x86 微处理器的内存限制

Question

我最近从一个在线资源开始学习计算机体系结构课程。我从我拿起的一本书中读到，x86 处理器有 32 条地址线，可以在数据总线上一次读取 4 个字节的数据。现在我了解到 32 条地址线将可寻址内存限制为 40 亿个唯一地址。我难以理解的事实是，如果 CPU 可以在每个周期从这 40 亿个唯一地址中的每一个读取 4 个字节的数据，为什么 x86 系统上的 RAM 限制为 4 GB。不应该是 16 GB（4 乘以 4 GB）吗？有人可以帮我解决这个问题吗？另外，当我谈到 32 位或 64 位微处理器时，32/64 是指 CPU 上的地址线数还是数据线数？ （对于我的第一个问题，我可能应该提到我假设的系统没有物理地址扩展。）

Answer 1

x86 微处理器是一个广泛的处理器类别，经过数十年的发展，从 8086 发展到今天的 64 位多核 CPU。 x86 处理器的优势之一是它们是backward compatible，这意味着该系列中最新的处理器可以理解 8086 的指令（它们必须在称为Real Mode 的特殊模式下运行）。 8086 有 16 位寄存器和一个 16 位总线到内存和 I/O，它是byte addressable，这意味着程序使用的地址是单个字节的地址。 8086 可以从内存中加载 1 或 2 个字节（称为一个字）。随着时间的推移，较新的 x86 处理器向地址线添加了更多位，并添加了虚拟内存，并添加了更大的words。因此，一个 32 位数据项被称为 double word，一个 64 位数据项被称为 quad word，然后 SSE 出现了，我们有了 128 位 octaword or double quadword、here's a table of data sizes。较新的 x86 处理器可以访问任何这些大小的数据，事实上最新的有AVX instructions，它有 256 位向量寄存器。从程序的角度来看，寻址内存仍然是通过给出最低地址的字节地址来完成的。

您可以阅读有关 64 位计算的更多信息here。这是一个很好的总结：

无需进一步限定，64 位计算机体系结构通常具有 64 位宽的整数和寻址寄存器，允许直接支持 64 位数据类型和地址。但是，CPU 可能具有与寄存器不同大小的外部数据总线或地址总线，甚至更大（例如，32 位 Pentium 具有 64 位数据总线）。