16、32、64位机器的理论内存限制如下：
16 位 = 65,536 字节（64 千字节）
32 位 = 4,294,967,296 字节（4 千兆字节）
64 位 = 18,446,744,073,709,551,616（16 EB）
我记得从 DOS / Windows 3.11 时代开始，16 位内存可以分成几段，这样 16 位机器可以访问大于 64 KB 的内存。
我有一台内存为 16GB 的机器，并且同时启动 32 位操作系统和 64 位操作系统。我可以从 64 位操作系统访问所有 16GB，但只能在 32 位操作系统中访问 3.21GB。
所以，我的问题是：如果 16 位操作系统由于内存分段而允许超过 64KB 的内存访问，那么为什么 32 位机器不遵循相同的原则？
答案1
确实如此，这个系统被称为物理地址扩展 (PAE)。以下是Windows 操作系统及其最大内存，任何允许超过 4GB RAM 的 32 位系统都使用 PAE 来访问内存（例如，Windows 2003 R2 Datacenter 32 位允许 128GB RAM）。
事实上 Windows 8需要支持 PAE 的 CPU最低要求。
回答你“未问”的问题，为什么你的 32 位操作系统无法访问内存（如果存在）：许可。他们选择不允许他们的 32 位操作系统的内存超过 4GB，除非你购买数据中心版本（这就是为什么他们出售数据中心版本，如果你需要有那么多的内存，你可能有能力在操作系统上花更多的钱）。
答案2
我不会亲自解释，而是让必须维护支持 PAE 的内核的人 Linus Torvalds 以他迷人的方式来讲。
还要记住，Windows 32 位版本中的 PAE 支持价格不菲。XP 甚至无法正常使用全部 4 GiB 的 RAM，因为 MS 选择不启用其上的 PAE 功能。与之密切相关的内核 Windows 2003 Server 支持 PAE。但是，即使在那里，“标准版”也只支持最多 4 GiB（但可以解决 BIOS 内存漏洞问题），而更昂贵的版本则允许最多 64 GiB 的 RAM。对于32 位 Vista。
然而，并非在所有情况下这是 Windows 强加的限制。如果是，启动启用 PAE 的 Linux 内核仍将使您能够使用完整的 4 GiB（或更多）。但事实并非如此，一些硬件制造商选择在 BIOS 级别强加此限制，尽管 CPU 和芯片组能够处理 PAE。
附注：目前没有一款基于 x86 的 64 位处理器能够寻址整个 64 位地址空间身体上（以供参考看到这个问题和答案）。
答案3
8 位 CPU 通常具有 16 位地址总线。（摩托罗拉有统一的地址总线，RAM 和外围 I/O 共享相同的地址空间，而英特尔选择将两者分开。对于英特尔来说，8088 和 8086 的 IO 地址限制继承了 8080 和 8085 CPU 的限制。）
Intel 的 8088 和 8086 具有 20 位内存地址总线（1MB），而 Motorola 的 68000 具有 24 位地址总线（16 MB）。如果我没记错的话，[80]286 跳转到了 24 位地址总线。两者后来分别通过 [80]386 和 68020 扩展到 32 位地址总线。）随着 Pentium 芯片的出现，地址总线扩展到 64 位。（我认为 Motorola/IBM 合资的 PowerPC 芯片也采用了 64 位地址总线。）
CPU 可直接访问的最大内存容量仅受支持硬件芯片（芯片组）和操作系统的限制。比尔盖茨曾因说过没有人需要超过 640K 的 RAM 而闻名，因此 DOS 从未发展到直接访问更多 RAM。借助 HiMem.sys 和 EMM386，DOS 扩展为访问更多“上层”内存，其中 EMM386 可用于直接访问所有可用 RAM。HiMem.sys 的灵活性较差，基本上可以使用额外的 RAM 进行存储。
超过该限制的内存需要 MMU（内存管理单元）将内存分成多个段并将其映射到 CPU 的可寻址内存空间中。这就是 CoCo 3、Commodore 128 和其他 8 位计算机能够访问超过 64K RAM 的方式。
现在更有利的方法是使用虚拟内存来扩展物理内存限制，尽管受到操作系统施加的限制。
答案4
16、32 和 64 位机器的理论内存限制如下......
这里的根本缺陷是，处理器的“位宽”（通常是机器通用寄存器的大小）必然与 RAM 地址的宽度相同。
在启用分页但没有 PAE 的 x86 中，程序和操作系统代码使用的地址被 Intel 称为“线性地址” - 我们通常称之为“虚拟地址”。它们是 32 位宽。这允许 4 GiB 的虚拟地址空间。
但这或多或少是巧合，仅仅是页表条目格式的一个产物，物理（RAM）地址的大小也是 32 位。
使用 PAE 时后者为 36 位（起初……在后续实现中会更宽）。因此，仅仅因为它是一台“32 位机器”并不意味着物理内存地址被限制为 32 位。
该行业有一个长的“位宽”与其最大物理地址大小不匹配的机器的历史。例如，VAX 架构定义了一台 32 位机器，虚拟地址（地址转换打开后代码使用的地址）确实是 32 位宽……但 VAX 的物理地址只有 30 位宽 - 并且一半的物理地址空间专用于 I/O 设备寄存器，因此最大 RAM 仅为 512 MiB。
即使没有地址转换硬件，机器的“位宽”也不一定能定义最大 RAM 地址。例如：CDC“上 3000”系列是 36 位机器。你认为它们能寻址 64 GiB 的 RAM 吗？不可能！这些机器是在 60 年代中期问世的！哎呀，我们甚至连 64 GB 的 RAM 都无法寻址。磁盘空间在那些日子里。（CDC 6000 系列是 60 位机器。我还需要继续说吗？）