字大小限制内存地址的数量，而不是内存本身？

Question

我读有关的字大小，它规定如下：

每台计算机都有一个字的大小，表示 指针数据的标称尺寸。由于虚拟地址是由这样一个字编码的，因此由字大小确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位字大小的机器，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4千兆字节，即： ，超过4×10^9个字节。

我的理解是正确的，它是可能的地址数量，而不是总的内存大小？例如，如果一个单词是2位，那么我有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尺寸。我可以访问总共1GB的struct，并将其置于address[0]之下，以便即使地址限制为2位，内存也会超过1GB。

Answer 1

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

这些天大部分的CPU都是字节寻址的，一些旧的大型机和超级计算机（例如老Crays）都是字处理的。在寻址机器上，无论如何都没有真正的“字节”概念，所以内存大小是用文字引用的。

实际上，该字节已成为可用的最小内存单元，不要太小，不要太大。例如，一个位寻址的机器对于相同大小的存储器需要8倍的存储器总线（非常不方便），并且64位字会使大量通用计算浪费。

一切都是字真的寻址

具有讽刺意味的是，高速缓存和DDR内存的设计意味着，当你的程序解决了单字节，数据的整个高速缓存行的身价从DDR在加载数据总线。 DDR4的数据总线是64位宽，所以当你的程序访问一个字节时至少加载64位。所以你的程序“认为”它生活在一个字节寻址的环境中，但是存储器接口的物理现实是它是64位字寻址的。

Answer 2

你的书不是完全真实的，但作为一般的简单规则，它保持得很好。

今天常见的例外情况是，你可以使用大于地址范围的字大小，比如大多数64位CPU（我知道足够的详细信息来了解地址范围） - x86-64例如，有一个48位的虚拟地址范围，技术上可以扩展到53位我相信。要做得更好，需要在机器中进行新的页面布局设计，所以不是微不足道的改变。 48个有效位之外的地址（实际上是47位，然后是第48位顶部（或符号）位扩展到剩余的16位，确保没有人使用最高16位用于导致中断的“巧妙的东西”体系结构是否/何时扩展地址范围）。AArch64（ARM的64位处理器架构）也只使用64位的一部分用于虚拟地址 - 我认为它也是48位。另一方面，25年前，当16位x86计算机是标准的时候，由于段寄存器被移位了4位然后被添加到一个“字”中，它们可以处理多于16位的“字” 16位寄存器值，这允许20位地址范围[1] - 或者在保护模式下的80286处理器中，段寄存器包含索引到段描述符表中，该描述符表具有一个基址，它被添加到常规寄存器值，总共给出24位地址。

当然，许多处理器的物理地址范围比虚拟地址的限制更严格，因为将引脚用于寻址内存到处理器外部是“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]实际上稍微有点过了，因为你可以得到一个20位值的加法，低四位零加到16位值上。