计算机的32位系统，其内存容量的理论上限是4GB，这个数字并非随意设定，而是由最根本的计算机硬件设计——CPU的寻址能力——所决定的，要理解这个限制，我们可以用一个非常生活化的比喻来解释：把计算机的内存想象成一个巨大的、由无数个小房间组成的旅馆，而CPU是这家旅馆的管理员，它需要给每一个小房间分配一个唯一的门牌号,以便快速找到并存取里面的数据。

在这个比喻中，每一个“小房间”就是一个字节的存储空间，而“门牌号”就是内存地址，32位系统的“32位”关键就在这里，所谓“位”，是计算机最小的数据单位，就像一盏灯，要么是开（表示为1），要么是关（表示为0），32位系统意味着CPU用来生成和管理这些“门牌号”的工具,是一串长度为32位的二进制数字。

我们来计算一下，一串32位的二进制数字，能组合出多少个不同的“门牌号”，每一位有0或1两种可能，那么32位的组合总数就是2的32次方，计算一下：2^10是1024，2^20是大约100万，2^30是大约10亿，那么2^32就是2^30乘以2^2，也就是大约43亿，具体数字是4,294,967,296个。

这意味着，32位的CPU最多只能给大约43亿个内存字节分配唯一的地址，既然每个地址对应一个字节，那么总的可寻址内存空间就是4,294,967,296字节，我们通常用GB（吉字节）来表示大容量，1GB等于1,073,741,824字节（2的30次方），4,294,967,296字节除以1,073,741,824,结果正好是4GB。

32位系统的4GB内存上限，本质上是由于CPU的地址总线宽度（或者说地址寄存器的位数）被限制在32位，导致它最多只能识别和管理4GB大小范围内的地址空间，这就像旅馆管理员手里只有一套最多能编到43亿号的号码牌，那么这家旅馆最多也就只能有43亿个房间,不可能再多了。

在实际使用中，用户往往会发现，即使在电脑上安装了4GB的物理内存，在32位操作系统（如Windows XP或Windows 7的32位版本）中，可用的内存通常只有3.2GB到3.5GB左右，并不能完全使用全部的4GB，这又是为什么呢？这就涉及到另一个关键的技术原因：内存映射。

计算机系统的硬件资源，如显卡的显存、各种硬件设备的固件（BIOS或UEFI）以及各种接口卡上的存储空间，也需要被CPU访问，为了高效地管理这些资源，系统设计者并没有为它们单独开辟一条通道，而是选择将它们也映射到总的4GB内存地址空间中，也就是说，CPU会把显卡的显存、声卡的存储区等，也当作一个个有特定地址的“房间”来看待。

这个过程就像是在我们之前比喻的4GB“内存旅馆”里，划出了一些楼层或区域，专门预留给这些硬件设备使用，系统可能会将地址范围从3.5GB到4GB的这片空间，永久地分配给显卡的显存，这样一来，虽然物理上你安装了4GB的内存条，但CPU能用来分配给普通程序和数据的内存地址空间，就只剩下从0到3.5GB的部分了，那些被硬件占用的地址，对应的物理内存就无法再被操作系统和应用程序使用，从而造成了所谓的“内存损失”或“系统保留”，这就是为什么在32位系统中,我们永远看不到完整的4GB可用内存。

面对这个4GB的硬性天花板，工程师们并非坐以待毙，他们想出了一些技术来试图突破或缓解这个限制，其中最著名的就是PAE（物理地址扩展）技术，PAE技术的核心思想可以理解为给内存地址“扩容”，它通过在CPU和内存控制器之间增加一层额外的地址映射表，将物理内存的地址位数从32位扩展到了36位甚至更多，36位的寻址能力是2的36次方,也就是64GB。

这听起来似乎完美地解决了问题，但实际情况要复杂得多，PAE技术扩展的是“物理地址”空间，意味着主板确实可以安装超过4GB的物理内存，对于单个应用程序来说，它所在的“虚拟地址”空间仍然被限制在32位，也就是最多4GB，操作系统虽然能管理超过4GB的物理内存，但它需要像调度员一样,把不同程序需要的数据块在庞大的物理内存和每个程序有限的4GB虚拟空间之间来回搬运和映射。

这种方法带来了一些问题，它增加了操作系统内存管理的复杂性和开销，更重要的是，它并没有增加单个程序的可用内存上限，一个程序自身仍然无法直接使用超过4GB的内存，这对于需要处理超大型数据集的科学计算或大型数据库应用来说，依然是瓶颈，当时一些硬件设备的驱动程序与PAE技术存在兼容性问题，可能导致系统不稳定，尽管服务器版本的32位操作系统（如Windows Server 2003）支持PAE并能够使用超过4GB的内存，但在主流的个人电脑32位操作系统上，这个功能要么被禁用,要么效果不理想。

彻底解决内存限制的根本之道，是迈向64位架构，64位系统的地址总线宽度是64位，其可寻址空间达到了2的64次方字节，这是一个天文数字（16EB，即160亿GB），在可预见的未来几乎可以认为是无限的，随着硬件成本的下降和软件需求的增长，64位系统迅速取代32位系统成为主流，使得4GB内存上限成为了一个标志性的历史技术节点，32位系统的4GB内存上限，是其核心设计逻辑的必然结果，后续的修补技术则因存在各种局限,最终让位于更彻底的64位技术革命。