計算機(jī)或者嵌入式剛剛?cè)腴T的人，可能會有這樣的疑問：CPU 是 32 位/64 位的計算機(jī)，是怎么讀取一個字節(jié)的？又或者說，是怎么一下子讀取到 32 位/64 位數(shù)據(jù)的？這其實就是計算機(jī)的編址的問題。只要知道了，按字節(jié)編址與按字長編址的區(qū)別就可以解決這些疑問了。下面將用按字節(jié)編址與按字編址的電路原理圖圖解來講述其中的奧秘。

首先，32 位/64 位 CPU 指的是 CPU 的數(shù)據(jù)總線的寬度，也是字長。初學(xué)者可能就會認(rèn)為，既然是 32 位 CPU 了，數(shù)據(jù)總線的寬度也是 32 位的，那么 CPU 就應(yīng)該是每一次都是從內(nèi)存中并行讀取 32 位的數(shù)據(jù)，那么 32 位 CPU 的內(nèi)存的基本單元就應(yīng)該是 32 位的才對，為什么現(xiàn)在的計算機(jī)都是以 8 位一個字節(jié)為基本存儲單元的呢？32 位 CPU 它是怎么實現(xiàn)對一個字節(jié)單元的讀寫操作的呢？

按字節(jié)編址

關(guān)鍵就在于字節(jié)編址。編址，顧名思義就是對地址的編排。而按字節(jié)編址就是，一個字節(jié)做為一個基本的地址單元。通俗點說就是一個地址對應(yīng)一個字節(jié)（8 位）。

?需要說明的是該芯片的基本存儲單元是 8 位（一個字節(jié)），cADDR0-cADDR15 是 CPU 的地址線。

如上圖所示就是一個很經(jīng)典的按字節(jié)編址的電路。按照該電路設(shè)計，那么 CPU 的每一個地址都對應(yīng)著存儲芯片的一個字節(jié)。這時候還是會有疑問，那么按字節(jié)編址，CPU 不是每一次都是只能讀取一個字節(jié)的數(shù)據(jù)嗎？這個時候再看一個圖：

這是一個 32 位 CPU 的內(nèi)存芯片電路圖。仔細(xì)觀察電路圖可以看到，CPU 的 32 位數(shù)據(jù)是由兩個 16 位內(nèi)存芯片的數(shù)據(jù)并成的。這樣 CPU 就可以每一次都是讀取到 32 位的數(shù)據(jù)了。這時候再來看看地址總線。你會發(fā)現(xiàn)，CPU 的地址總線 LADDR2 接的是內(nèi)存芯片的 A0，LADDR1、LADDR0 哪里去了？為什么錯開了兩條地址線？

其實這就是 16 位及以上的 CPU 實現(xiàn)按字節(jié)編址的關(guān)鍵所在。舉個例子就好理解了。CPU 地址總線發(fā)出 4 個地址信號 000000、000001、000010、000011（省略掉前面的 N 個 0 了），這 4 個地址信號改變的是最低兩位的地址線(LADDR1、LADDR0)，高 30 位（LADDR2-LADDR31）始終還是 0，結(jié)合電路知道，CPU 地址總線發(fā)出的這 4 個地址信號讀取到的數(shù)據(jù)其實是相同的 32 位數(shù)據(jù)，因為最低兩位地址線根本沒有接到內(nèi)存芯片上。而這 32 位數(shù)據(jù)（4 個字節(jié)）剛好可以通過最低兩位地址線進(jìn)行編排（2^2=4），具體 4 個地址與 4 個字節(jié)是如何編排的則是由 CPU 所決定的（可以是高字節(jié)對高地址，也可以是高字節(jié)對低地址）。所以 CPU 發(fā)出的每一個地址信號其實還是只對應(yīng)著一個字節(jié)（8 位）的，也就是 CPU 的尋址還是按照字節(jié)來尋址的。這就是按字節(jié)編址。

而 CPU 要實現(xiàn)對其中某一個字節(jié)的操作可以通過“按位與”和“按位或”運算實現(xiàn)。

?請忽略LADDR14-LADDR24 之間的不連續(xù)，這需要結(jié)合到具體的芯片型號才能看懂的。并不是本文的重點。

按字編址

如果懂了按字節(jié)編址，那么按字編址就很好理解了。直接看圖

該圖是 32 位 CPU 按字編址的電路原理圖。32 位 CPU 的字長就是 32 位，因此按字編址就是，每一個地址對應(yīng)著一個字長的數(shù)據(jù)。圖中可以看到，CPU 的地址總線 cADDR0-cADDR15 與內(nèi)存芯片的 A0-A15 是一一對應(yīng)的，并沒有像按字節(jié)編址那樣，將最低兩位錯開。然后由兩個 16 位的內(nèi)存芯片的數(shù)據(jù)合并成 32 位數(shù)據(jù)。CPU 同樣是每次讀取 32 字節(jié)的數(shù)據(jù)，但是，CPU 發(fā)出的每一個地址信號都對應(yīng)著一個 32 位的數(shù)據(jù)，不同的地址信號對應(yīng)著不同的存儲單元。

按字編址設(shè)計的電路，CPU 是沒辦法尋址到某一個字節(jié)并對其操作的，因為 CPU 發(fā)出的每一個地址信號都對應(yīng)著 32 位的數(shù)據(jù)，無法具體到其中的哪些字節(jié)。

總結(jié)

判斷是按字編址還是按字節(jié)編址的關(guān)鍵在于，判斷 CPU 給出的每一個地址所確定的存儲單元的大小。其大小等于一個字節(jié)，那么就是按字節(jié)編址的；等于一個字，則是按字編址的。

現(xiàn)代計算機(jī)大多數(shù)采用的都是按字節(jié)編址的方式設(shè)計的，也就是經(jīng)常所說的，計算機(jī)最基本的存儲單位是字節(jié)。

按字節(jié)編址的計算機(jī)較為通用，兼容性更好；

而按字編址的計算機(jī)的兼容性沒有那么好了，因為當(dāng) CPU 的字長發(fā)生變化時，計算機(jī)的基本存儲單位都會發(fā)生變化，但是它可尋址的存儲空間更大，因為它的一個地址對應(yīng)著是 32 位/64 位數(shù)據(jù)，而按字節(jié)編址的一個地址對應(yīng)的只有一個字節(jié)（8 位）的數(shù)據(jù)。
編輯：hfy