c - 可寻址性的限制？

Question

我正在以下地址阅读一些 C 文本：

https://cs.senecac.on.ca/~lczegel/BTP100/pages/content/compu.html

在“可寻址内存”部分中，他们说“可寻址主内存的最大大小取决于地址寄存器的大小。 ”

我不明白为什么会这样。

谁能给我一个清楚的解释，好吗？

非常感谢。

Answer 1

如果您有 32 位寄存器，那么您可以在单个寄存器中存储的最高地址是 2^32-1，因此您可以寻址 2^32 个单位（在现代计算机中，单位几乎总是字节）。更大的数字根本不适合。

您可以通过使用大于单个寄存器可以容纳的内存地址来解决此问题（并且某些 CPU/操作系统具有这样做的功能），但使用地址/指针会更慢，因为它必须摆弄多个寄存器。

例如，假设您有 32 位寄存器但有 64 位指针，并且想要递增指针以查找char( ++p) 数组中的下一项。处理器不必执行简单的递增指令，而是必须

1. 增加低 32 位；
2. 检查结果是否为零（溢出）；
3. 如果发生溢出，也增加上半部分。

稍微简化一下，这意味着它必须执行分支（if-then-else）指令，这是现代 CPU 执行的最慢和最复杂的指令之一。

（例如，参见维基百科上的x86 内存分段，了解英特尔处理器中使用的多寄存器寻址方案。）

Answer 2

如果您有 1 个地址寄存器，保存 16 位地址，则最多可以有 2^16 - 1 个地址。

不管有多少寄存器，它们可以指向的地址数量将受到它们的宽度（位数）的限制。

因此，可寻址主存储器的最大大小取决于地址寄存器的大小。

Answer 3

保持简单：地址寄存器用于存储和引用内存地址；由于它们的大小和数量是固定的，因此有一个最大地址。

显然，您不能利用比可寻址更多的内存（因为机器不知道如何引用它），因此可用内存实际上受到地址寄存器可以表示的最大地址的限制。