32/64位应用程序、操作系统和处理器之间有什么关系？

Question

我搜索过这些话题，但不确定我是否正确地理解了它们之间的关系。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同时处理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是相同的。
• 为了在32/64位处理器上工作，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(LinuxPAE64)中运行64位应用程序。
• 不可能在32位处理器上运行64位应用程序/操作系统。

另外，我有两个问题与记忆有关。

1. 处理器内存映射的布局似乎与处理器的指令大小无关。例如，大多数Intel Core 2系统(64位)的内存映射非常接近下图所示。为什么64位处理器不选择更大范围的内存映射？

1. 什么限制64位操作系统使用最多(2^64设备/总线地址)的内存大小？

Answer 1

有许多不同的处理器(ARM，MIPS，x86，…)。。

我可以只讨论x86(32位)/x86-64(64位)。

位计数主要指寄存器大小。对于x86，虚拟地址空间被限制为32位(4GiB)。这意味着32位应用程序(假设它运行在32位CPU上)只能同时看到4 4GiB。

对于x86-64，所有虚拟地址都是64位大小的.但是CPU可以自由地不支持所有64位，因为它要求所有不受支持的位都具有与最重要的支持位相同的值。操作系统必须查询支持的位数。(我的核心i5在这里支持48位)

物理地址空间，即实际可由CPU处理的内存量，首先是用于x86的32位大小。但是由于Pentium 1，CPU支持一个并行地址扩展(PAE)，允许最多36位(64 Bit)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(4 4PiB)。这里再一次CPU免费支持更少的位。(我的核心i5在这里支持36位)

由于x86和x86-64都使用了含义略有不同的相同操作码，所以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有一种所谓的兼容性模式(长模式的子模式)，它允许执行32位应用程序。(操作系统必须切换模式。)

处理器不选择内存映射。这是主机和BIOS的责任，可以部分地由操作系统进行配置。mainbord & BIOS制造商之所以要将所有内容保存在地址空间的较低的4GiB中，是因为它与32位OSes兼容。(由于与旧的16位DOS应用程序的兼容性原因，甚至x86-64 CPU在默认情况下每2 MiB就禁用物理地址空间的访问)

如前所述，x86-64按规范将物理地址空间限制为52位。更远的是地址空间受到CPU实现的限制，更远的是受主板实现的限制。(所做的一切都是为了减少执行费用)。因此，没有办法解决2⁶⁴的内存。