32/64位应用程序，操作系统和处理器之间有什么关系？

Question

我搜索了这些主题，但不确定我是否正确理解了他们的关系。我总结了以下几点，请更正/补充。

• 32位或64位处理器意味着处理器可以一次处理32/64位。使用32位或64位处理器表示底层寄存器，地址总线或数据总线的大小也相同。

• 为了使用32/64位处理器，我们有32/64位操作系统

• 为了在32/64位操作系统中工作，我们开发了32/64位应用程序

• 可以在64位操作系统中运行32位应用程序，在32位操作系统中运行64位应用程序（LinuxPAE64）

• 无法在32位处理器上运行64位应用程序/操作系统

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另外，我有两个与记忆有关的问题。

1. 处理器的内存映射布局似乎与处理器的指令大小无关。例如，大多数英特尔酷睿2系统（64位）都有一个非常接近下图所示的存储器映射。 为什么 64位处理器没有选择更广泛的内存映射？

   

2. 什么限制64位操作系统使用最多（2 ^ 64 - 设备/总线地址）大小的RAM？

Answer 1

有许多不同类型的处理器（ARM，MIPS，x86，...）。

我可以谈谈x86（32位）/ x86-64（64位）。

位数主要指寄存器大小。对于x86，虚拟地址空间限制为32位（4GiB）。这意味着32位应用程序（假设它在32位CPU上运行的应用程序）只能同时看到4GiB。

对于x86-64，所有虚拟地址的大小均为64位。但是，通过要求所有不支持的位与最重要的支持位具有相同的值，CPU可以自由地不支持所有64位。操作系统必须查询支持的位数。 （我的Core i5支持48位）

物理地址空间，即CPU实际可以处理的内存量，首先是x86，大小为32位。但是从Pentium 1开始，CPU支持Pyisical Address Extension （PAE），允许最多36位（64GiB）的RAM。 （操作系统必须启用扩展）

目前x86-64将物理地址空间限制为52位（4PiB）。在这里再次CPU可以免费支持更少的位。 （我的Core i5支持36位）

由于x86和x86-64使用相同的操作码，含义略有不同，因此32位应用程序不能只在64位CPU上运行（在64位模式/长模式下）。

但是x86-64有一个所谓的兼容模式（长模式的子模式），它允许它执行32位应用程序。 （操作系统必须切换模式。）

处理器不选择存储器映射。它是mainbord＆amp; amp;的责任。 BIOS，可部分由OS配置。主要原因＆amp; BIOS制造商将所有内容保留在较低的4GiB地址空间中，与32位操作系统兼容。 （出于与旧的16位DOS应用程序的兼容性原因，即使x86-64 CPU默认禁用对每个物理地址空间的第二个MiB的访问）

如上所述，x86-64通过规范将物理地址空间限制为52位。更远的是由CPU实现限制的地址空间，甚至是mainbord实现更远的地址空间。 （所有这些都是为了降低实施成本）。所以没有办法解决2⁶⁴的RAM。