为什么 32 位机器的最大容量为 4GB？答案

【问题标题】：Why does a 32 bit machine have a max of 4GB?为什么 32 位机器的最大容量为 4GB？
【发布时间】：2017-02-03 09:18:13
【问题描述】：

这是我在进行任何研究之前的第一个逻辑：

因为它是 32 位机器，所以会有 2 ^ 32 个空格（大约 40 亿）但它们是以位为单位的，所以我必须将其转换为字节。 (~40 亿 / 8) 然后我得到约 5 亿字节，或约 500MB。

我其实很好奇为什么不是 500 MB，所以我发现了这个：

"根据定义，32 位处理器使用 32 位来指代每个内存字节的位置。 2^32 = 42 亿，这意味着 32位长的内存地址只能指42亿独特的位置（即 4 GB）。”（original source）

但是我又感到困惑了，因为每个内存地址都是32位长，并且有42亿个。每个内存地址是 4 个字节，而不是 1 个字节。所以它将是 4.2 Giga * 4 字节 = 16.8 GB。

显然我在逻辑中遗漏了一些东西。有什么解释吗？

【问题讨论】：

标签： memory memory-management 32-bit

【解决方案1】：

在典型的现代机器中，每个字节都是可单独寻址的。因此，4G 地址意味着 4G 字节。

【讨论】：

【解决方案2】：

32 位 CPU 意味着它可以访问 2^32=42,94,967,296 个内存位置（每个内存位置为 1 个字节长）。如果我们将 4294967296 字节的内存除以 1024，我们得到 4194304 KB 的内存。此外，如果我们再次除以 1024，我们会得到 4096 MB 的内存，即 4 GB。

【讨论】：

【解决方案3】：

您将地址的长度与位于该地址的内存大小混淆了。它们完全不相关。

到目前为止，32 位机器最常见的选择是将内存组织成 2^32 个唯一地址，每个地址包含 8 位（1 个字节）。因此，要对每个位进行唯一寻址，您需要 32+3 位。实际上，内存以 128 或 256 位块（8 或 16 字节）的形式加载到高速缓存中，因此物理上只需要 32-3 或 32-4 条地址线。那么为什么我们仍然使用术语 32 位呢？那是因为地址寄存器在物理上是 32 位大的。有“加载字节”指令，但通常没有“加载位”。（如果有，通常有 8 个）

【讨论】：

哦，那么如果我的内存位置 0x00004000 中有 0x12345678，那么数据（0x12345678）将被切割成 4 个块，最终占用 4 个内存位置？啊!那就是大端和小端发生的时候。我应该知道的。那么我真正的问题是，当我们有 4 个字节的内存地址时，为什么每个内存地址只有 1 个字节？为什么我们不能为每个地址提供更多数据？
@RivenLv3：对于一些专用产品，我们确实看到每个地址使用了超过 1 个字节。但考虑到常见文件是字节大小的，网络通信协议也是如此。具有非标准尺寸会破坏互操作性。