字大小是否限制内存地址的数量，而不是内存本身?

Does word size limit number of memory addresses, not the memory itself?

本文关键字：内存是否地址更新时间：2023-10-16

我正在阅读有关单词大小的信息，它指出以下内容：

每台计算机都有一个字大小，表示一个指针数据。由于虚拟地址是由这样的单词编码的，因此由字大小决定的最重要的系统参数是虚拟地址空间的最大大小。也就是说，对于具有 W位字大小，虚拟地址的范围可以从0到2^W-1

32 位字大小将虚拟地址空间限制为 4 GB，也就是说，刚刚超过 4 x 10^9 字节。

我的理解是否正确，即是可能的地址数，而不是总内存大小？例如，如果一个单词是 2 位，那么我将有 4 个地址(2^2)，但是，放置在这些地址中的内容可能具有更大的大小。我可以访问总共 1GB 的struct，并将其放在address[0]下，这样即使地址限制为 2 位，内存也超过 1GB。

计算机内部有一个地址总线和一个数据总线。地址总线和数据总线不是同一总线 - 例如，您可以有一个 16 位地址总线和一个 32 位数据总线。可能的地址数为 65536，如果是字寻址计算机，则总内存大小为 262144 字节(65536 字，= 65536*4)，如果是字节寻址计算机，则为 65536 字节。

如今，大多数CPU都是字节寻址的，一些旧的大型机和超级计算机(例如旧的Crays)是单词寻址的。在字寻址机器上，无论如何都没有"字节"的真正概念，因此内存大小是用单词引用的。

实际上，字节已经成为公认的有用的最小内存单位;不太小，也不太大。例如，对于相同大小的内存，位寻址机器需要宽8倍的内存总线(非常不方便)，而64位字会使许多通用计算浪费。

一切都是真的

具有讽刺意味的是，缓存和DDR内存的设计意味着，当您的程序寻址单个字节时，整个缓存行的数据将通过数据总线从DDR加载。 DDR4的数据总线宽度为64位，因此当程序访问单个字节时，至少加载64位。所以你的程序"认为"它生活在字节寻址的环境中，但内存接口的物理现实是它是64位字寻址的。

你的书并不完全真实，但作为一个一般的简单规则，它相当有效。

今天常见的例外是，你可以有一个大于地址范围的字大小，例如在大多数 64 位 CPU 中(我知道的足够详细来理解地址范围) - x86-64 例如，有一个 48 位虚拟地址范围，我相信在技术上可以扩展到 53 位。要走得更远，就需要在机器中对页表布局进行新的设计，因此根本不是微不足道的更改。位于 48 位之外的地址(实际上是 47 位，然后第 48 个顶部(或符号)位扩展到剩余的 16 位，确保没有人将前 16 位用于"聪明的东西"，如果/当地址范围扩展时，会导致架构中断)。AArch64(ARM的64位处理器架构)也只使用64位中的一部分作为虚拟地址 - 我认为这里也是48位。

另一方面，25+ 年前，当 16 位 x86 计算机成为标准时，它们可以寻址超过 16 位的"字"，这要归功于段寄存器移动 4 位然后添加到 16 位寄存器值，这允许 20 位地址范围 [1] - 或在保护模式下的 80286 处理器，段寄存器包含一个段描述符表的索引，该表具有基址，该基址被添加到常规寄存器值中，总共给出一个 24 位地址。

当然，许多处理器的物理地址范围比虚拟地址的物理地址范围更严格，因为将用于寻址内存的引脚放在处理器外部是"昂贵的"。 68000 是 32 位处理器，但只有 24 个地址引脚。早期的x86-64处理器只有40位地址引脚，提供64GB的内存范围。

[1] 实际上有点过分了，因为您可以将低四位零添加到 16 位值中，从而添加一个 20 位值。