深入理解64-bit（三）

1.3 “64-bit”相关因素

“64-bit”甚至“128-bit”，在实际应用中，这些概念究竟和什么相关？

试想，假如拿一个32位的操作系统在64-bit的硬件上运行，是否可以？

是否我们编译好一个windows程序，就可以在任何windows操作系统上运行？

Java吹的“一次编译，到处运行”是否真如其所言，如是，这个又是什么道理？

其实，“64-bit”这个概念是架构在硬件的CPU基础上的。而与其密不可分的，能有效体现“64-bit”和“32-bit”不同的，是硬件之上的软件。所以，与“64-bit”相关的，无非是这两大类。只是软件要适应硬件、发挥硬件潜能，还要依赖编译器这一特殊软件把高级语言代码转换为机器级别的ISA（instruction-set architecture，指令集体系结构）所认可的机器命令。

在之前，我们讲解了数据模型，不同bit位数的CPU支持的数据类型不完全相同，为了更好发挥机器的物理特性，我们编写程序的时候，就要利用这些更多bit位的CPU，这就给程序员带来一个问题，如何写“64-bit”的代码，或如何把“32-bit”的代码移植到“64-bit”的机器上来？

1.3.1 硬件

通常，“64-bit”首先指的是硬件，在硬件中，主要指的是“64-bit”的CPU。只有硬件提供了基础设施，软件才能有效架构在硬件之上。“64-bit”的CPU首先需要有“64-bit”的寄存器存在与“64-bit”的CPU。

目前，主流的“64-bit”的产品有AMD的x-64位的CPU，也有Intel的IA-64位的CPU。

1.3.2 操作系统

仅仅有了硬件是不够的，“64-bit”硬件效能的发挥，依赖操作系统，也依赖于程序员编写的代码中是否有“64-bit”位的数据类型的使用[1]。

操作系统是程序员写出的代码编译后的产品，如果操作系统代码中定义的数据类型还是“32-bit”硬件所支持的数据类型，则这样的操作系统虽然能够在“64-bit”机器上运行，但是不能很好地把机器潜在的优势发挥出来。所以，需要有与“64-bit”机器配套的“64-bit”操作系统，即需要在操作系统代码中，使用“64-bit”的数据类型来扩大想要表示的数据或空间范围。

用户的应用程序也是这个道理，要想获得更好的性能，那么应该应用“64-bit”的数据类型、“64-bit”的指针表示更大的寻址空间。

现在，许多操作系统都发布了64位版本，用以支持“64-bit”的CPU；许多硬件配件商也发布了诸多的64位驱动程序，用以支持“64-bit”模式下硬件的使用。

如微软发布了windows xp 64-bit版本，Linux的诸多版本都支持64-bit硬件。

1.3.3 操作系统与应用软件

“64-bit”的应用能在“64-bit”的操作系统上运行。可是，“32-bit”的应用能否在“64-bit”的操作系统上运行？

在软件开发过程中，兼容性是一个提得很多的词。向后兼容[2]是计算机界的一个共识。所以，“64-bit”的操作系统需要能够支持“32-bit”的应运程序运行。比如，微软在“64-bit”机器上提供了WOW64[3]，一个容性环境，它使得 32 位应用程序能够在 Windows 64 位操作系统上运行，但应用软件的计算、管理能力还处于“32-bit”水平。

[1] 这表现在是否有64-bit长度的指针和数值型数据被使用。64-bit长度的指针可表示更大的空间范围，64-bit长度的数据可表示更大的数值范围，这样，管理、计算能力就会增强。

[2] 兼容话题：数据兼容，文件格式兼容，程序兼容等等。

[3] Windows 32-bit On Windows 64-bit. WOW64 launches and runs 32-bit applications seamlessly. The system isolates 32-bit applications from 64-bit applications, which includes preventing file and registry collisions. Console, GUI, and service applications are supported. The system provides interoperability across the 32/64 boundary for scenarios such as cut and paste and COM. However, 32-bit processes cannot load 64-bit DLLs, and 64-bit processes cannot load 32-bit DLLs.――摘自MSDN