64位和32位芯片的區(qū)別

自從蘋果在iPhone 5s上使用了64位的A7處理器后，手機(jī)處理器的位數(shù)也就自然而然的成為了人們關(guān)注的焦點(diǎn)，那到底64位處理器和32位處理器有什么區(qū)別呢？本文將重點(diǎn)介紹一番。

CPU的位是指一次性可處理的數(shù)據(jù)量是多少，1字節(jié)＝8位，32位處理器可以一次性處理4個(gè)字節(jié)的數(shù)據(jù)量。依次類推，64位處理器可以一次性處理8個(gè)字節(jié)的數(shù)據(jù)量，比32位處理器的處理速率加快一倍。

為什么64位會(huì)比32位的快，那是因?yàn)槿绻粋€(gè)機(jī)器指令是32位的，那么寄存器是64位就可以一次取兩個(gè)指令，也就相當(dāng)于一個(gè)小孩和一個(gè)大人搶東西吃，小孩一次只能拿四個(gè)，而大人則可以拿8個(gè)。

換一種說法，32位跟64位就好比四車道和八車道的區(qū)別，只有你堵成晚高峰的北京才能感受得到。你要是四車道都沒開滿，上了八車道也感覺不到區(qū)別。一般來說跑計(jì)算密集型并且為64位優(yōu)化過的程序才能感受到區(qū)別。

如果說頻率的提升是把一條4車道高速公路的時(shí)速限制從120公里提升到了360公里的話，那么從32位到64位的提升就是將這條提升了3倍時(shí)速限制的高速公路從4車道拓寬到了8車道，也就是說，這條公路的運(yùn)力提升了一倍，這可是質(zhì)的飛躍。

不過計(jì)算機(jī)內(nèi)部表示的數(shù)值是有范圍的，決定性因素在于CPU的寄存器。它是計(jì)算機(jī)處理數(shù)值的最小單元，如果寄存器是32位的，那么他所能表示的數(shù)的范圍最大是2的32次方，即表示的范圍是32個(gè)0到32個(gè)1，（這里不計(jì)較原碼還是補(bǔ)碼或是移碼），如果寄存器是64位的話，顯而易見，表示的范圍是64個(gè)0到64個(gè)。

數(shù)的表示范圍大了，那么其計(jì)算的精確度就提高了。當(dāng)然這要操作系統(tǒng)的支持才行，就像有輛跑車能跑300公里每小時(shí)，但是駕駛員只會(huì)開低檔，好的資源被浪費(fèi)了。

另外，相信大家都知道32位系統(tǒng)只能識(shí)別4g內(nèi)存而64位系統(tǒng)可以識(shí)別4g以上內(nèi)存。那是因?yàn)閮?nèi)存是由很多小的單元組成，為了能取得內(nèi)存里面的數(shù)據(jù)，需要給把每個(gè)單元編號(hào)，就像家庭住址一樣。而作為內(nèi)存的單元編號(hào)是有專門的寄存器存儲(chǔ)（專業(yè)名詞是mar）的，32位系統(tǒng)可以表示的最大地址是2的32次方，一般來說一個(gè)單元是8位的，也就是一個(gè)字節(jié)。合起來就是4g的存儲(chǔ)空間，同樣的64位系統(tǒng)可以表示的單元地址的總數(shù)是2的64方。

64位操作系統(tǒng)跟32位操作系統(tǒng)又有什么區(qū)別？

操作系統(tǒng)其實(shí)也是程序，64位的操作系統(tǒng)使用的是64位的指令，不能安裝在32位機(jī)器上。兩者最大的區(qū)別在于：

1、設(shè)計(jì)初衷不同

64位操作系統(tǒng)的設(shè)計(jì)初衷是為了滿足需要大量內(nèi)存和復(fù)雜浮點(diǎn)數(shù)運(yùn)算的需求，一般用在科學(xué)計(jì)算、人工智能、平面設(shè)計(jì)、視頻處理、3D動(dòng)畫和游戲數(shù)據(jù)庫以及各種網(wǎng)絡(luò)服務(wù)器等領(lǐng)域中。

2、安裝環(huán)境不同

64位操作系統(tǒng)只能安裝在64位CPU的機(jī)器上，同時(shí)需要配合64位的程序才能發(fā)揮最佳性能，32位操作系統(tǒng)既可以安裝在32位CPU的機(jī)器上，也可以安裝在64位CPU的機(jī)器上，但沒啥意義，64位的性能會(huì)被大打折扣。

3、尋址能力不同

32位操作系統(tǒng)最多可以尋址2的32次方即4，294，967，296字節(jié)，約4GB內(nèi)存，4GB的內(nèi)存就現(xiàn)在而言在很多服務(wù)端程序上都是不夠用的，而64位操作系統(tǒng)理論上可以尋址2的64次方即18，446，744，073，709，551，616字節(jié)超過1億GB內(nèi)存，但這只是理論上，由于不同架構(gòu)的CPU設(shè)計(jì)不同，所以尋址能力也有錯(cuò)差別。

32位操作系統(tǒng)和64位操作系統(tǒng)下數(shù)據(jù)類型對應(yīng)的字節(jié)大小也是不同的，正常數(shù)據(jù)類型對應(yīng)的字節(jié)數(shù)應(yīng)該是CPU位數(shù)決定的，但實(shí)際上貌似是由編譯器決定的，看下表：

小結(jié)

32位處理器的優(yōu)點(diǎn)唯一值得一提就是它可以與20世紀(jì)末和21世紀(jì)初開發(fā)的所有舊程序兼容。64位處理器可以提升程序的性能，更好的利用64位操作系統(tǒng)的特性。64位的處理器有256TB的虛擬內(nèi)存，其中128TB分配給了用戶空間，另外128TB分配給了內(nèi)核空間（不同架構(gòu)的CPU虛擬內(nèi)存的設(shè)計(jì)大小不同，AMD的x86－64架構(gòu)的CPU只有最低48位才會(huì)在地址轉(zhuǎn)換時(shí)被使用，所以總的虛擬地址空間為2的48次方即256TB，這里涉及到多級(jí)頁表中的四級(jí)頁表，后續(xù)程序喵會(huì)介紹）。

要實(shí)現(xiàn)真正意義上的64位計(jì)算，光有64位的處理器是不行的，還必須得有64位的操作系統(tǒng)以及64位的應(yīng)用軟件才行，三者缺一不可，缺少其中任何一種要素都是無法實(shí)現(xiàn)64位計(jì)算的。在64位處理器方面，Intel和AMD兩大處理器廠商都發(fā)布了多個(gè)系列多種規(guī)格的64位處理器。