位字的意思（位的概念）

可能你也不止一次的听到诸如32位、64位的说法。

这里的“位”到底是什么意思呢？相信通过这篇文章，你可以找到答案。

什么是位？

位，是计算机的最小存储单元，一位，可以存放一个二进制数字

其实，位的概念非常简单，我们知道，在计算机中，无论是数字还是字符，无论是图片还是音乐，存储时，都是使用二进制格式的数字来存储，这个二进制数字的其中一位就是“位”的概念。

比如，一个字符'a'，在unicode编码下，它的二进制格式是：

0000 0000 0110 0001

那么我们可以认为，一个'a'字符，在计算机中占16位。

以上，就是位的概念。

32位和64位

现在，你知道了位的概念，但跟我们平时所说的32位CPU、32位操作系统、64位CPU、64位操作系统，这些是什么呢？

这里所说的“位”，是指寻址能力。

这是什么意思呢？要理解这个概念，需要知道以下的知识。

内存的划分

为了方便对内存的管理，内存被划分为许多区块。

这就好比有一个年级，学生比较多，比如有200个学生，为了方便管理，学校可以将学生分为20个小组，每个小组10个学生。

内存也是这样，它被划分为很多的区块，每个区块大小固定为1字节。

正是因为如此，在内存管理上的最小单位是字节，而不是位。你可以让CPU取出某个内存位置的字节，而不能让它取出某个位置的一位。

一个int类型占32位，也就是4个字节，那么一个int类型的数据会在内存中跨越4个区块。

根据这样的知识，你可以计算一下，一个2G的内存，可以被划分为多少个大小为1字节的区块。

下面列出计算过程： 210241024*1024 = 2147483648

CPU的寻址方式

什么是寻址呢？

CPU对内存进行划分之后，问题随之而来，当我需要某个区块的数据时，我如何告诉CPU呢？如何让CPU准确的取到我需要的数据呢？

这就好比给学生分了组之后，我如何找到需要的组。

其实，最简单、最实用的方式就是编号，可以给学生的分组编号（1组，2组，3组......），也可以给内存的每一个区块编号（0, 1, 10, 11, 100......）。只不过要注意的是，现实世界中的编号是十进制的数字，但计算机世界中的编号是二进制。

下面这张图描述了计算机的编号方式：

我们通常把这样的内存编号，称之为内存地址，或简称地址。

有了地址（编号）后，当我需要取到某个内存的数据时，就可以把该内存对应的地址告诉CPU，CPU就可以根据该地址准确的找到对应的内存，取出数据了。而CPU通过地址找到对应内存的过程，就是寻址。

32位CPU和64位CPU

现在再来理解32位和64位CPU就简单多了：一个N位的CPU，是指该CPU能够支持的地址长度为N。

其实，这类似于现实场景中的编号。

比如，一个学校里面的学号是一个5位数，5位数可以编排多少个学生呢？答案是0-99999，十万个(105个)，如果学生数量超过了十万，则超过的学生是没有办法编号的。

道理是一样的，如果一个CPU是5位的地址长度，那么它的编号范围则是00000-11111（注意，这里是二进制），一共多少个呢？25个！6位的CPU呢？26个！32位的CPU呢？232个！64位的CPU呢？264个！

为什么N位的CPU，能够得到的编号数量是2N个呢？我不谈数学证明，可以通过找规律得到答案：

• 1位的CPU可以取到的编号有2个： 0和1 共21个编号

• 2位的CPU可以取到的编号有4个： 00、01、10、11 共22个编号

• 3位的CPU可以取到的编号有8个： 000、001、010、011、100、101、110、111 共23个编号

• N位的CPU可以取到的编号有2N个

由于一个编号就对应内存中的一字节数据，因此，编号范围越大，能够取到的内存越大。

如果一个CPU只有1位，那么它的编号只有21个，只能寻址21B的内存，哪怕你给它16G的内存，很遗憾，超过21B的部分，它无法找到，因为无法对超过的部分进行编号。

所以，一个CPU位数越高，则它的寻址能力越强，一个N位的CPU，可以有编号2N个，则可以识别2NB的内存。

现在明白了吧，32位的CPU，可以寻址的内存大小是232B，算出来就是4G。也就是说，哪怕你电脑的内存是16G，如果CPU是32位的，最多只能认识4G。

而64位的CPU呢，可不是说寻址能力是32位的两倍，那可是264B，算出来是232G！

在现实生活中，你也会发现，当你使用一台老式电脑时，它们的CPU往往是32位的，哪怕你内存再大，它也只能识别很小的一部分。

你可能还是有疑问：那为什么我32位的CPU，看到的能够识别的内存不足4G呢？那是某些内存中保存有重要数据，不允许你访问，操作系统给你隐藏起来了。

操作系统的位数

CPU有编号范围，同样的，操作系统也有。

当操作系统系统需要操作某一个内存的时候，会将内存地址传递给CPU。

这就会出现3种情况：

操作系统和CPU的寻址位数相同

这种情况不会出现任何问题，32位的CPU 32位的操作系统，可以顺利的传递内存地址，64位的CPU 64位的操作系统也是一样。

操作系统的寻址位数高于CPU

这种情况是不允许的！因为低位数的CPU无法容纳操作系统的传递的地址。这也是为什么当你的CPU是32位时，不允许安装64位的操作系统。

操作系统的寻址位数低于CPU

计算机允许出现这种情况，因为高位数的CPU可以容纳操作系统传递的地址，CPU会在不足的部分前面补充0。

但这样一来，实际上是浪费了CPU的寻址能力，本来是64位的CPU，但如果安装32位的操作系统，由于受操作系统的限制，仍然只能访问很少的内存。

希望这篇文章能够帮助你认识位的概念。

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