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【答疑系列】为什么32位系统只支持最大4G内存?

2020.07.18 11:56 385浏览

这个问题一直都有同学问到,算是提问次数最多的问题之一了。

32位是什么

现在主流的操作系统都是64位的,早期存在32位操作系统,相信大家也都有所听闻,其实,在更早之前,还有16位、8位的,这里就不展开了。

位,指的比特位,32位指的就是计算机总线一次传输的数据长度,包括数据总线、地址总线、控制总线。

地址总线

地址总线是用来传送数据的地址的,主要用于CPU、DMA,通过地址总线传输地址,找到对应地址的数据,再通过数据总线传输对应的数据。那么因为操作系统是32位,所以地址长度最长也为32位,则最大的寻址范围为2^32次方。

到这里,问题似乎就结束了,因为2^32字节=4G,说明最大寻址空间为4G。

但其实没有,提问:为啥2^32寻址范围对应的是字节呢?为什么不能是比特或者是其他的单位。

这其实是寻址方式决定的。

按字节寻址

计算机内存一般是按字节寻址的,当计算机以这种方式寻址时,一个地址就和一个字节对应,所以才有了2^32字节=4G的计算方式,通过这种计算方式,可以得到32位系统最多支持4G内存的结论。

按字寻址

除了按字节寻址以外,还有一种按字寻址的方式。字的大小可以是32位,也可以是64位,当按字寻址的时候,每个地址指向的就是一个字,假设一个字为32位,那么32位地址就可以存储2^32*32/8=16G空间。

所以在讨论寻址范围的时候,还需要把按字节寻址和按字寻址的区别也考虑进去。

寻址范围和寻址空间

寻址范围和寻址空间是两个概念,上面也多次提到,这两个概念是不一样的,这里也需要特别注意一下,寻址范围指的是一个范围,他是一个区间,不带任何单位;而寻址空间指的是可以寻址的容量,它是带单位的。

相信看到这里,大家就都可以透彻的回答“为什么32位系统最高只支持4G内存”这个问题了。

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