[转]CPU位数、操作系统位数和编译器位数关系

随着近来AMD和Intel的64位CPU以及 Microsoft 64位操作系统的相继发布，我想来谈谈CPU位数与操作系统位数的问题，这二者有区别也有联系，操作系统位数的概念是基于CPU的位数的。
     首先我们从计算机的信息表示谈起。计算机中的信息分为两类：控制信息、数据信息。控制信息表示：条件、命令、状态等。数据信息有数值与非数值的两类，非数 值如：文字、图像、声音等。所有这些信息在计算机中用数字代码表示，为了电路表示处理方便，就用二进制表示。电路用高电平、低电平表示2个数码“1”和 “0”，简单地可理解为高低电压或有无电。十进制在每个数位上可用10个数码（0—9），二进制在每个数位上可用2个数码（0、1）。用二进制表示数和十 进制的其实就是一样，也可进行各种运算。计算机系统的信息从输入、存储、处理到输出就都是用基于二进制的电信号表示。如键盘的每一个按键可用一个数码表 示；如鼠标可用2个数码分别表示水平和垂直的位置；如存储字符“A”可用数码“01100101”表示；如存储、输出图像可将图像分为很多点，各点用一数 码表示其颜色。
     所谈的位数就是表示信息的二进制数码的位数。位数越大能表示的信息范围就越大。如“16位色”就是说能表示的颜色种数是2的16次幂（65536），32位就有2的32次幂（65536*65536）。
     CPU的位数是指CPU能一次同时寄存和处理二进制数码的位数，这和CPU中寄存器的位数对应。
     CPU为了实现其功能一般设计了指令集，即是CPU的全部指令，这就是机器语言。计算机的所有功能都是基于CPU的指令集。指令集和CPU的位数是有联系 的。如Intel 8086 CPU 是16位，其指令集也是16位。如Intel 80386DX CPU 是32位，其指令集也是32位，但它也保持原16位指令集，这是为了向上兼容。
     操作系统的位数是说其所依赖的指令集的位数。
     计算机系统一般都应有向上兼容性，所以也可有64位CPU上运行32位操作系统、32位CPU上运行16位操作系统的情况。

操作系统位数应该是根据指针类型的位数来定的。整数类型不一定跟位数相等，CPU位数准确地说应该是CPU一次能够并行处理的数据宽度，一般就是指数据总线宽度。

附：
64位CPU如：AMD Athlon64 、Intel Pentium 4 F
32位CPU如：Intel 80386DX 到 Intel Pentium III 和部分Intel Pentium 4
16位CPU如：Intel 8086、Intel 80286
64位操作系统如：Windows XP Professional x64和Windows Server 2003 x64
32位操作系统如：Windows95、Windows98、Windows NT、Windows 2000、Windows XP
16位操作系统如：DOS 
Windows1.0到3.2是运行在DOS上的，不能算是独立的操作系统。

    如果你去看intel网站上的关于ia32结构的白皮书，会搞得比一般人明白许多。16位和32位早期的主要区别是寄存器的位数，内存的寻址和相应指令集的扩充。32位intel   cpu都有real模式，即完全的16位模式，屏蔽掉32位的所有特性；32位模式，可以使用所有的32位特性；模拟的8086模式，可以用一个32位机模拟多个16位的8086机，他们的内存是分段隔离的。现在的操作系统使用的都是32位的模式，因为可以享受到cpu直接提供的内存的分页和分段管理。他们提供模拟机制，实际上也是依托cpu实现的16位环境，而不是直接解释16位代码。由于负责生成汇编代码的主要是编译器，所以设计16位的编译器在任何情况下只能生成16位代码。当然，这并不是说用16位的编译器不可能生成32位的代码，因为他完全可能被设计成在16位实模式下生成32位的代码，从而可以在32位的机器上被执行。这就是所谓的交叉编译。你可以使用诸如gcc这样的交叉编译器在16位dos环境下编译出可以在32位linux环境下被执行的程序。