64 位系统究竟牛在哪里？

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来源 | 程序喵大人

作者 | 程序喵大人

想必大家都遇到过这样的问题：安装某个软件的时候，出现提示选择 32 位版本还是 64 位版本？我们也可以查看自己的电脑是 32 位还是 64 位系统。

Windows

Linux

大家可能知道所谓的 32 位和 64 位是和系统有关，但其实 32 vs 64 可以有多重含义。

一般情况下，有以下几种可能：
CPU、程序、操作系统。
今天我来给大家一一介绍下！

→_→CPU

首先，我们要先从什么是位数讲起。

计算机中的位数指的是 CPU 一次能处理的最大位数。在 Intel 由 16 位的 286 升级到 386 的时候，为了和 16 位系统兼容，它先推出的是 386SX，这种 CPU 内部预算为 32 位，外部数据传输为 16 位。直到 386DX 以后，所有的 CPU 在内部和外部都是32位的了。

有些人往往会弄不清在计算机中出现的“位”和 Byte,KB,MB 等有何关系，8 位等于一字节 Byte，即 8bit=1B。32 位处理器每次最多处理 4Byte(32bit)，同理，64 位处理器每次最多处理 8Byte(64bit) 。

32 位架构的 CPU 数据总线宽度是 32 位，每次可以传输 32 位数据，可以计算 4 个字节。64 位架构的 CPU 数据总线宽度是 64 位，每次可以传输 64 位数据，可以计算 8 个字节。

  数据总线  

数据总线是 CPU 与内存或其它器件之间的数据传输的通道，数据总线的宽度决定了 CPU 和外界的数据传输速度，每根线可以传输 1 位二进制数据，32 根线每次就可以传输 32 位数据，64 根线每次就可以传输 64 位数据。除了数据总线外还有地址总线和控制总线。

  地址总线  

CPU 通过地址总线来指定存储单元，地址总线的宽度决定了 CPU 所能访问的最大内存空间大小，1 根地址线能访问的内存空间是 1bit，32 根线访问的最大内存空间是 4G，64 根线...太大了。

  控制总线  

CPU 通过控制总线对外部器件进行控制，主要通过控制总线来传输控制信号和时序信号，控制总线是各种信号线的集合，是计算机各部件之间传送数据、地址和控制信息的公共通道，控制总线的宽度决定了 CPU 对外部器件的控制能力。

总体来说，CPU 作为总线的主控，通过控制总线向各个外部器件发送控制信号，通过地址总线访问内存地址，通过数据总线传输数据。

CPU 的位数越大，可以计算的数值就越大，64 位 CPU 可以执行更大数字的运算，但这个优势在普通应用上不太明显，普通应用也没必要进行太大数字的运算，但是对于数值计算较多的应用就非常明显。同时 64 位 CPU 有更大的寻址空间。

运算速度不同：64 位 CPU 的通用寄存器数据宽度是 64 位，处理器依次可以读取 64 位数据，比 32 位多一倍，运算速度理论上会提升一倍。像两个不同的打工人一样，打工人 A 一次性可以搬 32 块砖，打工人 B 一次性可以搬 64 块砖，谁搬砖的速度快，自然你更喜欢用谁。由于运算速度提升，64 位 CPU 可以在多任务中运行顺畅，来回切换也不会卡顿，玩游戏都顺畅多了。

那么有朋友要问了，既然位数越高处理器运算速度越快，为什么不用 128 位、256 位的CPU？因为位数越高，处理器芯片的设计也就越复杂，当前的科技水平还无法制造这么复杂的 CPU。

→_→程序

这个指的是 32 位程序和 64 位程序。

32 位指令的程序一般来说可以在 64 位机器上运行，可以兼容。

64 位指令的程序不可以在 32 位机器上运行，因为 32 位的寄存器存不下 64 位的指令。

注意，其实还有 16 位的程序，但 16 位的程序不能运行在 64 位的机器上，因为没有提供兼容机制。

→_→操作系统

操作系统其实也是程序，64 位的操作系统使用的是 64 位的指令，不能安装在 32 位机器上。

  设计初衷不同   
64 位操作系统的设计初衷是为了满足需要大量内存和复杂浮点数运算的需求，一般用在科学计算、人工智能、平面设计、视频处理、3D 动画和游戏数据库以及各种网络服务器等领域中。

  安装环境不同  
64 位操作系统只能安装在 64 位 CPU 的机器上，同时需要配合 64 位的程序才能发挥最佳性能，32 位操作系统既可以安装在 32 位 CPU 的机器上，也可以安装在 64 位 CPU 的机器上，但没啥意义，64 位的性能会被大打折扣。

  寻址能力不同     
32 位操作系统最多可以寻址 2 的 32 次方即 4,294,967,296 字节，约 4GB 内存，4GB 的内存就现在而言在很多服务端程序上都是不够用的，而 64 位操作系统理论上可以寻址 2 的 64 次方即 18,446,744,073,709,551,616 字节，超过 1亿GB 内存，但这只是理论上，由于不同架构的 CPU 设计不同，所以寻址能力也有差别。

32 位操作系统和 64 位操作系统下数据类型对应的字节大小也是不同的，正常数据类型对应的字节数应该是 CPU 位数决定的，但实际上貌似是由编译器决定的，看下表：

	32位操作系统	64位操作系统
char	1个字节	1个字节
short int	2个字节	2个字节
int	4个字节	4个字节
unsigned int	4个字节	4个字节
float	4个字节	4个字节
double	8个字节	8个字节
long（指针大小）	4个字节	8个字节
long long	8个字节	8个字节
unsigned long	4个字节	8个字节

20 世纪和 21 世纪早期制造的计算机大多都是 32 位的机器，现如今大多都是 64 位的机器了，但为了兼容 32 位机器，一般编程都会开发出两个版本，例如打包一个 Android SDK，SDK 内部一般都会包含 32 位和 64 位的动态链接库，iOS 的 Framework 内部也会有 32 位和 64 位的静态链接库。

总结

32 位处理器的优点唯一值得一提就是它可以与 20 世纪末和 21 世纪初开发的所有旧程序兼容。64 位处理器可以提升程序的性能，更好地利用 64 位操作系统的特性。64 位的处理器有 256TB 的虚拟内存，其中 128TB 分配给了用户空间，另外 128TB 分配给了内核空间（不同架构的 CPU 虚拟内存的设计大小不同，AMD 的 x86-64 架构的 CPU 只有最低 48 位才会在地址转换时被使用，所以总的虚拟地址空间为 2 的 48 次方即 256TB）。

要实现真正意义上的 64 位计算，光有 64 位的处理器是不行的，还必须得有 64 位的操作系统以及 64 位的应用软件才行，三者缺一不可，缺少其中任何一种要素都是无法实现 64 位计算的。在 64 位处理器方面，Intel 和 AMD 两大处理器厂商都发布了多个系列多种规格的 64 位处理器。

参考资料

• https://blog.51cto.com/zliang90/1282301
  
• https://www.zhihu.com/question/19862280
  
• https://blog.csdn.net/qing101hua/article/details/80763764
  
• https://www.geeksforgeeks.org/difference-32-bit-64-bit-operating-systems/
  
• https://www.guru99.com/32-bit-vs-64-bit-operating-systems.html
  
• https://www.werecoverdata.com/blog/whats-better-64-bit-vs-32-bit/
  
• https://www.educba.com/32-bit-vs-64-bit-operating-system/

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