32位系统最大只能支持4GB内存之由来
　　也许大家对这个问题都不陌生，实际装过系统用过电脑的朋友可能都有这样的经历：自己电脑配的是4G的内存条，可是装完系统之后发现电脑上显示的只有3.2G左右可用内存，其它的内存跑到哪去了？网上也有很多朋友给出了一些解释，大部分我觉得都没有解释得很清楚，今天我们就来看一下其中的具体缘由。
　　在此之前先来了解一些计算机系统结构和PC硬件方面的一些知识。
一.总线结构和主板的构成
　　说起总线大家肯定不陌生，而且大家平时肯定跟它打过交道，我们在用U盘拷贝数据的时候先要把U盘通过USB接口与电脑相连才能拷贝。USB接口实际上就是一种总线，一般称这种总线为USB总线（也叫做通用串行总线）。在很久之前是没有USB总线的，那个时候每个外设各自采用自己的接口标准，举个最简单的例子：鼠标生产厂商采用鼠标特有的接口，键盘生产厂商用键盘特有的接口，这样一来的话，PC机上就必须提供很多接口，这样一来增加了硬件设计难度和成本，直到后来USB接口的出现，它统一了很多外设接口的标准，不仅使得用户可以很方便地连接一些外设，更增强了PC的可扩展性。所以现在大家看到的鼠标、键盘、U盘、打印机等等这些外设都可以直接通过USB接口直接插到电脑上的。
　　在计算机系统中总线是非常重要的一个概念，正是因为有了总线，所有的组成部件才能一起正常协同分工合作。在很久以前的PC机中，采用的是三总线结构，即：数据总线、地址总线、控制总线。它们分别用来传输不同类型的数据，数据总线用来传输数据，地址总线用来传输地址，控制总线用来传输一些控制信号。下面这幅图很清楚地展示了三总线结构：
　　随着时代的发展，这种简单的总线结构逐渐被淘汰。下面这幅图是现代计算采用的结构：
　　事实上这也是现代主板所采用的结构，当然可能部分地方有略微不同（大体结构是差不多的），仔细观察过主板构成的朋友可能对上面一幅图很熟悉。在主板上主要有两大主要部分：北桥（North Bridge也称Host Bridge）和南桥（South Bridge）。北桥主要负责CPU和内存、显卡这些部件的数据传送，而南桥主要负责I/O设备、外部存储设备以及BIOS之间的通信。现在有些主板已经没有北桥了，因为芯片厂商已经把北桥所负责的功能直接集成到CPU中了（不过暂且我们以上副图的模型来讨论）。
　　在上副图中，我没有画出 数据总线和地址总线等，因为在某些总线标准中它们被集成到一起了，比如在PCI总线中，地址总线和数据总线总是分时复用的（也就是说假如PCI总线有32位数据总线，这32位总线在某个时刻可以充当数据总线的作用，在下一时刻可以充当地址总线的作用）。有的总线同时提供了数据总线和地址总线。
　　下面来说一下几个主要总线和南北桥的作用：
　　FSB总线：即前端总线（Front Side Bus），CPU和北桥之间的桥梁，CPU和北桥传递的所有数据必须经过FSB总线，可以这么说FSB总线的频率直接影响到CPU访问内存的速度。
　　北桥：北桥是CPU和内存、显卡等部件进行数据交换的唯一桥梁，也就是说CPU想和其他任何部分通信必须经过北桥。北桥芯片中通常集成的还有内存控制器等，用来控制与内存的通信。现在的主板上已经看不到北桥了，它的功能已经被集成到CPU当中了。
　　PCI总线：PCI总线是一种高性能局部总线，其不受CPU限制，构成了CPU和外设之间的高速通道。比如现在的显卡一般都是用的PCI插槽，PCI总线传输速度快，能够很好地让显卡和CPU进行数据交换。
　　南桥：主要负责I/O设备之间的通信，CPU要想访问外设必须经过南桥芯片。
　　在了解了这些基础东西之后，下面来讲解一下为何32位系统最大只支持4GB内存。
　　在使用计算机时，其最大支持的内存是由 &操作系统 和 硬件 两方面决定的。
　　先说一下硬件方面的因素，在上面已经提到了地址总线，在计算机中 CPU的地址总线数目 决定了CPU 的 寻址 范围，这种由地址总线对应的地址称作为物理地址。假如CPU有32根地址总线（一般情况下32位的CPU的地址总线是32位，也有部分32位的CPU地址总线是36位的，比如用做服务器的CPU），那么提供的可寻址物理地址范围 为 232=4GB（在这里要注意一点，我们平常所说的32位CPU和64位CPU指的是CPU一次能够处理的数据宽度，即位宽，不是地址总线的数目）。自从64位CPU出现之后，一次便能够处理64位的数据了，其地址总线一般采用的是36位或者40位（即CPU能够寻址的物理地址空间为64GB或者1T）。在CPU访问其它任何部件的时候，都需要一个地址，就像一个快递员送快递，没有地址他是不知道往哪里送达的，举个例子，CPU想从显存单元读取数据，必须知道要读取的显存单元的实际物理地址才能实现读取操作，同样地，从内存条上的内存单元读取数据也需要知道内存单元的物理地址。换句话说，CPU访问任何存储单元必须知道其物理地址。
　　用户在使用计算机时能够访问的最大内存不单是由CPU地址总线的位数决定的，还需要考虑操作系统的实现。实际上用户在使用计算机时，进程所访问到的地址是逻辑地址，并不是真实的物理地址，这个逻辑地址是操作系统提供的，CPU在执行指令时需要先将指令的逻辑地址变换为物理地址才能对相应的存储单元进行数据的读取或者写入（注意逻辑地址和物理地址是一一对应的）。
　　对于32位的windows操作系统，其逻辑地址编码采用的地址位数是32位的，那么操作系统所提供的逻辑地址寻址范围是4GB，而在intel x86架构下，采用的是内存映射技术(Memory-Mapped I/O, MMIO)，也就说将4GB逻辑地址中一部分要划分出来与BIOS ROM、CPU寄存器、I/O设备这些部件的物理地址进行映射，那么逻辑地址中能够与内存条的物理地址进行映射的空间肯定没有4GB了，看下面这幅图就明白了：
　　所以当我们装了32位的windows操作系统，即使我们买了4GB的内存条，实际上能被操作系统访问到的肯定小于4GB，一般情况是3.2GB左右。假如说地址总线位数没有32位，比如说是20位，那么CPU能够寻址到1MB的物理地址空间，此时操作系统即使能支持4GB的逻辑地址空间并且假设内存条是4GB的，能够被用户访问到的空间不会大于1MB（当然此处不考虑虚拟内存技术），所以用户能够访问到的最大内存空间是由硬件和操作系统两者共同决定的，两者都有制约关系。
　　对于64位的操作系统，其逻辑地址编码采用的地址位数是40位，能够最大支持1T的逻辑地址空间。考虑一种情况，假如CPU是64位的，地址总线位数是40位，操作系统也是64位的，逻辑地址编码采用的地址位数也是40位，内存条大小是64GB，那么是不是内存条的64GB全部都能被利用了呢？答案是不一定，因为这里面还要考虑一个因素就是内存控制器，内存控制器位于北桥之内（现在基本都是放在CPU里面了），内存控制器的实际连接内存的地址线决定了可以支持的内存容量，也就是说内存控制器与内存槽实际连接的地址线如果没有40位的话，是无法完全利用64GB的内存条的存储空间的。当然对于内存控制器这个问题几乎可以不用考虑，因为现在大多数的内存控制器至少都采用的是40位地址总线。
　　关于这个问题就说这么多了，有兴趣深入研究的朋友可以自己查阅更多的资料。
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访问太频繁了，服务器要炸。&&|&&责编：刘亮
1你到底需要多大内存？&&&&很多老DIY玩家或许还依稀记得，在DDR2时代（大概2007年左右），2GB和4GB内存的游戏性能相差并不大，所以在当时很长一段时间内，看上去很美的4G容量往往会被扣上华而不实的帽子。如今，内存已然步入后DDR3时代，DDR4正在向我们招手。此时此刻，想必很多准备升级DDR4的玩家又会去想那个问题了——我的电脑到底需要多大的内存呢：4GB、8GB还是16GB？&&&&&&时下，一些主流的大型3D游戏以及许多热门应用动辄就需要消耗4GB内存，所以很多玩家都早已换上了8GB。那我们现在到底需不需要16GB的内存呢？没错，这要看应用。我们知道，某些特殊的应用确实需要大容量的内存才能正常运行。那么问题来了，对于某些特定的应用，4GB、8GB以及16GB内存的差别到底有多大呢？今天我们将会通过实测寻找答案。测试平台一览处理器Intel&Core&i7-6700K&(4.0GHz&-&4.2GHz)主板华擎&Z170&Gaming&K6+显卡GeForce&GTX&980内存双通道16GB&DDR4-2666&RAM双通道8GB&DDR4-2666&RAM单通道4GB&DDR4-2666&RAMSSDCrucial&MX200&1TB电源银欣Essential&Gold&750w系统Windows&10&Pro&64-bit&&&&大量测试数据援引自国外知名科技站点techspot，再次鸣谢。2常用应用性能测试●应用性能测试&&&&通过运行一些主流的软件应用，我们可以发现，4GB内存已经很难满足需求了。比如说，当在这台Windows&10电脑上同时打开若干个浏览器窗口、Foxmail邮件客户端、Adobe&Photoshop、微软word/Excel、QQ客户端、OneDrive云盘以及360杀毒软件等应用后，我们会发现，内存的使用率已经超过70%了。&&&&与此同时，当用我们用8GB内存和16GB内存分别运行这些应用时发现，看似容量翻番的16GB内存对整机性能影响却微乎其微。在我们测试的应用软件中，Adobe&Premier&CC对系统内存的需求最大：&&&&Adobe&Premier&CC&&&&我们利用Adobe&Premier&CC软件加载一段时长为17分钟的影像文件（包括许多视频剪辑、图片文件以及音讯轨段），并通过将比特率调至最低的方式将系统的内存使用率最大化——在视频解码过程中达到12GB。&&&&通过测试我们发现，16GB系统加载这段影像所需的时间最短——290秒，但是出人意料的是，在相同情况下完成同样工作量的8GB系统只用了300秒。但是，4GB系统要比8GB系统慢38%，它完成相同任务需要415秒。&&&&&7-ZIP&&&&还有一款大家使用较多的软件就是7-ZIP。7-ZIP在解压缩与压缩文件的效率上要比WinRAR高一些，7-ZIP同样是一款支持多线程压缩的软件。在7-ZIP测试中，我们会将字典大小设置为512MB——这会消耗24GB的系统内存，此时系统甚至需要Windows&Pagefile虚拟内存来补给。&&&&通过测试我们发现，16GB系统达到了13162&MIPS的成绩，比8GB系统快3倍。&&&&数据传输速度方面，16GB系统比8GB系统快11倍。&&&&在压缩和解压文件方面，16GB系统似乎要远远好于8GB和4GB系统，但是需要指出的是，对于普通用户而言，其使用环境远远用不到512MB的词典设置。据了解，32MB词典设置比较接近于普通用户的真实使用环境，此时Skylake&Core&i7-6700K处理器可以达到25120&MIPS的成绩，且只需消耗1.7GB内存。所以，对于普通用户而言，我们无需盲目升级16GB内存。3模拟应用性能测试&&&&●模拟应用性能测试&&&&SPECwpc&V1.2是一款权威的模拟应用测试软件，我们从中挑选了4个比较占用内存资源的应用，不过它们对内存的需求基本上都不超过8GB。&&&&Blender模拟测试：&&&&Blender是一款开源的跨平台全能三维动画制作软件，提供从建模、动画、材质、渲染、到音频处理、视频剪辑等一系列动画短片制作解决方案。不过略微遗憾的是，或许是因为它过于吃内存，它只能将系统的占用率提升到6,1GB，所以它并不是很适合来测试16GB和8GB系统的区别，即便如此，就连4GB系统的得分也没有出现明显的下降。&&&&LAMMPS模拟测试：&&&&LAMMPS，即Large-scale&Atomic/Molecular&Massively&Parallel&Simulator，它是一种大规模原子分子并行模拟器，主要用于分子动力学相关的一些计算和模拟工作。在SPECwpc模拟测试中，LAMMPS可以将内存的使用率模拟到10.5GB，因此，它非常适合测试8GB和16GB内存的区别。通过测试，相比8GB系统，16GB带来的提升并不是很明显，只有不到10%，但是相比4GB系统，16GB的性能提升高达306%。&&&&NAMD模拟测试：&&&&NAMD（NAnoscale&Molecular&Dynamics）同样是用于在大规模并行计算机上快速模拟大分子体系的并行分子动力学系统。它可以将系统的内存占用率模拟到7.2%，和之前的Blender模拟而是类似，它不太适合来测试16GB和8GB系统的区别，通过测试数据也能看出这一点。&&&&Rodinia模拟测试：&&&&最后是SPECwpc&Rodinia开发平台，它可以帮助系统架构师研究GPU平台。通过测试可以看出，16GB系统仅比8GB快了4%而已。4游戏性能测试/总结●游戏性能测试&&&&此次游戏性能测试，我们还将加开65个Chrome标签，其内存占用率为2.2GB。&&&&《侠盗猎车手5》：&&&&通过测试，我们发现，虽然《侠盗猎车手5》+Chrome浏览器的内存使用率达到了9GB，但是或许是因为Windows系统对内存有所优化的缘故，16GB系统和8GB系统的表现惊人的一致，《侠盗猎车手5》游戏的帧数都为56FPS，即便是4GB系统也不过掉了一帧而已。&&&&《蝙蝠侠:阿甘骑士》：&&&&在《蝙蝠侠:阿甘骑士》游戏测试中，游戏+Chrome应用在后台的内存占用率显示高达10GB，尽管如此，16GB系统的游戏性能相比8GB只领先了1帧，基本可忽略不计，不过要比4GB系统快4%，也就是说，16GB是浪费、4GB会给显卡带来瓶颈，8GB更适合。&&&&《F1&2015》：&&&&16GB、8GB和4GB系统在《F1&2015》游戏中的表现一模一样。&&&&总结：&&&&对于近期打算装机或者打算升级内存的普通用户而言，8GB已经足够，16GB是一种浪费。通过测试可以发现，无论是日常应用或者玩游戏，8GB已经可以普通用户的基本需要，16GB暂时没有必要。&&&&在某些游戏或者游戏场景中，4GB内存有时候会成为显卡的性能瓶颈，如果预算充裕的话，不妨升级为8GB内存。&&&&总之一句话，当前，对于绝大部分用户用户而言，16GB是一种浪费，4GB有时候会成为CPU或者GPU的瓶颈，而8GB最合适。&
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