重看計算機基礎1：數據線、地址線，按字、按字節尋址。

算到如今，編程也有十年了，愈加意識到，若是對於理論嗤之以鼻，那也不必學計算機了。

因此，最近開始重讀基礎，但願不算太晚。

 

看了書和網絡上的blog，發現計算機組成原理中，最基本的幾個概念講得略有些晦澀。

好比：數據線、地址線，按字、按字節尋址。現作一些總結。

 

總線中的每根「線」，一次只能傳輸0/1，因此一根線能傳輸1位(bit)的數據，兩根線呢，能傳輸2位(bit)。

可是，須要注意的是1bit能表達0和1，因此1bit能表達2個數，因此，3bit能表達的數實際上是2^3個，也就是8。

 

數據線是傳輸數據的，一塊32位（32bit）的CPU，內含一個32bit的數據寄存器（MDR），一般而言，就該有32根數據線，這樣才能保證一次傳輸32bit數據。（固然，若是有個計算器來幫忙算奇偶性，那麼16根數據線傳輸32bit也沒有問題，或者用更大量的數據線，好比64位CPU跑32位程序，浪費一些數據線，也不是不存在的。這裏只說一般狀況）

 

數據存在存儲單元裏，存儲單元是一個物理結構，它有一個地址，就像你要去參加面試，總得知道公司的地址和一張地圖才能找過去。因此，又出現了地址寄存器來存放這些地址，地址寄存器鏈接有地址線，若是有8根地址線，那麼單次尋址，能表達的數據範圍是2^8，也就是說，8根地址線，單次能傳輸64種數據組合。

所謂的尋址範圍，說的就是最大的尋址能力，上面的8根線，以字節爲尋址單位時，能找到64個字節，換言之，存儲器若是超出64byte，那麼，剩下的就找不着了。

另外一方面，若是存儲器容量是1MB（8Mbit），按字節尋址時，因爲每一個字節（8bit）一個地址，也就是說它須要8Mbit/8bit=1M個地址，1M=2^20，那麼可知，只須要20根地址線，多了也浪費。

 

在一些尋址範圍的測試題裏，通常有兩種考察方式：

一個是給出存儲器容量（好比1MB）和計算機的字長（好比32bit），而後詢問尋址範圍，這裏其實隱含了條件「地址線管夠」。

一個是給出地址線數量（好比20根）和計算機的字長，而後詢問尋址範圍，這裏隱含了條件「存儲器容量管夠」。

由於前提包含：沒人會設計出浪費存儲器\總線的結構，不須要考慮奇葩的設計。

 

固然，出題方式是能夠有變化的，好比不給出字長，給出數據線數量，基於「不須要考慮奇葩的設計」，那麼數據線數量能夠反推出字長，好比32跟數據線，那就必定是32位(由於你一次只能讀32bit的數據，存儲器天然也應該設計存儲單元寬度32）。

 

又有，按字尋址，而非按字符尋址，字（word）也就是存儲單元的單次存儲數據，字長也就是存儲單元的寬度，那麼，32bit字長，就是4字節，64bit字長，就是8字節，那麼字尋址範圍是須要字符尋址除以響應的數量。

32位字長狀況下，1M的字符尋址範圍，就只有256K的字尋址範圍。

能夠看到，這本來就是個文字遊戲，只是考察你的熟練度而已，換個說法就更清晰了：

32位字長狀況下，1M個字符，就是256K個字。

 

固然，從計算機結構角度去理解的話，是這樣的：

一、1M的字符尋址，須要20根地址線（2^20 = 1M）

二、理論上20根線，能夠找到1M個地址，那麼若是是按字，應該是能夠具有2^20 * 4個地址，也就是4M。這是錯誤的。

 三、實際上，不論尋址方式如何，你尋址最後要找到的是字符，因此若是用「按字尋址」，在找到字以後，還得找到字裏的具體字符，那麼就須要2根線，來表達字內的4個字符，這個叫作字內查找。

四、因此，按字尋址，你只能用到18根地址線。那麼尋址範圍就是2^18，也就是256K。