在一本书中，我读了以下内容：
32位处理器有2 ^ 32个可能的地址，而当前的64位处理器有48位地址空间
我的期望是，如果它是64位处理器，地址空间也应该是2 ^ 64。
所以我想知道这种限制的原因是什么？
答案 0 :(得分：115)
因为这就是所需要的。 48位为您提供256太字节的地址空间。好多啊。你不会很快看到一个需要更多系统的系统。
因此CPU制造商采取了捷径。它们使用的指令集允许完整的64位地址空间，但是当前的CPU只使用较低的48位。另一种选择是浪费晶体管来处理更大的地址空间，这是多年来不需要的。
因此，一旦我们接近48位限制，只需释放处理完整地址空间的CPU，但不需要对指令集进行任何更改，也不会破坏兼容性。 / p>
答案 1 :(得分：17)
任何关于总线大小和物理内存的答案都有些误解，因为OP的问题是关于虚拟地址空间而不是物理地址空间。例如，对某些386的所谓类似限制是他们可以使用的物理内存的限制，而不是虚拟地址空间，它总是一个完整的32位。原则上，即使只有几MB的物理内存，您也可以使用完整的64位虚拟地址空间;当然，你可以通过交换，或者你想在大多数地址映射同一页面的专门任务（例如某些稀疏数据操作）来实现这一目的。
我认为真正的答案是AMD只是很便宜，希望现在没有人会关心，但我没有提到引用。
答案 2 :(得分：9)
一台PC不能包含4PB的内存（由于当前内存芯片的大小，如果没有其他内容），但AMD设想大型服务器，共享内存集群，以及在可预见的未来可能接近这个的物理地址空间的其他用途， 52位物理地址提供了充足的扩展空间，同时不会产生实现64位物理地址的成本
也就是说，此时没有必要实现完整的64位寻址，因为我们无法构建一个可以完全利用这样一个地址空间的系统 - 所以我们选择一些对今天（和明天的）系统来说很实用的东西。
答案 3 :(得分：9)
内部本机寄存器/操作宽度不需要反映在外部地址总线宽度中。
假设你有64位处理器，只需要访问1兆字节的RAM。只需一个20位地址总线。为什么要担心您不会使用的所有额外引脚的成本和硬件复杂性？
摩托罗拉68000是这样的;内部32位，但带有23位地址总线（和16位数据总线）。 CPU可以访问16兆字节的RAM，并且加载本机数据类型（32位）需要两次内存访问（每个访问带有16位数据）。
答案 4 :(得分：6)
有一个比在CPU地址路径中保存晶体管更严重的原因：如果增加地址空间的大小，则需要增加页面大小，增加页面表的大小，或者有更深的页表结构（即更多级别的转换表）。所有这些都增加了TLB未命中的成本，这会损害性能。
答案 5 :(得分：6)
从我的角度来看，这是页面大小的结果。每个页面最多包含4096/8 = 512个页面表项。并且2 ^ 9 = 512。所以9 * 4 + 12 = 48。
答案 6 :(得分：3)
要回答最初的问题：不需要添加超过48位的PA。
服务器需要最大的内存量，所以我们尝试更深入地研究。
1）最大（常用）服务器配置是8套接字系统。 8S系统只不过是8个服务器CPU，它们通过高速一致的互连（或简称为高速“总线”）相连，形成一个节点。那里有更大的集群，但它们之间相距甚远，我们在这里谈论的是常用配置。请注意，在实际使用中，2套接字系统是最常用的服务器之一，而8S通常被认为是非常高端的。
2）服务器使用的主要内存类型是字节可寻址的常规DRAM内存（例如DDR3 / DDR4内存），内存映射IO-MMIO（例如附加卡使用的内存）以及配置空间用于配置系统中存在的设备。第一种类型的存储器通常是最大的类型（因此需要最大数量的地址位）。根据系统的实际配置，某些高端服务器也会使用大量的MMIO。
3）假设每个服务器CPU可以在每个插槽中容纳16个DDR4 DIMM。 DDR4 DIMM的最大大小为256GB。 （根据服务器的版本，每个插槽可能的DIMM数量实际上少于16个DIMM，但为示例起见，请继续阅读。）
因此，每个插槽理论上可以具有16 * 256GB = 4096GB = 4 TB。 对于我们的示例8S系统，DRAM大小最大为4 * 8 = 32 TB。这意味着 寻址此DRAM空间所需的最大位数为45（= log2 32TB / log2 2）。
我们将不讨论其他类型的内存（MMIO，MMCFG等）的详细信息，但这里的要点是，对于当今拥有最大类型的DDR4 DIMM的8插槽系统，最“需求”的类型的内存（256 GB DIMM）仅使用45位。
对于支持48位（例如WS16）的OS，还有（48-45 =）3个剩余位。 这意味着，如果仅将低45位用于32TB DRAM，我们仍然有2 ^ 3倍的可寻址内存，可用于MMIO / MMCFG，总共有256TB的可寻址空间。
因此，总结一下： 1）48位的物理地址足以支持当今最大的系统，这些系统已“满载”了大量的DDR4，以及许多其他需要MMIO空间的IO设备。确切地说是256TB。
请注意，此256TB地址空间（= 48位物理地址）不包括SATA驱动器之类的任何磁盘驱动器，因为它们不是地址映射的一部分，它们仅包括可字节寻址的内存，并且暴露于操作系统。
2）CPU硬件可以选择实现46位，48位或> 48位，具体取决于服务器的生成。但是另一个重要因素是操作系统可以识别多少位。 今天，WS16支持48位物理地址（= 256 TB）。
这对用户意味着，即使拥有大型超现代服务器CPU可以支持> 48位寻址，但是如果您运行的操作系统仅支持48位PA，那么您只能利用256 TB。
3）总而言之，有两个主要因素可以利用更多的地址位（=更多的存储容量）。
a）您的CPU硬件支持多少位？ （这可以通过Intel CPU中的CPUID指令确定。）
b）您正在运行哪个OS版本以及它可以识别/支持多少PA。
（a，b）的最小值将最终确定系统可以利用的可寻址空间量。
我写此回复时没有详细研究其他回复。另外，我没有详细研究MMIO，MMCFG的细微差别以及整个地址映射结构。但我确实希望这会有所帮助。
谢谢， Anand K Enamandram， 服务器平台架构师 英特尔公司
答案 7 :(得分：1)
仅使用64位VA的低位48位并不是真的，至少使用Intel 64.高16位是使用的，有点像。
第3.3.7.1节英特尔®64和IA-32架构软件开发人员手册中的典型寻址说：
规范地址必须将第63到48位设置为0或1（取决于第47位是零还是一位）
因此，第47位至第63位形成一个超级位，全部为1或全部为0.如果地址不是规范形式，则实现应该是错误的。
在AArch64上，这是不同的。根据 ARMv8指令集概述，它是一个49位VA。
AArch64内存翻译系统支持49位虚拟地址（每个转换表48位）。虚拟地址从49位进行符号扩展，并存储在64位指针中。可选地，在系统寄存器的控制下，64位指针的最高8位可以保存“标记”，当用作加载/存储地址或间接分支的目标时将忽略该标记
答案 8 :(得分：1)
许多人都有这种误解。但是我向您保证，如果您仔细阅读本文，在阅读完所有这些错误观念后，这些错误就会消除。
要说32位或64位处理器并不意味着它应该分别具有32位地址总线或64位地址总线！...我重复一遍！
32位处理器意味着它具有32位ALU（算术和逻辑单元）...这意味着它可以在32位二进制操作数上运行（或者简单地说是具有32位的二进制数），而类似地64位处理器可以在32位二进制操作数上运行64位二进制操作数。因此，使用32位或64位处理器并不意味着可以安装最大内存量。它们只是显示操作数有多大...（类推，您可以想到一个10位的计算器最多可以计算10位的结果...它不能给我们11位或任何其他更大的结果...尽管它是以十进制表示，但为了简单起见，我在讲这个类比）...但是您要说的是地址空间，即最大可直接接口存储的内存（RAM）。 RAM的最大可能大小由地址总线的大小决定，而不是数据总线的大小，甚至不是定义处理器大小（32/64位）的ALU的大小。是的，如果处理器具有32位“地址总线”，那么它能够寻址2 ^ 32字节= 4GB的RAM（或者对于64位，它将为2 ^ 64）...但是说32位或64位处理器具有与该地址空间无关（地址空间=它可以访问内存的距离或RAM的最大大小），并且仅取决于其ALU的大小。当然，数据总线和地址总线的大小可能相同，然后似乎32位处理器意味着它将访问2 ^ 32字节或4 GB内存...但这只是一个巧合，而且不会相同对于所有...。例如，Intel 8086是一个16位处理器（因为它具有16位ALU），因此您可以说它应该访问2 ^ 16字节= 64 KB的内存，但这不是事实。拥有20位地址总线，它最多可以访问1 MB的内存。...如果有任何疑问，可以用Google搜索：）
我想我已经阐明了我的观点。现在问您一个问题……因为64位处理器并不意味着它必须具有64位地址总线，因此在一个64位处理器中没有48位地址总线没有什么不对。 64位处理器...它们保持较小的地址空间，以降低设计和制造的成本。...因为没有人会使用如此大的内存（2 ^ 64字节）...如今2 ^ 48字节已绰绰有余
答案 9 :(得分：0)
CPU主要根据其数据总线的大小以及其大部分实体（内部体系结构）被视为“ N位” ：寄存器，累加器，算术逻辑单元（ALU） ），指令集等。例如：老式的Motorola 6800（或Intel 8050）CPU是8位CPU。它具有8位数据总线，8位内部体系结构和16位地址总线。