学习笔记|计算机组成原理小分块-按字寻址、按字节寻址

教材：《计算机组成原理》第二版
作者：唐朔飞
出版社：高等教育出版社?

这里查了很多资料，但是还是有点懵，欢迎大家来纠错哇！

先修知识：

位（bite）: 音译为“比特”，表示二进制位。位是计算机内部数据储存的最小单位，11010100是一个8位二进制数。

字节（byte）：一个字节等于8位，即1Byte=8bit。

字：一串数码作为一个整体来处理运算，被称为一个字，字的位数称为字长，一个字通常有若干个字节，例如286微机的字由2个字节组成，它的字长为16；486微机的字由4个字节组成，它的字长为32位机。 计算机的字长决定了其CPU一次操作处理实际位数的多少，由此可见计算机的字长越大，其性能越优越。。

KB：K表示1024，也就是2的10次 方。1KB表示1K个Byte，也就是1024个字节。1KB=1024B

MB：1MB是1048576字节，即 1MB = 2E+20 Bytes = 1048576Bytes。1MB=1024KB

地址线：用来传输地址信息，存储单元个数=存储容量=2^地址线条数，一个存储单元占一个字节（1B 8位），所以如果一个CPU有n根地址线，那么这个cpu地址总线宽度为n，最多可以寻址2^n个内存单元。

数据线：用来传输数据，数据线确定存储字长，数据线有多少条，字长就是多少位。字长是32位 ，则1字=32bit=4B 则表明处理器一次可以处理4个存储单元，指令长度为4个存储单元。

按字寻址/按字节寻址讲解：

寻址：就是寻找地址，当CPU请求数据的时候就会对进行读数据的请求。内存上存储的所有数据都会有一个可以区分的地址，这与其存放的位置相对应，当CPU请求数据时，内存中的电路会根据CPU的地址线上的信号利用数据总线向CPU返回数据。

那么内存是如何编码数据保存的位置的？这里涉及到上文所述的字节的概念。内存每一个存储位置的最小单元都可以储存0或1，即一个位的内容，而内存将8个位设定为一个存储空间的基本单位。而在地址线上每一个地址的编号便对应的是一个存储位置的最小的基本单位。

如何在地址线上用信号表示这个地址，这个问题引出了两个不同的寻址方式：按字节寻址和按字寻址。

按字节寻址：
一组地址线的每个不同状态对应一个字节的地址，存储空间的最小编址单位是字节，每一个地址值指向了一个字节。

例如，对24位地址线的主存而言（就是有24根地址线，按字节寻址，每根线有两个状态，那么24根地址线组成的地址信号就有2^24个不同的状态，每个状态对应一个字节的地址空间的话，那么24根地址线的可寻址空间为2^24B，即16MB。

按字寻址：
一组地址线的每个不同状态对应一个字的地址，存储空间的最小编址单位是字，每一个地址值指向了一个字。

一个字由若干个字节构成，所以计算机在寻址过程中会区分字里面的字节，即会给字里面的字节编址，这样就会占用部分地址线，例如有24根地址线，机器字长为16位，若按字寻址的话，16位=2个字节，需要占用一根地址线用来字内寻址，也就是用来区分两个字节 0? 或 1，这样就剩下23根地址线，故按字寻址范围是2^23=8M。【真正用于按字寻址的地址线只有24-1=23根】

PS:我的理解，按字寻和按字节寻址只是寻址范围的计量标准不同而引起的搜索范围不同，本质上是一样的，就像草莓按kg算是2kg，但是按照g就是2000g。

寻址范围和地址线有关，字长和数据线有关。

左下角IBM370：字长为32位（即数据线为32根），所以cpu一次可以处理32位（4个字节）的数。

按字节寻址：地址线为24根，可以指示2^24个内存地址，所以寻址范围为0-2^24-1，寻址空间为16M。

按字寻址：一个字长为4个字节，就需要单独拿出两根地址线保存字节的地址，所以寻址范围为2^22=4M，这就是IBM370。（字里面封装了字节，为了保证每个字节都有自己的编号，必须牺牲一部分地址线来实现，例如此例子，24根地址线，字长是32位，那么每个字长有4个字节，所以需要二进制码区分四个字节的话，就需要两位例如00 01 10 11来区分四个字节，就需要两根地址线来存储字节的地址，所以真正表示字位置的地址线只有24-2=22根，所以2^22=4M，类比到按字节寻址，因为只有一个字节，所以不需要多余的地址线来存储分区，所以时2^24=16M）

同理右下角PDP-11机：字长为16位（即数据线为16根），所以cpu一次可以处理16位（2个字节）的数。

按字节寻址：地址线为24根，可以指示2^24个内存地址，所以寻址范围为0-2^24-1，寻址空间为16M。

按字寻址：一个字长为2个字节，需要单独拿出一根地址线保存字节的地址，所以为2^23=8M。