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地位的位是什么位 32位、64位什么意思?

2020-11-13 14:13:04  來源:易課堂

可能你也不止一次的聽到諸如32位、64位的說法。

這里的“位”到底是什么意思呢?相信通過這篇文章,你可以找到答案。

什么是位?

位,是計算機的最小存儲單元,一位,可以存放一個二進制數字

其實,位的概念非常簡單,我們知道,在計算機中,無論是數字還是字符,無論是圖片還是音樂,存儲時,都是使用二進制格式的數字來存儲,這個二進制數字的其中一位就是“位”的概念。

比如,一個字符'a',在unicode編碼下,它的二進制格式是:

0000 0000 0110 0001

那么我們可以認為,一個'a'字符,在計算機中占16位。

以上,就是位的概念。

32位和64位

現在,你知道了位的概念,但跟我們平時所說的32位CPU、32位操作系統、64位CPU、64位操作系統,這些是什么呢?

這里所說的“位”,是指尋址能力。

這是什么意思呢?要理解這個概念,需要知道以下的知識。

內存的劃分

為了方便對內存的管理,內存被劃分為許多區塊。

這就好比有一個年級,學生比較多,比如有200個學生,為了方便管理,學??梢詫W生分為20個小組,每個小組10個學生。

內存也是這樣,它被劃分為很多的區塊,每個區塊大小固定為1字節。

正是因為如此,在內存管理上的最小單位是字節,而不是位。你可以讓CPU取出某個內存位置的字節,而不能讓它取出某個位置的一位。

一個int類型占32位,也就是4個字節,那么一個int類型的數據會在內存中跨越4個區塊。

根據這樣的知識,你可以計算一下,一個2G的內存,可以被劃分為多少個大小為1字節的區塊。

下面列出計算過程: 210241024*1024 = 2147483648

CPU的尋址方式

什么是尋址呢?

CPU對內存進行劃分之后,問題隨之而來,當我需要某個區塊的數據時,我如何告訴CPU呢?如何讓CPU準確的取到我需要的數據呢?

這就好比給學生分了組之后,我如何找到需要的組。

其實,最簡單、最實用的方式就是編號,可以給學生的分組編號(1組,2組,3組......),也可以給內存的每一個區塊編號(0, 1, 10, 11, 100......)。只不過要注意的是,現實世界中的編號是十進制的數字,但計算機世界中的編號是二進制。

下面這張圖描述了計算機的編號方式:

我們通常把這樣的內存編號,稱之為內存地址,或簡稱地址。

有了地址(編號)后,當我需要取到某個內存的數據時,就可以把該內存對應的地址告訴CPU,CPU就可以根據該地址準確的找到對應的內存,取出數據了。而CPU通過地址找到對應內存的過程,就是尋址。

32位CPU和64位CPU

現在再來理解32位和64位CPU就簡單多了:一個N位的CPU,是指該CPU能夠支持的地址長度為N。

其實,這類似于現實場景中的編號。

比如,一個學校里面的學號是一個5位數,5位數可以編排多少個學生呢?答案是0-99999,十萬個(105個),如果學生數量超過了十萬,則超過的學生是沒有辦法編號的。

道理是一樣的,如果一個CPU是5位的地址長度,那么它的編號范圍則是00000-11111(注意,這里是二進制),一共多少個呢?25個!6位的CPU呢?26個!32位的CPU呢?232個!64位的CPU呢?264個!

為什么N位的CPU,能夠得到的編號數量是2N個呢?我不談數學證明,可以通過找規律得到答案:

1位的CPU可以取到的編號有2個: 0和1 共21個編號

2位的CPU可以取到的編號有4個: 00、01、10、11 共22個編號

3位的CPU可以取到的編號有8個: 000、001、010、011、100、101、110、111 共23個編號

N位的CPU可以取到的編號有2N個

由于一個編號就對應內存中的一字節數據,因此,編號范圍越大,能夠取到的內存越大。

如果一個CPU只有1位,那么它的編號只有21個,只能尋址21B的內存,哪怕你給它16G的內存,很遺憾,超過21B的部分,它無法找到,因為無法對超過的部分進行編號。

所以,一個CPU位數越高,則它的尋址能力越強,一個N位的CPU,可以有編號2N個,則可以識別2NB的內存。

現在明白了吧,32位的CPU,可以尋址的內存大小是232B,算出來就是4G。也就是說,哪怕你電腦的內存是16G,如果CPU是32位的,最多只能認識4G。

而64位的CPU呢,可不是說尋址能力是32位的兩倍,那可是264B,算出來是232G!

在現實生活中,你也會發現,當你使用一臺老式電腦時,它們的CPU往往是32位的,哪怕你內存再大,它也只能識別很小的一部分。

你可能還是有疑問:那為什么我32位的CPU,看到的能夠識別的內存不足4G呢?那是某些內存中保存有重要數據,不允許你訪問,操作系統給你隱藏起來了。

操作系統的位數

CPU有編號范圍,同樣的,操作系統也有。

當操作系統系統需要操作某一個內存的時候,會將內存地址傳遞給CPU。

這就會出現3種情況:

操作系統和CPU的尋址位數相同

這種情況不會出現任何問題,32位的CPU+32位的操作系統,可以順利的傳遞內存地址,64位的CPU+64位的操作系統也是一樣。

操作系統的尋址位數高于CPU

這種情況是不允許的!因為低位數的CPU無法容納操作系統的傳遞的地址。這也是為什么當你的CPU是32位時,不允許安裝64位的操作系統。

操作系統的尋址位數低于CPU

計算機允許出現這種情況,因為高位數的CPU可以容納操作系統傳遞的地址,CPU會在不足的部分前面補充0。

但這樣一來,實際上是浪費了CPU的尋址能力,本來是64位的CPU,但如果安裝32位的操作系統,由于受操作系統的限制,仍然只能訪問很少的內存。

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