科普第9篇——为什么32位CPU不能支持大于4GB内存？

其实这个问题就是错的，32位CPU是可以访问4GB以上内存的，通过一种叫做PAE（物理地址扩展，Physical Address Extension）的技术。Windows之所以不能支持是因为微软的市场策略问题（服务器版的就支持PAE）。

这个问题其实应该问“为什么32位CPU不能直接支持大于4GB的内存？”（其实这个问题也不正确，看完下面就知道了。）

要解释这个问题，必须首先说明，什么是“32位”CPU。

首先，位（比特，bit）这个概念，再说一遍，就是指二进制数的位数。具体可以去看《科普第3篇——2、8、10、16》。

CPU里有很多寄存器，有储存指令的指令寄存器，有储存数据的数据寄存器，有储存地址的地址寄存器，还有既可以储存数据又可以储存地址的通用寄存器等等。

寄存器的作用是储存CPU的运算器所需要的或生成的数据的。寄存器的大小通常不大，前面说的32位，其实就是寄存器的大小。

早期的计算机甚至有更小的寄存器，比如16bit 甚至8bit更小（但都是2的倍数，二进制嘛）。

8bit=1B，8比特1字节，所以现在的CPU的寄存器就有32/8=4B，这么小，貌似储存不了多少数据，但是其实能表示的数已经很多了。

32位二进制数，能表示的整数就是0 ～ 2³²（0～4,294,967,296），或者加上正负号的话是-(2¹⁶-1) ～ 2¹⁶（-65535～65536）（为什么要负数要减1呢？因为有一个数是表示0的）。

表示浮点数（这里可以简单理解为就是小数）的话因就是负数 -3.40282346638528860e38 ～ -1.40129846432481707e-45，正数 1.40129846432481707e-45 ～ 3.40282346638528860e38。（什么？看不懂这种表示方法？这是科学计数法的另一种写法，-3.40282346638528860e38就是-3.40282346638528860×10³⁸）。浮点数是把32bit的寄存器分成三部分，一部分表示整个数的正负号（1bit），一部分表示科学计数法后面的指数（8bit），一部分表示前面的尾数（23bit）。

32位对于数学计算来说确实不少，而且CPU的处理速度很快，很短的时间内就可以进行很多次计算，所以看来是足够了，但是实际处理的数据量很大，虽然CPU处理得过来，但是寄存器却放不下，所以我们需要外部的存储空间来存放这些东西，这就是内存的作用了。但是内存那么大，要知道从那么大的内存的什么地方取数据，就必须给内存的空间编地址。

而这个地址，是储存在CPU的寄存器中的，所以32位CPU的内存地址也只有32位二进制数来表示。每个地址对应着内存的8bit、也就是一字节的空间，所以32位二进制数就能表示2³²个一字节的空间，也就是4,294,967,296B，按照1024B=1KB，1024KB=1MB，1024MB=1GB换算一下，不就是4GB吗！（其实换算可以更简单点，因为B、KB、MB、GB之间都是相差2¹⁰的，所以B和GB之间就相差2¹⁰×2¹⁰×2¹⁰=2³⁰，2³²/2³⁰=2²=4）

可是，地址不光是给内存用的，但计算机的其他部件也需要地址，所以虽然能编址4GB的空间，但实际用到内存上的只有3.2GB，这也就是为什么4GB内存在Windows上只能使用3.2GB的原因了。

PAE就是通过一种转换方式，来表示更多的内存地址的（比如一个地址可以住两个人，再通过名字来区分这两人）。PAE可以使用到64GB的内存。

而现在基本普及的64位CPU，也没有什么特别的，就是加大了寄存器的大小而已，所以能编址的空间就是：2⁶⁴B=2⁶⁴/2³⁰=2³⁴GB，很惊人吧！再继续1024GB=1TB，1024TB=1PB，1024PB=1EB，换算下来就是2³⁴GB/2³⁰=2⁴=16EB！

估计我们是等不到64位的物理地址被用完的那一天了！


==========之前的文章==========
科普第1篇——计算机色彩
科普第1篇补遗——CSS颜色
科普第2篇——光盘
科普第3篇——2、8、10、16
科普第4篇——电池
科普第5篇——浏览器
科普第6篇——字符编码
科普第7篇——加密解密
科普第8篇——移动通信技术

科普番外篇1——虽然没用但了解一下也很有趣的知识

我来支持前辈，顺便复习一下知识的。。。

嘛~~~没学过这东西

如果将内存和CPU融合的话，那么省下了中间他们的数据传送的时间，是不是能提高运算速率呢？哈哈

教学贴是一定要支持的

前几天看初音的帖子大概明白了一些 一直对硬件不太了解

额,为了营销,不开放扩展.....不过一般的家庭机的话3.2G内存够用了吧~~

4G内存是指一条4G的还是2+2也算的？之前我用在自己电脑上的2+2只显出了2.8G，所以我干脆只用2G了。

内存地址的分配是由内存控制器分配的，和你插几条、怎么插没有关系

如果可以的话，这样当然是最好的，可是现在内存的速度不够快，相对CPU的处理速度来说很慢。

其实计算机的存储系统分那么多级（CPU一级缓存、CPU二级缓存、内存、硬盘），就是因为容量和速度的原因，CPU一级缓存最快但是无法做的很大，硬盘很大但是不够快。

硬盘已经算是外部存储器了（相对于内存——内部存储器），所以他的访问不是由CPU直接进行的，需要通过总线（就是计算机里的数据交换通道）和硬盘的控制器来进行通信、交流，所以硬盘大小并不受物理地址的限制。

谢科普，昨晚趴床上看完了（虽然没怎么懂=。=

学习了啊  记得好像是寻址空间之类的问题 具体怎么算的还真不知道.

明白了~~现在学习也算是为了将来换电脑打基础~=w=