64比特

64比特最大的内存上限是“16 EiB”，即1677万7216 TiB、或171亿7986万9184 GiB。即使是目前世界最大的内存，其容量也远远低于这个上限，故64比特在现实世界中可暂时视做为无限大。

内存的大小的算法是“2的XX次方”，例如16比特位的内存上限是“2的16次方”即65536=64 KiB，而32比特为“2的32次方”即4,294,967,296 B=4 GiB，以此类推而64比特就是“2的64次方”即17179869184 GiB=16777216 TiB=16384 PiB=16 EiB。

64比特的上限足足有171亿GiB，这已经完全满足了个人所能用到的全部保存量；不过仍应提到，直至2007年IBM的System/370及后继者使用128比特浮点数，且许多现代处理器也内含128比特浮点数寄存器；System/370及后继者尤其显著，在这方面，他们也使用多达16字节的可变长度十进制数（即128比特）。

早在1960年代，64位架构便已存在于当时的超级电脑，且早在1990年代，就有以RISC为基础的工作站和服务器。2003年才以x86-64和64比特PowerPC处理器架构的形式引入到（在此之前是32比特）个人电脑领域的主流。

目前大部分的CPU（截至2005年），其单个寄存器可存放虚拟内存中任意数据的内存地址（本机）。因此，虚拟内存（电脑在程序的工作区域中所能保留的数据总量）中可用的地址取决于寄存器的宽度。自1960年的IBM System/360起，然后1970年的 DEC VAX微型电脑，以及1980年中期的Intel 80386，在事实上一致开发合用的32比特大小的寄存器。32比特寄存器意味着2³²的地址，或可使用4 GB的内存。当时在设计这些架构时，4GB的内存远远超过一般所安装的可用量，而认为已足够用于寻址。认为4GB地址为合适的大小，还有其它重要的理由：在应用程序中，如数据库，42亿多的整数已足够对大部分可计算的实体分配唯一的参考引用。

然而在1990年初，成本不断降低的内存，使安装的内存数量逼近4GB，且在处理某些类型的问题时，可以想像虚拟内存的使用空间将超过4GB上限。而64比特系统的记忆体上限非常高，因此一些公司开始发布新的64比特架构芯片家族，最初是提供给超级电脑、顶级工作站和服务器机器。64比特运算逐渐流向个人电脑，在2003年，某些型号的苹果公司Macintosh产生线转向PowerPC 970处理器（苹果公司称为「G5」），并在2006年，转向EM64T处理器，且x86-64处理器在顶级的PC中遂渐普及。64比特架构的出现，有效的将内存上限提升至2⁶⁴地址，相当于1844多京或16 EB的内存。从这个角度来看，在4 MB主内存很普遍时，最大的内存上限2³²的地址大约是一般安装内存的1000倍。如今，当1GB的主内存很普遍时，2⁶⁴的地址上限大约是1百亿倍。

今天市面上大部分的消费级PC存在着人为的内存限制，因受限于实体上的限制，而几乎不太可能需要用到16EB的容量。举例来说，Apple的Mac Pro最多可安装物理内存至128GB，而无必要支持超过的大小。最新的Linux内核（版本3.11.2）可编译成最高支持64GB的内存。

• 1961年：IBM发表IBM 7030 Stretch 超级电脑。它使用64比特数据字组，以及32或64比特的指令字组。
• 1974年：Control Data Corporation推出CDC Star-100矢量超级电脑，它使用64比特字组架构（先前的CDC系统是以60比特架构为基础）。
• 1976年：Cray Research发表第一台Cray-1超级电脑。它以64比特字组架构为基础，它成为后来的Cray矢量超级电脑的基础。
• 1983年：Elxsi推出Elxsi 6400平行微型超级电脑。Elxsi架构具有64比特数据寄存器，不过地址空间仍是32比特。
• 1991年：MIPS科技公司生产第一台64比特微处理器，作为MIPS RISC架构R4000的第三次修订版本。该款CPU使用于以IRIS Crimson启动的SGI图形工作站。然而，IRIX 操作系统并未包含对R4000的64比特支持，直到1996年发布IRIX 6.2为止。Kendall Square Research发表他们的第一台KSR1超级电脑，以专有的运行于OSF/1的64比特RISC处理器架构为基础。
• 1992年：Digital Equipment Corporation（DEC）引入纯64比特Alpha架构，其诞生自PRISM项目。
• 1993年：DEC发布64比特OSF/1 AXP 类Unix操作系统（后来改名为Tru64 UNIX）和OpenVMS操作系统给Alpha系统。
• 1994年：Intel宣布64比特IA-64架构的进度表（与HP共同开发）作为其32比特IA-32处理器的继承者。以1998–1999推出时间为目标。SGI发布IRIX 6.0，即支持64比特的R8000 CPU。
• 1995年：Sun推出64比特SPARC处理器UltraSPARC。富士通所有的HAL电脑系统推出以64比特CPU为基础的工作站，HAL独立设计的第一代SPARC64。IBM发布64比特AS/400系统，能够转换操作系统、数据库、应用程序的升级。DEC发布OpenVMS Alpha 7.0，第一个全64比特版本的OpenVMS for Alpha。
• 1996年：HP发布PA-RISC处理器架构的64比特2.0版本的实作PA-8000。任天堂引入Nintendo 64电视游戏主机，以低成本的MIPS R4000变体所打造。
• 1997年：IBM发布RS64全64比特PowerPC处理器。
• 1998年：IBM发布POWER3全64比特PowerPC/POWER处理器。Sun发布Solaris 7，以完整支持64比特UltraSPARC。
• 1999年：Intel发布IA-64架构的指令集。AMD首次公开64比特集以扩充给IA-32，称为x86-64（后来改名为AMD64）。
• 2000年：IBM推出他自己的第一个兼容ESA/390的64比特大型电脑zSeries z900，以及新的z/OS操作系统。紧接着是64比特Linux on zSeries。
• 2001年：Intel推出64比特处理器产品线，标记为Itanium，主打顶级服务器。但因价钱太高(Itanium 9560价钱约为4650美金)，因一再拖延IA-64市场而导致失败。Linux是第一个可运行于该处理器的操作系统。
• 2002年：Intel引入Itanium 2作为Itanium的继承者。
• 2003年：AMD产出他的AMD64架构Opteron以及Athlon 64处理器产品线。苹果也推出了64比特「G5」PowerPC 970 CPU courtesy of IBM，并连同升级他的Mac OS X操作系统，其增加对64比特模式的部分支持。若干Linux 发行版本发布对AMD64的支持。微软宣布将为AMD芯片创建新的Windows操作系统。Intel坚持Itanium芯片仍维持只有64比特的处理器。
• 2004年：Intel承认AMD在市场上的成功，并着手开发AMD64延伸的替代品，称为IA-32e，稍后改名为EM64T。升级版本的Xeon和Pentium 4处理器家族支持了新推出的指令。Freescale宣布64比特e700 core，以继承PowerPC G4系列。VIA Technologies宣布64比特的Isaiah处理器。[1]
• 2005年：Sun于1月31日发布支持AMD64和EM64T处理器的Solaris 10。3月，Intel宣布他的第一个双内核EM64T处理器Pentium Extreme Edition 840和新的Pentium D芯片将于2005第二季推出。4月30日，微软公开发布提供给AMD64和EM64T处理器的Windows XP Professional x64 Edition。5月，AMD引入他的第一个双内核AMD64 Opteron服务器CPU，并宣布其桌面型版本，称为Athlon 64 X2。将原本的Athlon 64 X2（Toledo）处理器改为两个内核，并为每个内核的L2配上1 MB高速缓存，以大约2.332亿个晶体管组成。它有199 mm²那么大。7月，IBM宣布他最新的双内核64比特PowerPC 970MP（codenamed Antares），由IBM和Apple使用。微软发布Xbox 360游戏主机，其使用由IBM生产的64比特、三内核Xenon PowerPC处理器。
• 2006年：双内核Montecito Itanium 2处理器进入生产。Sony、IBM、Toshiba开始生产用于PlayStation 3、服务器、工作站以及其它应用的64比特Cell处理器。苹果公司在新的Mac Pro和Intel Xserve电脑中采用64比特EM64T Xeon处理器，稍后更新iMac、MacBook、MacBook Pro使用EM64T Core 2处理器。
• 2013年：Apple推出世界上第一款64位智能手机iPhone 5s，采用ARM架构A7处理器；同年晚些时候，Apple推出iPad Air，采用同款处理器，将64位处理器带入移动设备。
• 2014年：HTC推出世界上第一款以Android系统的64比特处理器手机HTC Desire 820

从32比特到64比特架构的改变是一个根本的改变，因为大多数操作系统必须进行全面性修改，以取得新架构的优点。其它软件也必须进行移植，以使用新的性能；较旧的软件一般可借由硬件兼容模式（新的处理器支持较旧的32比特版本指令集）或软件仿真进行支持。或者直接在64比特处理器里面实作32比特处理器内核（如同Intel的Itanium处理器，其内含有x86处理器内核，用来运行32比特x86应用程序）。支持64比特架构的操作系统，一般同时支持32比特和64比特的应用程序。

明显的例外是AS/400，其软件运行在虚拟的指令集架构，称为TIMI（技术独立机器界面），它会在运行之前，以低级软件转换成原生机器码。低级软件必须全部重写，以搬移整个OS以及所有的软件到新的平台。例如，当IBM转移较旧的32/48比特「IMPI」指令集到64比特PowerPC（IMPI完全不像32比特PowerPC，所以这比从32比特版本的指令集转移到相同指令集的64比特版本的规模还要庞大）。

64比特架构无疑可应用在需要处理大量数据的应用程序，如数字视频、科学运算、和早期的大型数据库。在其它工作方面，其32比特兼容模式是否会快过同等级的32比特系统，这部分已有很多争论。在x86-64架构（AMD64和Intel 64）中，主要的32比特操作系统和应用程序，可平滑的运行于64比特硬件上。

Sun的64比特Java虚拟机的启动速度比32比特虚拟机还慢，因为Sun仍假定所有的64比特机器都是服务器，而且只有为64比特平台实作「服务器」编译器（C2）。[2]「客户端」编译器（C1）产生较慢的代码，不过编译较快速。所以尽管在64比特JVM的Java程序在一段很长的周期会运行的较好（一般为长时间运作的「服务器」应用程序），它的启动时间可能更久。对于短生命期的应用程序（如Java编译器javac）增加启动时间可控制运行时间，使64比特的JVM整体变慢。

应当指出，在比较32比特和64比特处理器时，速度并不是唯一的考量因素。应用程序，如多任务、应力测试（stress testing）、集群（clustering，用于HPC）可能更适合64比特架构以正确部署。为了以上原因，64比特集群已广泛部署于大型组织，如IBM、Vodafone、HP、微软。

一个常见的误解是：除非电脑安装的内存大于4GB，否则64比特架构不会比32比特架构好。这不完全正确：

• 部分操作系统保留了一部分行程地址空间供操作系统使用，减少用户程序可用于映射内存的地址空间。例如，Windows XP DLL以及userland OS组件映射到每一个行程的地址空间，即使电脑装有4 GB的内存，也仅剩下2至3.8 GB（端视其设置）的可用地址空间。这个限制在64比特Windows中不会出现。
• 文件的内存映射不再适合32比特架构，尤其是相对便宜的DVD刻录技术的引入。大于4 GB的文件不再罕见，如此大的文件无法简单的映射到32比特架构的内存，只能映射文件的一部分范围到地址空间，并以内存映射访问文件。当有需要时，就必须将这些范围映射进或映射出地址空间。这是一个问题，因为充裕的内存映射仍是从磁盘至内存最有效率的访问方法，如果操作系统能适当实行的话。

64比特架构主要的缺点是，相对于32比特架构，占用相同的数据会消秏更多的内存空间（由于肿涨的指针，以及其它型态和对齐补白等可能）。这会增加行程对内存的需求，且可能会影响高性能处理器缓存的使用。解决方法之一是维持一部分32比特模型，且大致合理有效。高性能导向的z/OS操作系统便采取这个方法，要求程序代码存放在32比特地址空间的任一数字，数据对象则可（选择性）存放在64比特区域。

目前主要的商业软件是创建在32比特代码，而非64比特代码，所以不能取得在64比特处理器上较大的64比特地址空间，或较宽的64比特寄存器和数据路径的优点。然而，免费或自由软件操作系统的用户已经可以使用专有的64比特运算环境。并非所有的应用程序都需要大量的地址空间或操作64比特数据项，所以这些程序不会享受到较大的地址空间或较宽的寄存器和数据路径的好处；主要受益于64比特版本的应用程序，并不会享受到使用x86的版本，会有更多的寄存器可以使用。

64比特系统往往缺乏对应的软件，多数软件均按32比特架构编写。最严重的问题是不兼容的驱动程序。尽管32比特兼容模式（又称作仿真模式，即微软WoW64技术）可运行大部分软件，但通常无法运行驱动程序（或类似软件），因为驱动程序通常在操作系统和硬件之间运行，无法使用直接仿真。许多开放源始码软件封包可简单的从源始码编译为可运行于64比特环境操作系统，如Linux。所需的条件是供给64比特机器的编译器（通常是gcc）。

因为设备的驱动程序通常运行于操作系统内核（Kernel）的内部，有可能以32比特行程运行内核，同时支持64比特的用户行程。以在内核里的额外消耗为代价，如此可为用户提供受益于64比特的内存和性能，且不破坏现存32比特驱动程序的二进制兼容性。这个机制源于OS X激活64比特行程，同时支持32比特的驱动程序。

大多数32比特软件都在新的64比特操作系统上运行，但是杀毒软件会有兼容性问题。