纠正《请教大家一个计算机组成原理的问题》一贴中关于位长的误区

里面好多人说计算机的位长是指地址线的长度，这个是有问题的，但又和原帖题主的问题有区别，就另开一贴。

纵观计算机的历史和原理，所谓的 CPU 的位长都是指 ALU 能一次性处理的数据的长度，一般也是普通寄存器的长度。

而计算机内存地址超过位长是很平常的。比如因特尔第一代 CPU 4004 是一个 4 位机，显然一个只能访问 2^4=16 个不同地址的 CPU 是没有商用的意义的，所以它实际上支持 12 位地址。8 位机时代通常支持 16 位地址（ 64KB ），16 位机通常支持 18-24 位地址。其中有些指令集有超长地址寄存器，需要特殊指令才能操作；有些地址与位长等长，但采用 bank 选择访问不同的物理内存区域；还有两者混合式的。

32 位因为足够绝大多数应用使用，而且 32 位机几乎都有虚拟地址能力，导致初期没有扩大指令集内可见的地址空间的需求，所以 32 位是第一代长时间（逻辑）地址和位长等长的。当然地址线的扩展从未停止，奔腾 2 就已经有 36 位了。到了 32 位后期，各种指令集层面的扩展也层出不穷，比如 PAE ，只不过这时候主流程序都是用高级语言编写的，访问这些扩展都需要特殊的汇编指令，实际使用它们的不多。

64 位出现之后倒是反其道而行之，早期 64 位 CPU 只有 40 位地址总线，现在民用 CPU 也很少有 64 位地址线的。

verrickt

2023-04-18 08:12:09 +08:00

依稀记得教材里把总线在功能上分成了三类：数据总线、地址总线、控制总线，这三类总线均有独立的字长。
数据总线的字长与 lz 所讨论的 cpu 位长一致，是寄存器、ALU 一次能处理数据的长度。
地址总线的字长主要由存储器的物理性质决定，但也不得不做出一些妥协，无法与数据总线的位宽对其。例如现代 AMD64 指令集的 CPU ，地址总线的字长为 48 位。其不使用 64 位字长的原因在于减小页表的空间开销。此外，也可以使用特殊的寻址模式来进一步扩展可寻址范围，例如 lz 所提的 PAE （ physical address extension ）
控制总线的字长在书中没有单独讨论，欢迎了解的 v 友补充