按字节编址与按字长编址区别及原理图解分析

计算机或者嵌入式刚刚入门的人，可能会有这样的疑问：CPU 是 32 位/64 位的计算机，是怎么读取一个字节的？又或者说，是怎么一下子读取到 32 位/64 位数据的？这其实就是计算机的编址的问题。只要知道了，按字节编址与按字长编址的区别就可以解决这些疑问了。下面将用按字节编址与按字编址的威廉希尔官方网站 原理图图解来讲述其中的奥秘。

首先，32 位/64 位 CPU 指的是 CPU 的数据总线的宽度，也是字长。初学者可能就会认为，既然是 32 位 CPU 了，数据总线的宽度也是 32 位的，那么 CPU 就应该是每一次都是从内存中并行读取 32 位的数据，那么 32 位 CPU 的内存的基本单元就应该是 32 位的才对，为什么现在的计算机都是以 8 位一个字节为基本存储单元的呢？32 位 CPU 它是怎么实现对一个字节单元的读写操作的呢？

按字节编址

关键就在于字节编址。编址，顾名思义就是对地址的编排。而按字节编址就是，一个字节做为一个基本的地址单元。通俗点说就是一个地址对应一个字节（8 位）。

♦需要说明的是该芯片的基本存储单元是 8 位（一个字节），cADDR0-cADDR15 是 CPU 的地址线。

如上图所示就是一个很经典的按字节编址的威廉希尔官方网站 。按照该威廉希尔官方网站 设计，那么 CPU 的每一个地址都对应着存储芯片的一个字节。这时候还是会有疑问，那么按字节编址，CPU 不是每一次都是只能读取一个字节的数据吗？这个时候再看一个图：

这是一个 32 位 CPU 的内存芯片威廉希尔官方网站 图。仔细观察威廉希尔官方网站 图可以看到，CPU 的 32 位数据是由两个 16 位内存芯片的数据并成的。这样 CPU 就可以每一次都是读取到 32 位的数据了。这时候再来看看地址总线。你会发现，CPU 的地址总线 LADDR2 接的是内存芯片的 A0，LADDR1、LADDR0 哪里去了？为什么错开了两条地址线？

其实这就是 16 位及以上的 CPU 实现按字节编址的关键所在。举个例子就好理解了。CPU 地址总线发出 4 个地址信号 000000、000001、000010、000011（省略掉前面的 N 个 0 了），这 4 个地址信号改变的是最低两位的地址线(LADDR1、LADDR0)，高 30 位（LADDR2-LADDR31）始终还是 0，结合威廉希尔官方网站 知道，CPU 地址总线发出的这 4 个地址信号读取到的数据其实是相同的 32 位数据，因为最低两位地址线根本没有接到内存芯片上。而这 32 位数据（4 个字节）刚好可以通过最低两位地址线进行编排（2^2=4），具体 4 个地址与 4 个字节是如何编排的则是由 CPU 所决定的（可以是高字节对高地址，也可以是高字节对低地址）。所以 CPU 发出的每一个地址信号其实还是只对应着一个字节（8 位）的，也就是 CPU 的寻址还是按照字节来寻址的。这就是按字节编址。

而 CPU 要实现对其中某一个字节的操作可以通过“按位与”和“按位或”运算实现。

♦请忽略LADDR14-LADDR24 之间的不连续，这需要结合到具体的芯片型号才能看懂的。并不是本文的重点。

按字编址

如果懂了按字节编址，那么按字编址就很好理解了。直接看图

该图是 32 位 CPU 按字编址的威廉希尔官方网站 原理图。32 位 CPU 的字长就是 32 位，因此按字编址就是，每一个地址对应着一个字长的数据。图中可以看到，CPU 的地址总线 cADDR0-cADDR15 与内存芯片的 A0-A15 是一一对应的，并没有像按字节编址那样，将最低两位错开。然后由两个 16 位的内存芯片的数据合并成 32 位数据。CPU 同样是每次读取 32 字节的数据，但是，CPU 发出的每一个地址信号都对应着一个 32 位的数据，不同的地址信号对应着不同的存储单元。

按字编址设计的威廉希尔官方网站 ，CPU 是没办法寻址到某一个字节并对其操作的，因为 CPU 发出的每一个地址信号都对应着 32 位的数据，无法具体到其中的哪些字节。

总结

判断是按字编址还是按字节编址的关键在于，判断 CPU 给出的每一个地址所确定的存储单元的大小。其大小等于一个字节，那么就是按字节编址的；等于一个字，则是按字编址的。

现代计算机大多数采用的都是按字节编址的方式设计的，也就是经常所说的，计算机最基本的存储单位是字节。

按字节编址的计算机较为通用，兼容性更好；

而按字编址的计算机的兼容性没有那么好了，因为当 CPU 的字长发生变化时，计算机的基本存储单位都会发生变化，但是它可寻址的存储空间更大，因为它的一个地址对应着是 32 位/64 位数据，而按字节编址的一个地址对应的只有一个字节（8 位）的数据。
编辑：hfy