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cpu的位宽不与寻址能力没有关系

最近面试时遇到一个问题，特意看看有多少人认为CPU的位宽意味着寻址能力，结果发现也有相当一部分人被误导！请注意：2^CPU位宽次方这种计算方法是明显错误的！

系统上也是，一早就有技术支持64G内存，只不过微软为钱，没在32位的桌面级电脑上允许那项功能！

先讲CPU寻址能力！

一般厂商标示多少位CPU是说CPU的运算位宽！

而CPU的位宽一般是以 min{ALU位宽、通用寄存器位宽、数据总线位宽}决定的！也就是说CPU由ALU、通用寄存器、数据总线三者之中最少的位宽决定！所以CPU位宽与其寻址能力并不是挂钩的！

就正如我上边提示过的16位CPU能上1M的内存（这是本人一个笔误，应该是写8086 CPU），1M刚好是20位，这就已经说明CPU位宽与寻址能力不挂钩！

因此某些媒体几年前曾经说过（最近由于与网友中山狐讨论开一些问题而讲起PAE而记起来的），而且在网络上也流传得比较广泛的一个理论：现时CPU都是32位，所以寻址能力是2^32=4G这种说法是明显的错误！

再有！有的媒体曾经说64位CPU最大的好处是支持更大的内存这也是一个典型的错误！在AMD K8时代引入64位后，AMD的U寻址位就达到物理寻址40多位，而INTEL在p4 6系列之后物理寻址寻址能力亦达到40位，这大概是1TB，而如果是64位寻址应该是16EB，所以，以CPU位宽衡量CPU寻址能力是一个典型的错误！

有一个细心的人兄还发现其实我这篇文章中貌似是突出了32位这个词而虚化了CPU这个词！的确，我就是按当年那些文章那种说法而提出这问题的，目的就是想看看多少人被人误导！结果在这贴中也看到比例也不在少数（虽然不占大部分，但是人数也不少！）

事实上CPU寻址能力因每种CPU设计不同而不同！就正如说32位的X86CPU，其实就在PentiumII是引入了36位的扩展PAE机制（Physical Address Extention）地址位来支持64G内存（源于当时服务器的问题），正常情况下也是用32位寻址，但通过设置相应的寄存器（没记错是cr4）的相应位激活PAE就可以支持64位寻址了！

所以，请记住：每个CPU的寻址能力是看其设计的！而单纯以CPU位宽来看待该CPU寻址能力（就是上边红色字的那种寻址能力为2的CPU位宽的次方的说法是错误的！

上边讲到PentiumII通过设置控制寄存器来实现36位寻址，而正常情况下就32位寻址，而且能与前面的架构兼容！

这样不得不惊叹那些硬件设计人员那聪明的脑代，在设计时就想好了可扩充性，在一早就预想到将来会是一个高速、大容量的时代，为当时的奔腾CPU引入了一系列的东西！首先是32位运算能力，另外是为CPU引入32位地址总线，而且还引入MMU（分页单元），使得CPU对物理内存进行段页式管理！这种方式对内存的管理相比于传统方式是更为安全、有效的！而这时，CPU是采用二级分布制：页目录(在线性地址中占10位)->页表（10位）->内存页表页（12位），之后，再在页表项入边才是相应的空间！这样CPU就访问2^10*2^10*2^12=4GB的内存了（嘿嘿，是否有点似曾相识 ）！

但因为INTEL面临服务器方面内存容量问题，就开始想办法了，于是，设计师开始想办法，但由于前边那设计的基础，他们很快就想到了，加多一级页表项，并加入相应控制寄存器，对其进行访问控制！这样，就可以对前的架构进行兼容，又能够在特殊情况满足要求哦！这套机制到现时还在用哦，目前最新的X86 CPU（扣肉架构、K8的后代物理寻址大概都在40位左右，但要兼容32位系统，所以还在用这套机制！）。

讲完硬件，当然要讲软件了，系统上一般是如何实现PAE呢，当然对硬件方面那聪明的设计是依样画葫了，最基本的手段是利用二进制在高位上增加0对数的大小是没影响这种想法，在算法上就直接增加位数来页表级数并实现虚存管理（这个与虚拟缓存有关系，但不相同）！然后对利用嵌入汇编对相应寄存器进行判断，一但发现不可用就将相应页置0，嘿嘿，这招好使好用喔！就算64位寻址都通杀！这是最基本的，还有其它方面的一些处理！例如设置一些状态位之类的操作和开了PAE后那些页的数据长度上是有变化的！LINUX内核就采用这种方法的，微软的嘛因为非开源，不知道（即使你知道微软的API，那也仅仅是函数接口，内部实现不可能太清楚）。

再说说关于32位系统开了PAE性能会下降这个话题吧！个人结合看过的相关资料认为：如果是4G以下（包含4G），如果开PAE，内存性能是很有影响的，因为开了PAE，在系统上要加多几级页目录，这样增加了上下文切换，减低性能情况明显！相对地，因为分页单元和CPU是同速率运行，因此影响相对是极少极少的！内存2G比4G差最主要是因为在操作系统上的问题！


http://www.adintr.com/article/blog/298


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