计算机组成原理之主存中存储单元地址的分配

什么是寻址？

寻址指当CPU请求数据时获得该数据在内存上的位置的过程。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？

这里涉及到字节的概念。

1字节（Byte）＝8比特（比特）通常写作：1B＝8b 用大B和小b区分字节和比特

在中文中这两个概念很容易被初学者混淆。而英文中可以很明显的发现两者是完全不同的概念。1Byte＝8bit。比特（bit）是计算机中信息量的最小的单位，1bit表示一个0或者1。

注意：bit也被称作位，1bit也叫1位。

 

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。

注意：存储空间的基本单位是字节。重点不要和“位”混淆。

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，也就是字节。

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。

这里追加一个字的概念：字节的概念在上面已经解释过了。

• 字：（Word）代表计算机处理指令或数据的二进制数位数，用来表示被处理信息的单位，用于度量数据类型的宽度。还是很抽象，字是由若干个字节组成。字是一种数据处理了和运算的单位，比如：将3个人分为一组，这个组就是一个单位，字和组是一样的概念，而组员和字节又类似。在计算机的运算器、控制器中，通常是以字为单位进行传送的。组我们可以让三个人一组，四个人一组。同样的字也可以由多个字节组成。并没有一个固定的数量。至于到底是几个字节组成一组可以看下面的图片。

 按字节寻址

按字节寻址指一个地址线表示的数（即状态）与一个字节地址相对应。比如一台机器有30根地址线，如果按字节寻址，其寻址范围是=1GB。注意这里用的单位是B，原因如上文所述，30根地址线对应的是磁盘中的存储空间的基本单位，即1B，8个位。

为什么30根地址线的寻址范围是1GB？2^30＝1073741824bit。

1073741824bit / 1024 / 1024 / 1024=1GB

1根地址线可以表示的有0/1两种组合，转换成10进制为：0，1。2^1

2根地址线可以有0,0 | 0,1 | 1,0 | 1,1四种组合，转换成十进制为：0，1，2，3。2^2

由此可以推出30根共有2^30种组合，也就是1GB。

这就是按字节寻址，最大的主存大小就是1GB，如果超出1GB计算机就无法操作多余的地址了。对于计算机来说就是不存在的，所以不会出现主存大于地址总线能表示的地址的情况。

看图：

圆形：1bit  正方形：1Byte

 

 

 

按字寻址

计算机以此方式寻址时，每一个地址值指向了一个字，这里指向的便不是按字节寻址中的字节了。如前文所述对字的定义，一个字里面有任意个字节，那么计算机如何知道其地址指向的到底是字中的第几个字节呢？我们在前面就说过了，存储器的最基本单元是字节。所以即使是按字寻址，最终要找到的也是字里面的字节。而一个字里面有多少个字节呢？我们在上面也进行了解释。我们要怎么选择字里面的字节呢？这便需要地址线中分出一部分标出其所指的到底是字中的第一个字节，还是第二个，亦或是其他。我们知道一根地址线可以表示0或者1。两根地址线可以表示0，1，2，3。

下面举个例子：设有一台机器有24根地址线，其字长（字的长度，单位是bit，而字是由字节组成，字节是8bit，所以 字＝字长/8）为16位，按字寻址，求其寻址范围。

解：字里面封装了字节，为了确定每个字节或者说每个数据都有自己的一个编号，那么需要牺牲一部分地址线来实现。16位字长的机器，每个字表示2个字节，用1位地址线就能区分出来。由此表示字地址的数据线位数就只剩下了24-1=23位了。所以寻址的范围就变成了2^23W,即8MW了。注意这里单位为W表示一个字。

继续看图：以24根地址总线，16位字长的机器为例。

方框表示：Byte。灰色阴影表示：字

 

例题