为啥 32 位操作系统支持 4 GB RAM？
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【中文标题】为啥 32 位操作系统支持 4 GB RAM？【英文标题】：Why does a 32-bit OS support 4 GB of RAM?为什么 32 位操作系统支持 4 GB RAM？ 【发布时间】：2010-11-10 07:05:26 【问题描述】：只是阅读purdue lecture about OSs 中的一些注释，上面写着：
程序将内存视为一个数组 从地址 0 到 2^32-1（0 到 4GB-1)
为什么是 4 GB？
【问题讨论】：
4 GB 是 32 位操作系统可以使用的理论最大内存。实际上，您不能使用完整的 4GB 内存（可能只有 3.5 GB），因为您还需要一些地址空间用于其他硬件组件，例如：CPU、HDD、显卡等。 题目的问题是错误的。 32位操作系统可以支持更多的RAM；它一次只能看到 4GB。 技术上，PAE 可以给你超过 4GiB 【参考方案1】：因为 32 位能够表示最多 232 - 1 = 4294967295 = 4 GiB - 1 的数字，因此最多可以寻址 232 个单独的字节，这将是那么 4 GiB。
不过，有一些方法可以规避这一点。例如使用PAE，即使是 32 位操作系统也可以支持更多内存。不过，从历史上看，这最常用于服务器。此外，非服务器 Windows SKU 不支持它。不过，鉴于 64 位 CPU、操作系统和驱动程序支持已经司空见惯。
【讨论】：
我认为这个 gibibyte 的事情就像争论冥王星是否是行星一样毫无意义（顺便说一句） GiB 属于 slashdot 和***。世界其他地方使用 GB（不管委员会怎么说）。 如果说世界其他地方的使用方式不尽相同，那可不是什么好事，Greg 鉴于这是一个回答技术问题的论坛，我觉得答案应该是准确的。 “Giga”是具有特定含义的 SI 前缀。 4 GB 是 4,000,000,000 字节，不等于 2³²。 @Life: 2³¹ + 1 是 2147483649。【参考方案2】：因为内存的每个字节都必须有一个地址。在 32 位操作系统中，地址为 32 位长；因此，有 2^32 个可能的地址，这意味着有 2^32 个字节 = 4 GB。
【讨论】：
“因为内存的每个字节都必须有一个地址。” - 当然，仅在字节可寻址系统中。在字可寻址平台中，您可以拥有两倍的内存量...... 或更多，取决于你的机器字的大小 你能解释一下为什么 2^32 地址意味着 2^32 字节吗？谢谢。 @hqt：在基本情况下，每个字节都有一个地址，因此地址数 == 字节数。【参考方案3】：每个人都说 2^32 = 4GiB，这是正确的。以防万一，我们是这样到达那里的：
32 位机器使用 32 位来寻址内存。每个位的值是 0 或 1。如果您有 1 个位，则您有两个可能的地址：0 或 1。 一个两位系统（双关语）有四个可能的地址：00 = 0、01 = 1、10 = 2、11 = 3。 2^2=4。 三位有 8 个可能的地址：000=0、001=1、010=2、011=3、100=4、101=5、110=6 和 111=7。
每个位都会使潜在地址空间翻倍，这就是为什么 2^n 会告诉您对于给定位数使用多少地址。 2^1 = 2、2^2 = 2*2 = 4、2^3 = 2*2*2 = 8 等
当您达到 32 位时，您已达到 4GiB。
【讨论】：
对！ 2^32-1 是几何序列的总和。【参考方案4】：如果你有一个 4 位系统，这意味着 每个字节的地址是 4 个二进制数字，你所有地址的概率范围是从 0000 到 1111，即 @ 987654325@（2 因为有 0 或 1），如果您有 16 个不同的地址，则可以使用四位创建 16 不同的零和一值。每个代表一个byte，那么你最多可以有16 bytes
4 位系统如下所示：
对于 32 位系统，您的最大值为 2^32 = 4294967292 bytes
【讨论】：
【参考方案5】：4 GB = 2^32 字节。
【讨论】：
【参考方案6】：2 ^ 32 = 4 * 1024 * 1024 * 1024
以字节为单位，是 4 GB 的定义。换句话说，作为内存指针的 32 位寄存器可以寻址 4 GB 的内存，仅此而已。
【讨论】：
【参考方案7】：其实，并不是 2^32 = 4294967296 字节那么简单。您会看到在 x86 保护模式下启用分页（即，当您使用任何现代操作系统时得到的），您不会直接寻址内存位置，即使分页转换机制对客户端应用程序是透明的。
逻辑 32 位内存地址，当使用 4K 页时：
位 22-31 指的是页面目录 位 12-21 引用页表 位 11-0 指的是 4096 字节页面中的偏移量如您所见，您有 2^10 (1024) 个页目录，在每个页目录中，您有 2^10 个页表，每个页长 2^12 (4096) 个字节，因此 2^32 = 4294967296字节。内存总线的宽度方便地与 CPU 的字长相同，但完全没有必要这样。事实上，更现代的 x86 CPU 支持 PAE，即使在 32 位模式下也可以寻址超过 4GB（或 GiB）。
【讨论】：
PAE 不允许 you 处理超过 4GiB 的地址，除非有问题的 you 在超级用户模式下运行并考虑重写页表访问之间仍然构成“寻址”，此时您几乎可以争辩说您也可以“寻址”磁盘上的数据...... PAE 是一个巧妙的黑客，但它只是一个黑客。【参考方案8】：-
32位可以表示数字
0..2^32 = 0..4,294,967,296
32位最多可寻址 2^32Bytes（假设字节大小的块）
2^32Bytes 是最大尺寸
2^32B = 4,194,304KiB = 4,194MiB = 4GiB
【讨论】：
你不是说 4,096MiB？【参考方案9】：因为是一个 Word 中可以存储的不同内存地址的数量（以字节为单位）。
但事实上，这并不总是正确的（在大多数情况下并非如此），操作系统可以处理比这更多的物理内存（使用 PAE）并且应用程序可以使用少于 4GB 的虚拟内存（因为部分该虚拟内存的一部分映射到操作系统，例如，Linux 中为 1GB，Windows 中为 2GB。
另一种不适用的情况是，如果内存由字而不是字节寻址，则可寻址的总内存将是 16GB，例如。
【讨论】：
【参考方案10】：具有 32 位寄存器的 CPU 需要操作系统以 32 位块的形式计算所有内容。这是操作系统必须遵守的硬件要求。同样，具有 64 位寄存器的 CPU 将需要一个操作系统，该操作系统以 64 位块的形式从 RAM 读取和写入数据。 （每次从内存中读取数据时，都需要将其读入其中一个寄存器 - 无论是 32 位、64 位还是 16 位等）
一个 32 位寄存器可以存储 2^32 个不同的 RAM 地址。 每个 RAM 地址对应于现代 RAM 中的一个字节（8 位）。 （4 GB 参数仅适用于每个字节都有地址的 RAM。）
=> 2^32 = 4,294,967,296 个地址，→ 对应 4,294,967,296 个字节。
现在，1 KB = 2^10 字节或 1024 字节（在二进制系统中）
因此，4,294,967,296 字节 / 1024 = 4,194,304 KB
4,194,304 KB / 1024 = 4,096 MB
4,096 MB / 1024 = 4 GB
【讨论】：
【参考方案11】：主要是由于 32 位操作系统选择仅支持 2^32-1 个地址。
如果 CPU 在 FSB 上有超过 32 条地址线，那么 32bit OS 可以选择使用分页机制来访问超过 4GiB。 （例如，在 PAE 支持的 Intel/AMD 芯片上的 Windows 2000 Advanced Server/Data Center 版本）
【讨论】：
【参考方案12】：4 GB = 2^32 字节。 但请记住它的最大 4gb 由 32 位操作系统分配。实际上，操作系统会看到更少，例如在 VRAM 分配之后。
【讨论】：
【参考方案13】：正如其他用户之前所说，32 位 Windows 操作系统使用 32 位字来存储内存地址。
实际上，如今大多数 32 位芯片都使用 36 位寻址，使用 Intel 的物理地址扩展 (PAE) 模型。一些操作系统直接支持这一点（例如 Linux）。
正如 Raymond Chen 指出的，在 Windows 中 a 32-bit application can allocate more than 4GB of memory, and you don't need 64-bit Windows to do it。甚至是 PAE。
就此而言，64 位芯片不支持整个 64 位内存空间。我相信它们目前仅限于 42 位空间……PAE 使用的 36 位空间，加上前 8 位地址，
【讨论】：
即使您可以分配超过 4GB 的内存，如果没有 64 位或 PAE，您也不能使用超过 4GB 的 RAM。 您可以使用 CPUID（在 x86 上）或其他处理器系列上的类似功能检查您的 CPU 上实际工作的物理和虚拟地址位的数量。你也可以在 Linux 的 /proc/cpuinfo 中看到它 我便宜的街角商店 PC 有 40 位物理地址和 48 位虚拟地址。我们服务器机架中的旧至强只有 36 位物理地址（无论如何，它们只能占用 16GiB 的 DIMM）以上是关于为啥 32 位操作系统支持 4 GB RAM？的主要内容，如果未能解决你的问题，请参考以下文章