的位数，是确实得到了好处，比如8位处理器一次处理8位数据或者8位指令。当8位处理器计算+1时，需要先接收8位加的指令，再接收1这个8位二进制数。如果采用16位CPU则可以一次性16位2个字节的数据，计算+1这个动作就可以同时接收加的指令和1这个8位二进制数了。而32位就可以直接实现一次处理a=a+b的动作。

如果处理的位数再往128位迈进，就会发现寻址这个动作变得异常困难起来。处理器和高速缓存的压力也会变得非常巨大。原本可以放两条、四条指令的高速缓存仅仅只能放下一条，甚至放一条都不够。

处理器位数的增加也会导致操作码的变长，比如在32位处理器中跳转这个动作需要5个字节，而64位处理则需要15个字节。

正可谓是牵一发而动全身，处理器的位数在某种程度上确实简化了软件设计的复杂度，但硬件反而更为复杂了，结果就是计算速度下降。从实用的角度出发增加到128位的意义并不大。

综上所述

128位、512位架构对于图形、密码学，以及复杂的系统建模等数学密集型操作非常有用，但并不适用于操作系统。64位对于大多数用户来说已经足够用了，操作系统的更高位深度并不直接意味着它会有更高的速度，反而需要处理更长的地址，寻址也会变得异常困难，同理需要更换的不仅仅是操作系统，更换的还有软件代码。