什么将机器定义为 32 位

Question

我只是想知道，通过说 32 位机器和 64 位机器，机器中的 32（64）位究竟是什么，因此我们将其定义为 32（64）位机器。由于我目前正在学习 C，我发现指针和内存之间的关系很好地解释了这一点。由于一个内存地址指向一个字节，所以如果内存地址由 32 位组成（即一个指针是 4 个字节），它最多可以有 2^32 种可能性，也就是说它最多可以表示 2^32 个字节导致 32 位机器最多支持 4GB RAM。这是公平的假设吗？那么32位机还是64位机是由其内存地址大小来定义的呢？

此外，如果一台机器是 32 位的，那台机器上的 C 中的指针是否总是 4 字节（32 位）？

Answer 1

在现代、高性能、普遍可用的 CPU（读取，x86）中，N 位架构区别是指架构上首选的整数运算所操作的数据宽度。这些 CPU 包含许多不同大小的寄存器，但是，其中一些可以将多个数据值打包到一个寄存器中，就像 SIMD 指令使用的一样。

内存地址空间和这种 N 位架构区别之间的关系仅仅来自这样一个事实：一旦 32 位可以容纳在单个寄存器中，内存偏移计算可以在单个周期内执行，并且 32 位似乎足够的地址空间可预见的未来。最终，可预见的未来到期了，现在我们在 64 位地址空间中使用 64 位值执行内存偏移计算。

这种与地址空间的关系有点武断，并且基于这样一个事实，即这些值变得足够大以提供合理的内存量。例如，在 12 位小型机中，内存不限于 (2^12) 4096 字节，内存地址只是跨越多个寄存器，偏移量计算需要不止一次循环。今天，一些 8 位微控制器也使用相同的方法，这种类型的微控制器可以在微波炉中找到。它们可以通过将地址存储在两个寄存器而不是一个寄存器中来提供 16 位地址空间、64kB 内存。

因此，除非您处理的是非主流 CPU，否则您可以将 N 位区别视为地址空间。然而，即使在今天，也有一些情况并没有映射。例如，如前所述的微控制器，以及可能使用“超大指令字”的特定领域或超级计算架构，这些架构可以被视为“2048 位 CPU”，但很可能在 64 位地址空间中运行。

Answer 2

并没有说 ALU、地址总线和数据总线的宽度都必须相同。因此，没有正式的定义来定义它的含义，例如。 32 位。

Answer 3

此外，如果一台机器是 32 位的，则该机器上的 C 中的指针 总是 4 字节（32 位）？

您可以使用自动多路复用器来仅使用 32 位寻址 12GB。（效率非常低，因为只有 1/3 的周期访问 4GB 区域）

  *****************************************************************
  Multiplexer clock cycle1



                            first 4GB
  32-bit wide addressing     /
 ---------------------------M----
                             \

  *************************************************************
  Multiplexer clock cycle2




  32-bit wide addressing     /
 ---------------------------M----- second 4GB
                             \


  **************************************************************
  Multiplexer clock cycle3




  32-bit wide addressing     /
 ---------------------------M-----
                             \
                           third 4GB

在说明设计中，您可以：

 waitFor(multiplexer%3==0)write value to address;// you know this writes to first 4GB region
                                            //blocks until multiplexer is ready
  waitFor(multiplexer%3==1)write value2 to address;// you know this writes to second 4GB region
                                             //blocks until multiplexer is ready
  waitFor(multiplexer%3==2)write value3 to address;// you know this writes to last 4GB region
                                            //blocks until multiplexer is ready

 Multiplexer value can be accessed by a cpu register easily.

所以，答案是否定的。它可以小于 32 位。

Answer 4

现代操作系统和计算机使用一种称为虚拟内存的结构。每个程序（进程）都认为它拥有整个 RAM 可供使用。实际上，RAM 在许多并发进程之间共享。

通常，您在编译器中看到的“地址”并不等同于 RAM 中的地址或物理地址 (PA)。相反，它是一个“虚拟地址”（VA）。操作系统与您的处理器一起将 VA 转换为 PA。

为什么要这样做？因为您的 RAM 通常太小而无法通过 64 位或 32 位寻址。 2^64 的单位是 Z 字节！没有内存那么大！将 RAM 视为硬盘的高级缓存：我们仅在需要使用时将当前运行的程序的一小部分从磁盘放入 RAM。

如果您需要的程序片段不在 RAM 中，则会触发“页面错误”，将所需数据从磁盘带入 RAM，并在此过程中从 RAM 中剔除一些旧的、未使用的数据。

回答您的问题：您的计算机可以处理的 RAM 量（几乎）完全独立于您的虚拟地址的长度（以位为单位）。以具有 128 GB RAM 的服务器机架为例。所有这些 RAM 有什么好处？！好处是您将能够并行运行多个进程，并且仍然可以非常快速地运行所有内容。

这是计算机体系结构中的一个大主题。阅读有关虚拟内存、分页和页表以及内存组织的知识，以更好地了解。

希望这会有所帮助！