内存寻址能力与CPU的位宽有关系吗？

Posted 2021-02-17 a-s-m

答案是：没有关系。
CPU的寻址能力与它的地址总线位宽有关，而我们通常说的CPU位宽指的是数据总线位宽，它和地址总线位宽半毛钱关系也没有，自然也与寻址能力无关。

简单的说，CPU位宽指的是一个时钟周期内CPU能处理的二进制位数，
如8086 CPU是16位的，可以一次处理2个字节（16个bit），80386 CPU是32位，能一次处理4个字节，
目前的CPU基本上64位的了，一次能处理8个字节。
我们的Windows操作系统也分为32位和64位，主要是针对上面CPU的位宽做了些优化，
比如32位的CPU就不能用64位的Windows（因为CPU一次只能处理32bit，而操作系统给你的指令是要处理64bit），
但64位的CPU就可以运行32位的Windows，也能运行64位Windows。
那CPU的地址总线位宽到底是个什么？

Intel的解释是Physical Address Extensions (PAE) is a feature that allows 32-bit processors to access a physical address space larger than 4 gigabytes.
上面图片是Intel Xeon E5-2698 v3的截图，专门就扩展物理地址作了说明，大意就是说这个是为了让32位的处理器能使用超过4GB的内存。
这个PAE就是CPU的地址总线位宽。在8086这个16位CPU上，它的地址总线位宽是20位，正好能寻址1MB，80286它的PAE是24位，
在Pentium II（32位CPU）时这个PAE变成了36位，可以支持64GB的寻址。
64位CPU出现之后，其地址总线位宽一般采用的是36位或者40位，它们寻址的物理地址空间为64GB或者1T。
那地址总线和数据总线有什么关系？
可以这么理解，地址总线用来定位，数据总线用来传输，也就是当CPU需要从内存读取数据或向内存写入数据时，
它使用地址总线来指定其需要访问的存储器块的物理地址，然后通过数据总线发送数据。
所以说，CPU的位宽和寻址能力是没有关系的，
16位CPU的地址总线位宽可以是20位，32位CPU的地址总线可以是36位，64位CPU的地址总线位宽可以是40位。
所以你下次一定不要说32位的CPU只能寻址2^32(4GB)了，大错特错。
那操作系统的位宽和寻址能力有什么关系吗，这个其实还是有的。
我们在使用计算机时，操纵的其实是逻辑地址，32位操作系统的逻辑地址寻址范围只有2^32=4GB。
所以，不管你用什么样的CPU，它最多也只支持4GB的内存容量，但这是操作系统的锅，并不是说32位CPU只能寻址4GB空间。
可能是在这儿容易引起错觉，一定要还CPU一个清白。