32位和64位处理器各有什么不同？

请详点讲解

关于32位处理器和64位处理器有很多讨论和争论，有很多不同的观点，我本人也没有非常非常深入地研究这些。但是常常被朋友问及诸如下面这些问题，只能是一家之言，作为参考：

问题1：64位比32位可以用到更大的内存，这是它的最显著的特性，这使得很多需要大内存的应用程序可以运行。大内存的应用，减少了读写硬盘的时间，同时，CPU大缓存的应用也协调了CPU与内存之间的速度差异，使很多程序运行时间大大缩短。但我有一个问题：是不是只有那些需要大内存的程序才能体验64的优势，而那些内存需求小的程序的性能提升不明显？

回答1：这一点你很对：64位技术支持的大内存是科学与技术计算领域所非常需要的，尤其是smp系统。应该说，从32位到64位，就像从8位到16位，从16位到32位一样，我们获得了额外的并行处理能力，性能是稳步提升的。但是，从32位到64位，不仅仅是位数的增加，处理器的结构和设计也在变化，同时还融入了更多的设计思想。

我的观点是：不能笼统地说64位比32位有什么优势。应该全面比较64位时代的处理器与32位时代的处理器的差异，64位时代的处理器比32位时代的处理器性能的提升不仅仅是位数的增加带来的。处理器的比较，涉及到功能单元，指令集，和各种性能提升技术，一句两句说不清楚，我们可以找个时间再聊。

我认为应该这样说：一个程序能不能体验64位时代处理器的优势，能不能得到性能的提升，取决于程序计算的本质。如你所说，一个需要大内存的程序，就能够体验到64位大内存的优势；一个程序的计算本质正好适合64位时代处理器的结构、指令集、功能单元设计等等方面的各种特性，这个程序就应该得到性能的提升。比如说，如果一个程序不需要很大的内存，但需要频繁存取内存，则Opteron的cpu中集成的内存控制器就对性能的提升大有帮助。当然了，所有这些都需要编译器的支持。

问题2：从软件角度考虑，64位要发挥应有的性能需要64位软件的支持，在一个兼容32位技术的64位机上运行32位程序，性能也得不到提升。

回答2：最初安腾2是不兼容32位的，后来Opteron支持32位与64位兼容模式，intel也不得不跟进。兼容模式主要是商业考虑，会增加处理器设计难度，对64位没有什么好处。如果你的32位程序不能针对64位处理器进行优化，性能得不到提升是正常的。

问题3：是否即使有了64位CPU，大内存，64位软件，对于某些应用64位也未必比32位快？我做了一个测试，同样的任务在Itanium2 1.3和Xeon 2.8的机器跑，Itanium2要略慢些，我的程序用时主要消耗在CPU上（而非IO和网络上），是否对于这种CPU密集型程序，64位技术并没有明显优势，在这种情况下CPU的计算能力（整数，浮点）是决定性因素，虽然64位能够带来是整体性能的提升，但是在CPU 运算能力成为瓶颈的时候，Itanium还是会输给高主频的Xeon?

回答3：假设64位处理器具有很多优点，设计合理，它也只是有了使程序性能得到提升的潜能。至于能不能得到提升，还受到很多因素影响。编译器是最关键的因素之一。所谓高性能计算，这个"性能"二字才是最关键的。性能的追求永远是无止境的。性能的追求是很难的，这就是我们UnitedHPC希望能够为客户服务的地方。一个高性能计算程序要针对计算机的结构、问题特性，以至于处理器的类型进行优化，才能最终得到你所需要的性能。我就见过客户的程序经过性能优化得到100倍性能提升的例子。我自己就亲自处理过客户程序经过性能优化得到30倍性能提升的例子。你的例子，我现在不好作评论。如果你愿意，有时间我们可以坐下来研究一下。

从原理上面来说，32位的处理器内部总线（或者说一次处理的数据）字长为32位，对应64位的处理器就是64位了。一个32位整数可以表示2的32次方也就是4GB的数值，而一个64位整数，即2的64次方也就是1800万TB，可以看做是无限大。64位整数数据的应用程序在64位的硬件上进行运算可以大幅提高计算性能，在同一周期内可以处理更多的数据，从而大大减少运算时间，也使得某些超大数运算得以更好的解决，这使得气象模拟、环境模拟等大型科学运算从中受益匪浅。 可以支持更大的内存