hardware - 为什么不能一步读取未对齐的单词？

Question

鉴于 CPU 的字长允许它寻址内存中的每一个字节。
并且考虑到通过PAE CPU 甚至可以使用比其字长更多的位来寻址。

CPU无法一步读取未对齐字的原因是什么？

例如，在 32 位机器中，您可以读取从位置 0 开始的 4 字节块，但不能读取从位置 1 开始的块（可以，但需要几个步骤）。
为什么 CPU 不能做到这一点？

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问题不在于 CPU 处理内存中任何单个字节的能力。但它是没有相同粒度的内存。正如 Oli 所说，这是非常特定于架构的，但内存芯片通常通过其数据总线宽度来解决。这意味着给定地址代表其数据总线的完整“字”。

让我们以一个 32 位 CPU 为例，它有一个 32 位宽的数据总线连接到一个存储设备。当 CPU 想要访问地址处的字时，0x00000000它确实想要访问字节0、 1和。然而，对于存储芯片，这由单个地址表示。230x00000000

现在，当 CPU 想要访问地址处的字时，0x00000001它确实想要访问字节1、2和。然而，对于内存芯片，这由 address 处的一段字和 address 处的一段字来表示。340x000000000x00000001

因此需要两个总线周期。

编辑：添加一些接线图

为了说明这一点，这里有两种相反的寻址方案：

RAM_CPU_Bus

注意 RAM 芯片地址的位移。

地址将如下所示：

// From the RAM point of view
@0x00000000: Bytes 0x00000000 to 0x00000003
@0x00000001: Bytes 0x00000004 to 0x00000007

要访问 dword @0x00000001，您可以看到无法直接寻址。您需要向 RAM 芯片询问地址0x00000000和0x00000001.

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简单的答案是它们不能，因为它们被设计成不能。

以这种方式设计它们的主要原因是为了提高性能和可扩展性。我们会失去太多非常重要的功能来支持这一点。

一个简单的类比，不起眼的海运集装箱。在海运集装箱出现之前，许多不同形状和大小的货物都尽可能高效地装入船体。由于货物的大小千变万化，从板条箱到咖啡袋，再到成捆的干草和棉花，这些船的运力被严重而低效地利用。

集装箱改变了这一切，现在如果你想在国际上运输东西，它必须放在标准尺寸的集装箱中。并不是说你不能用集装箱船把你的猫粮袋子寄给你在香港的朋友，而是这样做的效率太低了，以至于没有完成。

您想在不购买整个集装箱的情况下快速将猫粮送给您的朋友吗？好吧，你可以付钱给像联邦快递这样的快递公司，让它在 747 上飞过来，但你肯定会为这种能力买单。

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