【IT168评测中心】从上一篇文章《突破4GB内存屏障 64位平台解析(上)》中，我们已经知道了32位桌面操作系统无法的局限，以及32位系统并不意味着只能应用4GB的内存。

通过支持PAE，32位Window Server 2003最多可以支持128GB的内存（需要数据中心版本）

　　我们可以使用32位的服务器操作系统来解决这个问题，那为什么我们还要用64位操作系统呢？

Why towards 64?

　　接下来我们会看到64位独特的优势，首先我们会看看32位操作系统仍然存在的内存问题。

　　虽然通过Memory Remapping（内存重映射）可以解决大部分MMIO（内存映射IO）的问题，不过有些时候，人们会碰到这个情况：

DELL机皇XPS 730上的4GB只被Vista认出约2GB内存

　　近些年，在一些高端的桌面系统上，使用32位操作系统会碰到如图的问题：可用内存容量非常之低，一些PC供应商会正确地指出，这是高档显卡占用了。实际上，是这些显卡的MMIO空间占用了，如下图所示：

一些具备怪兽级别显卡的4GB内存系统实际只有可怜的2GB可用（基于最新的BIOS，比上图多了256MB容量）

　　这台DELL XPS 730配置了NVIDIA 790U主板，以及两块ATI 3870X2显卡，每块3870x2显卡里面包含了两个3870 GPU——也就是RV670显示核心，ATI也将2颗RV670叫做R680。单颗RV670拥有320个流处理器，支持DX10.1和SM4.1，拥有256bit的显存带宽，基层UVD单元支持高清视频解码功能，2颗RV670组成的R680拥有640个流处理器，512bit的显存带宽，核心频率为825MHz，显存大小为1GB（每个核心512MB），频率为1800MHz。在XPS 730里面里，我们可以看到它们占据了90000000 - 9FFFFFFF、A0000000 - BFFFFFFF、B0000000 - BFFFFFFF、C0000000 - CFFFFFFF这四段每段256MB的空间（从2304MB开始到3328MB），这样就整整少了1GB的可用内存空间。很多高端PC都有这样的问题，形成了很滑稽的情况：花了大价钱却只得到很少的可用内存，严重影响到日常操作乃至游戏、工作（主要指图形编辑等）。

　　一些人可能会认为32位操作系统可以解决问题，实际上这个方法并不总是可以工作。DELL XPS 730上我们尝试了32位的Windows Server 2003和Windows Server 2008，可用内存实际上并没有发生变化，为什么呢？

　　部分原因是设备的问题，Windows产品组的工程师发现，很多测试计算机会发生崩溃、挂起，或者无法启动的故障现象，某些设备驱动程序——主要是一些桌面计算机（而非服务器）上的显卡或者声卡——其驱动程序在编写时没有考虑到内存大于4GB的情况。所以，这些驱动程序会截去那部分地址，从而导致内存冲突以及其他副作用。较早期的NVIDIA驱动在4GB或以上就有问题。当然现在情况已经好转了。

　　为了确保兼容性，应对设备的这些情况，一些主板固定地将他们的MMIO保持于低于4GB的空间，这样实际上就丢失了Memory Remapping的大部分内容，哪怕理论上说操作系统（如使用Windows Server 2003和Windows Server 2008）可以使用PAE可以对高于4GB的MMIO空间进行寻址。对于XPS 730的主板来说，情况就是它无法将MMIO映射到高于4GB的空间（很可能它就不支持Memory Remapping技术）。

64位不需要Memory Remapping，虽然显卡的MMIO空间仍然在4GB以下，仍然比32位多出1GB以上的可用内存

　　在我们安装了Vista x64之后，内存终于正常了，虽然这块NVIDIA 790U主板仍然不痛快地将3870x2的MMIO空间设置在2GB开始，不过可用的内存（任务管理器下）达到了3394MB（在以及打开了几个应用程序的情况下），整整比32位下多了1GB以上。如果我们要购买高端游戏计算机，则应该请OEM厂商预装64位Windows。

注意：假如你也想看自己电脑上的设备内存地址占用，要记住32位下看到的地址总是低于4GB的，因为Memory Remapping是在硬件层次（内存控制器）做出的变动，因此操作系统是无法看出来的。

　　我们已经知道32位平台存在的很多问题，光靠服务器操作系统也是无法解决的，例如一些高端游戏平台使用32位系统天生就会少掉很多可用内存，而64位可以彻底解决MMIO的问题。不过64位的优点还不止这些，我们来看看最最最底层上的分别。

　　基于x86处理器上出现的64位扩展指令集被称为x86-64，同时包括了AMD的64位（AMD64）技术和Intel的64位（EM64T）技术（我们一直避免谈论IA64架构，因为其用户面实在狭窄），这两种技术实际上是大部分相同的，只存在很小的差别（AMD64与Intel EM64T对EFER寄存器定义稍有不同；EFER寄存器是用来控制和监视扩展功能状态的一个寄存器）。

AMD64与EM64T的不同之处

　　除了些微的不同之外，两种64位技术是很相似的，下面就是通常为x86-64的处理器架构上的变化：

x86-64的根本变化：更强大的寄存器

　　X86-64不仅仅将原有的32位寄存器扩充为64位，还增加了一倍的GPR（通用寄存器）和XMM寄存器（也叫SSE寄存器）。例如，AX就是16位寄存器（AX可以分为AH和AL两个8位寄存器分别操作），EAX就是32位寄存器，那么RAX就是64位寄存器。

　　一个计算机系统里面最快的存储单元不是U盘和硬盘，也不是内存和显存，也不是处理器的L1和L2，最快的是寄存器，在汇编语言里面可以直接使用 MOV RAX, RBX这样的语句进行操作（EAX/RAX就是常用的通用寄存器的第一个，接下去的是B、C、D等）。寄存器是CPU内部用来创建和储存CPU运算结果和其它运算结果的地方，扩展的位数可以提高通用运算的精度，扩充的寄存器数量将提供更快的执行效率，降低存取L1/L2的频率，因此x86-64操作从底层上就比32位要快10%~30%。

　　由于寄存器上的变化，在运行纯64位代码的时候，64位系统可以具有明显的性能提升，不过大多数情况下，系统都在运行32位应用程序，因此额外的性能提升被这些兼容机构（例如WOW64——Windows32 on Windows64子系统）抵消掉了，对于大多数人来说，64位带来的最大感受可能是内存支持上的变化。

　　自从PAE出现之后，处理器寄存器的宽度就已经开始和地址总线的宽度不一致了，64位条件下也是这样，虽然64位寄存器可以直接使用64位的线性地址，但是在内存控制器上全部实现可能会有些难度，因此实际支持的位数就要少些。早期的AMD64和EM64T的实现位数还有所不同。第一个具有支持64位的x86-64处理器支持48位线性地址（实际上，规范的地址必须将位63到位48全填0或全填1，填0还是填1要看位47是0还是1）。

64个处理核心、2046965MB（2TB）内存的Windows Server 2008 Datacenter x64 Edition

　　48位线形地址意味着我们只可以直接寻址256TB的空间，这已经是一个相当大的数值了，当然现在建造的操作系统实现上会受到更大的限制，例如Windows Server 2008的64位数据中心版的规格上只说明它支持2TB的内存。虽然它来理论上也可以支持更大的容量，但是目前只允许这个数值。Windows 64现在使用的是44位寻址，也就是16TB。

　　Windows Vista、Windows Server 2003与Windows Server 2008操作系统的物理内存支持对比，更老的Windows版本可以看《九阳神功秘籍 4GB内存平台全探秘》：

　　可能上一页的表格不利于查找自己想要什么版本，没关系，可以看下面，这个表格是按照支持的容量来划分，同时不再考虑Sevice Pack对内存支持的影响：

　　使用64位操作系统不仅仅是为了支持的最大内存容量更大，而是为了更强大的操作系统内部数据结构。

 　　无论何种环境，每一个进程都会有自己的虚拟内存地址空间，对于一个用户进程来说，默认的2GB可能已经足够，然而对于操作系统核心来说——所有的内核模式程序包括内核、驱动程序、系统缓存等都共享着相同的2GB空间（从这点上看，Windows已经不怎么具有微内核的样子了，为了性能，Windows将许多本应该放在用户模式的系统服务都放进了内核），在一个大系统上很容易受到限制。

任务管理器里面可以看到系统缓存、分页池和未分页池的大小

　　系统资源主要有四种：分页池、未分页池、系统分页表和系统缓存，系统缓存容易理解，系统分页表则是用来保存所有线程使用到的堆栈（Windows所有的线程都具有自己的堆栈），分页池和未分页池则是所有程序的核心模式组件使用到的内存部分，区别只是未分页池里分配的内存是不能交换到虚拟内存上面的，分页池上的则可以（从而可能保存到磁盘上去，当程序需要这些页面的时候，再读到内存里面来）。例如设备驱动就使用未分页池（假如放到虚拟内存并被交换到磁盘上时可能会发生灾难性的后果）。这些资源短缺的时候系统将会发生不可预料的事情，分页池吃紧的时候系统将会频繁地使用虚拟内存，从而不停读写磁盘减低性能，而未分页池吃紧的时候系统多半已经踏入鬼门关了。

　　由于这些资源共同占用着相同的内核模式地址空间，因此在32位条件下很受限制，并且稍有不慎就会导致短缺，在64位环境下，这些资源的上限都可以达到128GB，因此系统运行起来会更加稳定，可以支持更多的进程/线程运行——也就是打开更多的窗口，运行更多的程序（从这点上看，32位的Vista也多少具有这些特征，虽然无法突破4GB的限制，不过系统资源的分配没有太过于固定的限制）。

　　【IT168评测中心】从上、下整篇文章中，我们可以得知以下事实：

1：10多年前，32位处理器就已经可以通过PAE支持多达64GB的内存容量。
2：32位操作系统并不意味着只能支持4GB内存。32位的Windows Server 2003 Datacenter可以支持128GB内存。
3：32位应用程序也不意味着只能使用4GB内存。通过AWE，可以最多使用64GB。
4：在某些主板上，32位服务器操作系统也无法完全解决MMIO问题。64位系统可以。
5：64位模式的x86处理器拥有更多、更宽的寄存器，运行速度比32位模式要快。
6：64位Windows目前可以支持2TB的海量内存。64位进程可以最多使用8TB的内存。
7：64位Windows的系统数据结构更加灵活强大，从而可以提供更好的稳定性。

　　对于拥有大内存的用户来说，我们应该不难做出操作系统上的选择了（当然，可以选择硬件的情况下，请先参考第二页选择一下主板，可以提升32位下的表现）。如果你已经购买了64位硬件（主要是64位处理器），但是仍然运行着32位系统，那么强烈建议你尽快升级到64位系统，只有这样你的新硬件的性能才能得到充分发挥。如果你是高端用户，例如你经常需要进行图形处理、视频压缩、CAD设计、运行大型游戏以及编程等比较耗费资源的应用，并且你所使用的应用软件已经有了64位版本，那么你应该考虑尽快升级到64位系统上来，这样对你工作效率的提高是显而易见的（对于我们的编辑来说，最让人振奋的可能是Native 64的Adobe Photoshop CS4套件即将发布了）。

　　由于64位Windows对32位应用程序的兼容性非常好（64位Linux的情况比较不同，不过好在用户可以自己编译64位应用程序），因此在64位Windows上进行32位应用也是一个不错的选择。笔者顺便提醒一下，高端桌面PC选用Windows Server 2008 x64并不好。选择Windows Server 2003 x64和Windows Vista x64都不错。

笔者喜爱的Windows Server 2003 x64

　　当然，64位应用也还有一些其它的问题，不过随着时光的流逝，这些问题将会逐渐解决或消失，64位是大势所趋，现在，就是时候了。

附：64位与32位运行性能的对比

同一套硬件平台：CineBench R10测试——32位Windows

同一套硬件平台：CineBench R10测试——64位Windows

　　这套平台就是基于ASUS Z7S WS主板的优异交火平台，有兴趣的同学请继续关注我们IT168评测中心。