少し前まで、32bitCPUのWindowsマシンならメモリ最大量は4GBまでという覚え方をしていました。

32bitの場合は、よほど構成のでも64GB程度までのようですが、これが64bitの場合は、2TBなど桁違いに多いみたいですね。

ところでこのCPUが扱える最大メモリは、なぜCPUのbit数(レジスタ長?)で決まるのでしょうか？

また、64bitは32bitに比べて桁違いに多いのは何故なのでしょうか？

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回答5件

ベストアンサー

ところでこのCPUが扱える最大メモリは、なぜCPUのbit数(レジスタ長?)で決まるのでしょうか？

違います。
CPUのメモリアドレスのビット数で決まります。
昔のCPUだと、
8080という8bitCPUのアドレスは16bit(64KB)
8086という16bitCPUのアドレスは20bit(1MB)
でした。いずれもレジスタサイズとは一致していません。
今のPC用CPUだと、
32bitモードのアドレスは32bit(4GB)
64bitモードのアドレスは48bit(256TB)
です。

アドレスが〇bitだと、「0番地」から「2の〇乗-1番地」までのメモリを扱えます。
上記はCPUの制限で、ハードウェア構成やOSの制限でこれより狭くなることがあります。
Windows/64bitだと2TBが上限のようですね。

投稿2017/11/06 13:42

otn

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退会済みユーザー

2017/11/06 15:03

otn様なるほど、そういう事ですか。。。だから、同じ32bitCPUでも扱えるメモリ容量がまちまちなんですね。メモリアドレスというまた別のbit数で決まるんですね。。。で、メモリアドレスが32bitだと、2の32乗 = 4,294,967,295 = 4GBなんですねよく理解できました。

kazuyakazuya

2019/11/14 03:44 編集

＞CPUのメモリアドレスのビット数で決まります。これはアドレスバス幅のことですか？

otn

2019/11/14 08:02 編集

> これはアドレスバス幅のことですか？そうです。アドレスバスというと、CPUの仕様のこともあるし、個々のPCの実装の話もあると思いますが。「CPUの」と付ければ良いのか。

pepperleaf

2019/11/14 13:02

古いのが復活してる。最近のCPUは、大抵、バイトアドレスみたいですけど、ワードアドレスもあるし、その場合、アドレスバス幅 x データバス幅が実際のアドレス空間(正確には、バイトでのアドレス空間)サイズ。あとは、CPU外にバンク(セグメント)を持つシステムだと、もっとアドレス空間は大きくなった。

otn

2019/11/14 15:06

pepperleafさんワードマシンのアドレス空間は少なくとも当時は「32Kワード」等と呼んでいたと思います。後半は、CPUの仕様の話とは違い、個々のコンピューターの実装の話ですね。

pepperleaf

2019/11/16 01:20

おっと、今だと、 > CPU外にバンク(セグメント)を持つシステムは、CPU内と取り込まれてた。最近だと、論理アドレス ≠ 物理アドレスなんで、アドレスバスと言ってもどこのか限定しないと正確じゃなかったです。 > ハードウェア構成やOSの制限でこれより狭くなることがあります。でした。失礼。

行動規範の内容に同意します

直接的にはすでに書かれているようにCPUの論理アドレスサイズによって決まるのですが、色々抜け道があります。
例えば Intel x86系の32bit環境では、アドレスサイズは仮想32bitですが、CPUの物理的なアドレスバスは36bitあるため、最大で64GBまで認識させることができます。
でもそうするとプロセスが使えるサイズが4GBのままになってしまうため、ページテーブルというメモリを管理するテーブルの使いかたをちょっと工夫することで、大規模なメモリを扱えるようにする仕組みがあります。
※この方式はx64環境でも取り入れられており、結果仮想48bit、物理52bitのメモリ空間を制御できるようになっています

逆パターンで、80386（インテル初の32bitプロセッサ）の廉価版80386SXでは、物理アドレスバスが24bitしかありませんでした（その前の80286と同じアドレスバス・データバスとすることで、マザーボード開発コストを抑える意味があります）。そのためメモリ空間が16MBしか確保できません。

投稿2017/11/06 15:23

編集2017/11/06 15:29

tacsheaven

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退会済みユーザー

2017/11/06 23:16

tacsheaven様さらに詳しいご回答ありがとうございます。ちょっと知りたかった疑問だったのですが、こんなに深い話が出てくるとは！ありがとうございました。大変勉強になりました。

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はじめに

こんにちは。あかこうと申します。
よろしくお願いします。

前提

他の回答者様が仰った通り、レジスタ長で決まります。

何故か

レジスタの役割の一つにメモリのアドレスの保管がありますよね。
例えば、eip（命令ポインタ）というレジスタだと次に実行する命令のアドレスとかを持ってるわけです。

しかしこれらにも長さの限界があります。

これも例えなのですが、指定のeipが32bit分格納できるとしたら、このeipが表せるアドレスの最小値は0x00000000(2進数で0が32個)から、最大値である0xffffffff（2進数で1が32個、10進数で約4Gb分）になります。
このeipの各1bをメモリの1B分ずつ、アドレスとして割り当てれば、結果的に4GB分のアドレスが表現できるのです。

つまりはこのeipはこれ以上の幅の、アドレスは参照できなくなります。
レジスタ長で扱えるメモリの大きさが変更されるのはこの為です。

また他の回答者様が仰ったとおり、上記はあくまでもCPUの制限であって、ハードウェア構成やOSの制限は別に存在します。それらの結果、このアドレスの幅（0x00000000~0xffffffff）より狭くなる可能性があります。