在32位内存和32位处理器中，CPU如何访问单个字节的内存？

Question

我很清楚32位或64位系统的含义，所有寄存器或字长都是32位或64位。

为了简单起见，我们以32位系统为例，并假设我正在用C语言编写程序。如果我声明一个int类型变量，比如 "int a = 5;"，那么一个字长的内存位置就被保留给变量a。因此，每当我想要访问它时，我可以使用该内存位置的字地址。

但是，假设我有4个字符 "char a,b,c,d;"，由于每个字符只占用一个字节，它们都被放置在一个字中，那么如果我想要访问仅字符b怎么办？（假设内存可按字节寻址）现在假设b是字中的第三个字节...那么它如何进入总线？第3个字节不是与总线上的第17到24个线路硬连在一起吗？那么当仅访问b时其他24条线路会发生什么？

- deepak

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请检查特定CPU的机器语言和汇编语言，尤其是与内存寻址和CPU寄存器相关的部分。 - theglauber

@deepak，在支持字节寻址的32位平台上，可以在不写入其他三个字节（通过关闭字节使能信号）的情况下向内存写入单个字节。 - Eric Z

@EricZ，如果我想要的字节是内存中的第二个字节（从零开始计数），会发生什么情况？通常，当我从内存中访问一个字时，第二个字节会落在寄存器的位23-16之间。但在这种情况下，它将不得不落在位置7-0。这让我感到困惑，因为我认为内存中的位0是有线连接到寄存器的位0上的，位31也是如此。我以为这都是电路设计好的，那么在字节访问期间，应该在位16处着陆的位，怎么会落到位0呢？ - deepak

@deepak，CPU可以从内存中读取4个字节，并将其他3个字节移开以生成第二个字节。这只是在底层发生的事情，在汇编中甚至看不到。 - Eric Z

Answer 1

你的问题的答案主要取决于您使用的编译器以及CPU，内存控制器和内存体系结构（缓存和外部内存）的内部工作方式。
您只能控制编译器（假设您正在使用C或C++编译器）。当您使用小于一个字大小的变量时，编译器有不同的模式。有速度优化和内存优化标志。根据打开的标志，编译器可能会选择生成将所有四个变量（在您的情况下）打包到一个字中的代码。或者编译器可能会选择为每个变量分配一个存储单元，但使用特定的字节存储实际值。编译器将为每种情况生成不同的CPU指令集。在后一种情况下，如果从内存读取变量，则整个单词被放置在总线上，然后放入通用寄存器中。在前一种情况下，字被放置在寄存器中，但是字可以通过位移和逻辑AND操作被零化的其他位。这样正确的字节就会在寄存器中。或者CPU体系结构支持字节级访问字中的数据，在这种情况下，CPU执行的只有一个操作。
最后，了解内部发生的事情是个好主意，但从您的角度来看，编译器生成的指令集将正常工作，所以您不必过于关心。只有当您编写性能敏感的软件时才会关心这一点。在这种情况下，您需要了解CPU和内存的详细信息以及编译器支持的标志。

- shargors

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终于我明白了如何存储小于一个字的变量的逻辑，非常感谢。 - HKIT

Answer 2

这取决于汇编程序，它可以选择分配一个字的内存或一个字节的内存。
因此，即使单词中包含4个不同的字符，现在发生的是它们都一次性被访问，但只有你需要的那个会被处理。也就是说，所有字符都从内存中进入处理器，然后只考虑你需要的字节，其他字节会被拒绝。

- user2050939