如果 2³² 位 = 40 亿位而不是字节，32 位如何寻址 4GB？答案

【问题标题】：How does 32-bit address 4GB if 2³² bits = 4 Billion bits not Bytes?如果 2³² 位 = 40 亿位而不是字节，32 位如何寻址 4GB？
【发布时间】：2014-11-07 09:02:06
【问题描述】：

本质上，4Gb 是如何变成 4GB 的？如果内存正在寻址 Bytes，那么可能性不应该是 2^(32/8)？

【问题讨论】：

令人困惑的问题（可能有错字：23 应该是 32）。阅读有关计算机体系结构的更多信息。最常见的处理器是寻址字节，而不是位。
"2^32" 是（表示）一个数字没有隐含单位；这是任意添加的，是这里的核心混淆。试试别的……“2^32 甜瓜味冰淇淋”，好吃！
40 亿个地址中的每一个实际上都寻址一个字节。如果要访问单个位，则需要读取整个字节，使用 AND/OR/XOR 执行一些bit twiddling，然后写回整个包含字节。

标签： cpu-architecture memory-address addressing

【解决方案1】：

这取决于您如何处理数据。

如果您使用 32 位来寻址每个位，您可以寻址 2³² 位或 4Gb = 512MB。如果您像大多数当前架构一样处理字节，它将为您提供 4GB。

但如果您处理更大的块，您将需要更少的位来处理 4GB。例如，如果您寻址每个 512 字节的块（2⁹ 字节），您可以使用 23 位寻址 4GB。 FAT16 使用 16 位来寻址（最大）64KB 集群，因此可以寻址最大 4GB 卷。在Java Compressed Oops 中使用相同的方法，您可以使用 32 位引用寻址 32GB 内存。

一些较旧的架构甚至使用word-addressable memory 而不是现在大多数使用的字节。具有大于八位字节的最小可寻址单元的现代架构主要存在于 DSP 中。还有一些具有位寻址内存的架构，例如 Intel 8051

【讨论】：

【解决方案2】：

大多数现代计算机都是字节寻址的，每个地址标识一个 8 位字节的存储空间；太大而无法存储在单个字节中的数据可能会驻留在多个字节中，占用一系列连续的地址。

存在字可寻址计算机，其中最小的可寻址存储单元正是处理器的字。例如，Data General Nova 小型机，德州仪器 TMS9900 和 National Semiconductor IMP-16 微型计算机使用 16 位字，还有许多 36 位大型机（例如 PDP-10）使用 18 位字寻址，不是字节寻址，提供 2¹⁸ 个 36 位字的地址空间，大约 1 兆字节的存储空间。

内存寻址的效率取决于用于地址的总线的位大小——使用的位越多，计算机可用的地址就越多。例如，具有 20 位地址总线的 8 位字节可寻址机器（例如 Intel 8086）可以寻址 2²⁰ (1,048,576) 个内存位置，或 1 MiB 内存，而 32位总线（例如 Intel 80386）寻址 2³² (4,294,967,296) 个位置，或 4 GiB 地址空间。

【讨论】：

【解决方案3】：

芯片上的电气接口由（非常简化的）地址线（例如 32 条地址线）和数据线（例如，8 根用于从 RAM 读取数据的线，8 根用于将数据写入到内存）。在这种情况下，您有 2³² 个 8 位字，因此您可以寻址 2³²*8 位数据。

如果您有一个字宽为 16 位的 RAM（比 8 位更可能），您将能够使用相同数量的地址位寻址两倍的 RAM。在现代系统上，您不能真正“读取一个字节”，而是 CPU 从 RAM 中获取整个缓存行，然后只返回您请求的字节。

【讨论】：