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4.2 主存中的数据组织

一、 存储字长

存储字长：主存中的一个存储单元包含的二进制位数；

目前大多数计算机的主存按照字节编址，存储字长也不断增加，如16位字长、32位字长和64位字长；

对于64位字长来说，主存的一个单元能存放64位二进制数；

正是因为主存按字节编址，而存储字长也有多种，因此指令集结构的设计要考虑如下两个问题：

1. 如何根据字节地址读取一个32位的字？ （字的存存储）
2. 一个字能否存放在储存的任何字节边界？ （字的边界对齐问题）

这里科普一下计算机中的一些名词：字、字长、字节、位；

位：表示一个二进制数码0或1；
字节：一个字节由8个位组成，是存储容量的单位；
字：计算机处理数据时，一次存取、加工和传送的数据长度称为字；
字长：计算机的每个字所包含的位数称为字长；

二、数据存储与边界的关系

（1）按边界对齐的数据存储

假设在32位系统中，定义有如下变量：

int i, short k, double x, char c, short j;
其中int32位，short16位，double64位，char8位；

各变量的地址为：
&i = 0, &k = 4, &x = 8, &c = 16, &j = 18;

图示，显示了单字边界（变量i）、双字边界（变量x）、半字边界（变量j和k）和字符边界（变量c）边界对齐时的存储方式；

边界对齐存放可能会导致部分空间的浪费（图示空白空间没被使用）；

（2）未按边界对齐的数据存储

还是在32位系统中存储之前的那些变量；

各变量的地址为：
&i = 0, &k = 4, &x = 6, &c = 14, &j = 15;

之前未被使用的空间被利用起来了；
但是，该存储方式虽然节省了空间，但是增加了访存次数；

（例如：如果要访问变量x，对齐的存储方式中只用访问两次，未对齐的存储方式需要访问三次）

到底是用对齐的数据存储还是用未对齐的数据存储，要在性能和容量之间做衡量；

（3）边界对齐与存储地址的关系（以32位为例）

单字长边界对齐的其实地址的末二位为00（4字节的整数倍, 二进制表示）

半字长边界对齐的起始地址的最末一位为0（2字节的整数倍，二进制表示 ）

三、大端与小端存储方式

大端存放：最高字节地址（MSB）作为数据地址；

小端存放：最低字节地址（LSB）作为数据地址；

由于数据有大端和小端两种存放模式，所以在程序运行的时候，要关注是哪一种模式；