字大小限制內存地址的數量，而不是內存本身？

Question

我讀有關的字大小，它規定如下：

每臺計算機都有一個字的大小，表示 指針數據的標稱尺寸。由於虛擬地址是由這樣一個字編碼的，因此由字大小確定的最重要的系統參數是虛擬地址空間的最大大小。也就是說，對於具有w位字大小的機器，虛擬地址的範圍可以從0到2^w-1

32位字大小將虛擬地址空間限制爲4千兆字節，即： ，超過4×10^9個字節。

我的理解是正確的，它是可能的地址數量，而不是總的內存大小？例如，如果一個單詞是2位，那麼我有4個地址(2^2)，但是，放置在這些地址中的內容可能具有更大的尺寸。我可以訪問總共1GB的struct，並將其置於address[0]之下，以便即使地址限制爲2位，內存也會超過1GB。

Answer 1

計算機內部有地址總線和數據總線。地址總線和數據總線不是同一個總線 - 例如，你可以有一個16位地址總線和一個32位數據總線。如果是字尋址機器，則可能的地址數爲65536，總內存大小爲262144字節（65536字，= 65536 * 4），如果是字節尋址機，則總內存大小爲65536字節。

這些天大部分的CPU都是字節尋址的，一些舊的大型機和超級計算機（例如老Crays）都是字處理的。在尋址機器上，無論如何都沒有真正的「字節」概念，所以內存大小是用文字引用的。

實際上，該字節已成爲可用的最小內存單元，不要太小，不要太大。例如，一個位尋址的機器對於相同大小的存儲器需要8倍的存儲器總線（非常不方便），並且64位字會使大量通用計算浪費。

一切都是字真的尋址

具有諷刺意味的是，高速緩存和DDR內存的設計意味着，當你的程序解決了單字節，數據的整個高速緩存行的身價從DDR在加載數據總線。 DDR4的數據總線是64位寬，所以當你的程序訪問一個字節時至少加載64位。所以你的程序「認爲」它生活在一個字節尋址的環境中，但是存儲器接口的物理現實是它是64位字尋址的。

Answer 2

你的書不是完全真實的，但作爲一般的簡單規則，它保持得很好。

今天常見的例外情況是，你可以使用大於地址範圍的字大小，比如大多數64位CPU（我知道足夠的詳細信息來了解地址範圍） - x86-64例如，有一個48位的虛擬地址範圍，技術上可以擴展到53位我相信。要做得更好，需要在機器中進行新的頁面佈局設計，所以不是微不足道的改變。 48個有效位之外的地址（實際上是47位，然後是第48位頂部（或符號）位擴展到剩餘的16位，確保沒有人使用最高16位用於導致中斷的「巧妙的東西」體系結構是否/何時擴展地址範圍）。AArch64（ARM的64位處理器架構）也只使用64位的一部分用於虛擬地址 - 我認爲它也是48位。另一方面，25年前，當16位x86計算機是標準的時候，由於段寄存器被移位了4位然後被添加到一個「字」中，它們可以處理多於16位的「字」 16位寄存器值，這允許20位地址範圍[1] - 或者在保護模式下的80286處理器中，段寄存器包含索引到段描述符表中，該描述符表具有一個基址，它被添加到常規寄存器值，總共給出24位地址。

當然，許多處理器的物理地址範圍比虛擬地址的限制更嚴格，因爲將引腳用於尋址內存到處理器外部是「昂貴的」。 68000是32位處理器，但只有24個地址引腳。早期的x86-64處理器只有40位地址引腳，提供64GB的內存範圍。

[1]實際上稍微有點過了，因爲你可以得到一個20位值的加法，低四位零加到16位值上。