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我在一本书中读到以下内容：

32 位处理器有 2^32 个可能的地址，而当前的 64 位处理器有 48 位地址空间

我的期望是，如果它是 64 位处理器，地址空间也应该是 2^64。

所以我想知道这个限制的原因是什么？

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因为这就是我们所需要的。48 位为您提供 256 TB 的地址空间。好多啊。你不会很快看到一个需要更多的系统。

于是CPU厂商走捷径。它们使用允许完整的 64 位地址空间的指令集，但当前的 CPU 只使用低 48 位。另一种方法是浪费晶体管来处理多年来不需要的更大地址空间。

因此，一旦我们接近 48 位限制，只需释放处理完整地址空间的 CPU，但不需要对指令集进行任何更改，也不会破坏兼容性。

于 2011-07-16T11:16:42.653 回答
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任何关于总线大小和物理内存的答案都有点错误，因为 OP 的问题是关于virtual address space而不是physical address space。例如，对某些 386 的所谓类似限制是对它们可以使用的物理内存的限制，而不是对虚拟地址空间的限制，虚拟地址空间始终是完整的 32 位。原则上，即使只有几 MB 的物理内存，您也可以使用完整的 64 位虚拟地址空间；当然，您可以通过交换来做到这一点，或者对于您希望在大多数地址映射同一页面的特殊任务（例如某些稀疏数据操作）。

我认为真正的答案是 AMD 只是便宜并且希望现在没有人会关心，但我没有可引用的参考资料。

于 2011-07-16T12:34:20.097 回答
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阅读维基百科文章的限制部分：

一台 PC 不能包含 4 PB 的内存（由于当前内存芯片的大小，如果没有别的），但 AMD 设想了大型服务器、共享内存集群和物理地址空间的其他用途，在可预见的将来可能会接近这一点，而 52位物理地址提供了充足的扩展空间，同时不会产生实现 64 位物理地址的成本

也就是说，此时实现完整的 64 位寻址毫无意义，因为我们无法构建一个可以完全利用这样一个地址空间的系统——所以我们选择了对今天（和明天）系统实用的东西。

于 2011-07-16T11:16:29.990 回答
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内部本地寄存器/操作宽度不需要反映在外部地址总线宽度中。

假设您有一个 64 位处理器，它只需要访问 1 兆字节的 RAM。只需要一个 20 位地址总线。为什么要为您不会使用的所有额外引脚的成本和硬件复杂性而烦恼？

摩托罗拉 68000 是这样的；内部为 32 位，但带有 23 位地址总线（和 16 位数据总线）。CPU 可以访问 16 兆字节的 RAM，并且要加载本机数据类型（32 位）需要两次内存访问（每个访问 16 位数据）。

于 2011-07-16T11:18:17.677 回答
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除了在 CPU 地址路径中节省晶体管之外，还有一个更严重的原因：如果增加地址空间的大小，则需要增加页面大小、增加页表的大小，或者拥有更深的页表结构（即是更多级别的翻译表）。所有这些都会增加 TLB 未命中的成本，从而损害性能。

于 2015-10-30T17:25:16.987 回答
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从我的角度来看，这是页面大小的结果。每页最多包含 4096/8 = 512 个页表条目。2^9 = 512。所以 9 * 4 + 12=48。

于 2016-01-14T12:08:45.160 回答
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回答原始问题：无需添加超过 48 位的 PA。

服务器需要最大的内存量，所以让我们尝试更深入地挖掘。

1) 最大（常用）的服务器配置是 8 Socket 系统。一个 8S 系统只不过是 8 个服务器 CPU 通过高速相干互连（或简称为高速“总线”）连接起来形成一个单一节点。那里有更大的集群，但它们很少而且相距甚远，我们在这里讨论的是常用配置。请注意，在实际使用中，2 Socket 系统是最常用的服务器之一，而 8S 通常被认为是非常高端的。

2）服务器使用的主要内存类型有字节可寻址的常规DRAM内存（如DDR3/DDR4内存）、Memory Mapped IO - MMIO（如外挂卡使用的内存），以及用于配置的Configuration Space系统中存在的设备。第一种类型的内存通常是最大的（因此需要最大数量的地址位）。一些高端服务器也会使用大量的 MMIO，具体取决于系统的实际配置。

3) 假设每个服务器 CPU 可以在每个插槽中容纳 16 个 DDR4 DIMM。最大尺寸 DDR4 DIMM 为 256GB。（根据服务器的版本，每个插槽可能的 DIMM 数量实际上少于 16 个 DIMM，但为了示例，请继续阅读）。

所以每个socket理论上可以有16*256GB=4096GB=4TB。对于我们的示例 8S 系统，DRAM 大小可以最大为 4*8= 32 TB。这意味着寻址该 DRAM 空间所需的最大位数为 45 (=log2 32TB/log2 2)。

我们不会详细介绍其他类型的内存（MMIO、MMCFG 等），但这里的重点是，对于 8 插槽系统来说，最“要求”的内存类型具有当今可用的最大类型 DDR4 DIMM（256 GB） DIMM）仅使用 45 位。

对于支持 48 位的操作系统（例如 WS16），还有 (48-45=) 3 个剩余位。这意味着如果我们仅将低 45 位用于 32TB 的 DRAM，我们仍然有 2^3 倍的可寻址内存可用于 MMIO/MMCFG，总共 256 TB 的可寻址空间。

因此，总结一下：1) 48 位物理地址足以支持当今最大的系统，这些系统“满载”大量 DDR4 以及大量需要 MMIO 空间的其他 IO 设备。确切地说是256TB。

请注意，这个 256TB 地址空间（=48 位物理地址）不包括任何磁盘驱动器，如 SATA 驱动器，因为它们不是地址映射的一部分，它们只包括可字节寻址的内存，并且暴露给操作系统。

2) CPU 硬件可以选择实现 46、48 或 > 48 位，具体取决于服务器的生成。但另一个重要因素是操作系统可以识别多少位。今天，WS16 支持 48 位物理地址 (=256 TB)。

这对用户意味着，即使一个大型、超现代的服务器 CPU 可以支持 >48 位寻址，如果您运行的操作系统仅支持 48 位 PA，那么您只能利用 256 TB .

3) 总而言之，有两个主要因素可以利用更多的地址位（= 更多的内存容量）。

a) 您的 CPU 硬件支持多少位？（这可以通过 Intel CPU 中的 CPUID 指令确定）。

b）您正在运行什么操作系统版本以及它识别/支持多少位 PA。

(a,b) 的最小值最终将决定您的系统可以利用的可寻址空间量。

我写了这个回复，没有详细研究其他回复。此外，我还没有深入研究 MMIO、MMCFG 和整个地址映射结构的细微差别。但我确实希望这会有所帮助。

谢谢，英特尔公司服务器平台架构师 Anand K Enamandram

于 2018-10-28T05:54:44.720 回答
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仅使用 64 位 VA 的低 48 位是不正确的，至少在 Intel 64 中是这样。使用高 16 位，有点，有点。

英特尔® 64 和 IA-32 架构软件开发人员手册中的第 3.3.7.1 节规范寻址说：

规范地址必须将位 63 到 48 设置为零或一（取决于位 47 是零还是一）

所以位 47 到 63 形成一个超位，要么全为 1，要么全为 0。如果地址不是规范形式，则实现应该出错。

在 AArch64 上，这是不同的。根据ARMv8 指令集概述，它是 49 位 VA。

AArch64 内存转换系统支持 49 位虚拟地址（每个转换表 48 位）。虚拟地址从 49 位进行符号扩展，并存储在 64 位指针中。可选地，在系统寄存器的控制下，64 位指针的最高有效 8 位可以保存一个“标记”，当用作加载/存储地址或间接分支的目标时，该标记将被忽略

于 2017-08-05T18:14:26.487 回答
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很多人都有这种误解。但是我向你保证，如果你仔细阅读这篇文章，读完之后你所有的误解都会被清除。

说处理器 32 位或 64 位并不意味着它应该分别具有 32 位地址总线或 64 位地址总线！...我再说一遍，没有！

32 位处理器意味着它具有 32 位 ALU（算术和逻辑单元）......这意味着它可以在 32 位二进制操作数（或简单地说具有 32 位的二进制数）上运行，类似地，64 位处理器可以在 64 位二进制上运行操作数。因此，32 位或 64 位处理器并不意味着可以安装的最大内存量。它们只是显示了操作数可以有多大......（为了类比，你可以想象一个 10 位计算器可以计算高达 10 位的结果......它不能给我们 11 位或任何其他更大的结果......虽然它是用十进制表示，但为了简单起见，我说这个类比）......但你所说的是地址空间，它是内存（RAM）的最大直接可接口大小。内存' s 最大可能大小由地址总线的大小决定，而不是数据总线的大小，甚至不是定义处理器大小（32/64 位）的 ALU 的大小。是的，如果处理器具有 32 位“地址总线”，那么它能够寻址 2^32 字节=4GB 的 RAM（或者对于 64 位，它将是 2^64）......但是说处理器 32 位或 64 位有与此地址空间无关（地址空间=它可以访问内存的距离或 RAM 的最大大小），它仅取决于其 ALU 的大小。当然，数据总线和地址总线的大小可能相同，然后看起来 32 位处理器意味着它将访问 2^32 字节或 4 GB 内存……但这只是巧合，不会相同对全部.... 例如，英特尔 8086 是一个 16 位处理器（因为它具有 16 位 ALU），所以正如您所说，它应该访问 2^16 字节 = 64 KB 的内存，但事实并非如此。它可以访问高达 1 MB 的内存来拥有 20 位地址总线....如果您有任何疑问，您可以谷歌 :)

我想我的观点已经很清楚了。现在来回答你的问题……因为 64 位处理器并不意味着它必须有 64 位地址总线，所以在 64 位处理器中拥有 48 位地址总线并没有错...他们使地址空间更小，以使设计和制造便宜....因为没有人会使用这么大的内存（2^64 字节）...如今 2^48 字节已经绰绰有余了。

于 2018-07-22T07:05:03.680 回答
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CPU 被认为是“N 位”主要取决于它的数据总线大小，以及它的大部分实体（内部架构）：寄存器、累加器、算术逻辑单元 (ALU)、指令集等。例如：老式的摩托罗拉 6800（或 Intel 8050）CPU 是 8 位 CPU。它具有 8 位数据总线、8 位内部架构和 16 位地址总线。

  • 尽管 N 位 CPU 可能有一些不是 N 大小的实体。例如 6809 在 6800 上的改进（它们都是带有 8 位数据总线的 8 位 CPU）。6809 中引入的显着增强包括使用两个 8 位累加器（A 和 B，可以组合成一个 16 位寄存器 D）、两个 16 位索引寄存器（X、Y）和两个16 位堆栈指针。
于 2018-07-22T07:33:22.007 回答