计算机中的x86处理器和移动电话中的ARM处理器现在都是64位的，通常用于消费产品，支持x86-64指令集的x86处理器或支持ARM64指令集的ARM处理器。自20世纪60年代以来，64位cpu一直用于超级计算机，自20世纪90年代以来一直用于工作站和服务器。直到AMD在2003年发布了Velocirapur 64，以及2011年发布了用于智能手机的64位处理器ARMv8-A架构，个人电脑才开始流行起来。

这里的64位指的是CPU的位宽。简单地说，CPU位宽是指CPU在一个时钟周期内可以处理的二进制位数。例如，8086 CPU是16位的，一次可以处理2字节(16位)，而80386 CPU是32位的，一次可以处理4字节。当前的cpu基本上是64位的，一次可以处理8个字节。我们的Windows操作系统也分为32位和64位，主要针对上述CPU的位宽进行了优化。例如，32位CPU不能使用64位Windows(因为CPU一次只能处理32位，操作系统会给你处理64位的指令)。但64位CPU既可以运行32位Windows，也可以运行64位Windows。

64位CPU的优点是可以执行更大范围的整数运算，高吞吐量的程序运行速度更快。然而，我们经常对CPU的位宽有一些误解。比如有人说为了支持更大的内存，CPU只升级到64位，也有人认为32位系统只支持4GB内存。

一个CPU的寻址能力与其地址总线位宽有关，而我们通常所说的CPU位宽是指数据总线位宽，它与地址总线位宽无关，自然也与寻址能力无关。

数据总线的位宽等于CPU的整数寄存器的位宽。CPU中的寄存器一般分为三种类型：在这三种类型的寄存器中，只有整型寄存器可以存储指针值，即内存数据地址。非整数寄存器不能存储指针值，因此内存操作无法避免整数寄存器的限制。以64位cpu为例，这些cpu的内部整数寄存器的位宽为64位。支持64位整数的算术和逻辑运算。

这并不意味着64位CPU上的所有总线和寄存器都是64位的。不同类型的寄存器可以有不同的位宽度。64位CPU上的整数寄存器是64位的，但浮点寄存器是不同的。例如，Pentium MMX处理器引入的MMX指令集是第一个支持SIMD操作的x86处理器。该指令集定义了8个64位浮点寄存器，而Pentium MMX本身只是一个32位处理器。1999年，同样只有32位的Pentium 3处理器增加了SSE指令集，该指令集带有8个128位寄存器。后来，AVX2和FMA指令集可以支持256位操作，浮点寄存器扩展到256位。目前，CPU中最大的寄存器是AVX-512指令集使用的512位寄存器。

CPU中有许多不同的寄存器

CPU地址总线位宽度到底是什么？

英特尔的解释是，物理地址扩展(PAE)是一项允许32位处理器访问大于4gb的物理地址空间的功能。上图是英特尔至强处理器E5-2698 v3的截图，它特别解释了物理地址的扩展，即32位处理器可以使用超过4GB的内存。这个PAE是CPU的地址总线位宽度。在16位的8086 CPU上，它的地址总线位宽是20位，地址正好是1MB。在80286上，它的PAE是24位，在PentiumII(32位CPU)上，这个PAE变成了36位，它支持64GB的寻址。随着64位cpu的出现，地址总线位宽通常为36或40位，它们处理的物理地址空间为64GB或1T。

地址总线和数据总线有什么关系？地址总线用于定位，数据总线用于传输。即当CPU需要从内存中读写数据时，使用地址总线指定需要访问的内存块的物理地址，然后通过数据总线发送数据。

因此，位宽度和CPU的寻址能力之间没有关系。16位CPU的地址总线宽度可以是20位，32位CPU的地址总线宽度可以是36位，64位CPU的地址总线宽度可以是40位。所以下次你不想说32位CPU只能寻址2^32(4GB)，那就错了。

理论上，32位操作系统的逻辑地址寻址范围只有2^32=4GB，但实际上情况并非如此，尽管常见的Windows 7 32位(有人实际使用Windows 10 32位吗？)该系统只能识别4GB内存，最大可用内存为3.25GB，但Windows Server 2003/2008(也是32位)可以使用超过4GB的内存，因为这些系统支持PAE物理地址扩展技术。

除了CPU本身的支持外，PAE还需要芯片组、主板和操作系统的支持。例如，一些老的主板不支持超过4GB的物理内存，微软也不向32位的家用操作系统，甚至Windows Server系统开放PAE功能。如果它不是企业级的，它就没有开放的PAE功能。

当然，Windows XP/7/8/10内核本身也支持PAE。32位版本的系统可以破解启用此功能，支持4GB以上内存，方法并不难，网上有很多可用的工具，但严肃地说，与其破解系统，不如安装64位的操作系统。