計(jì)算機(jī)組成原理——機(jī)器字長(zhǎng)、指令字長(zhǎng)、存儲(chǔ)字長(zhǎng)

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字長(zhǎng)：

字長(zhǎng)：
一個(gè)字中的二進(jìn)制位的位數(shù)，是計(jì)算機(jī)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)中的一個(gè)重要特性。字長(zhǎng)在計(jì)算機(jī)結(jié)構(gòu)和操作的多個(gè)方面均有體現(xiàn)。計(jì)算機(jī)中大多數(shù)寄存器的大小是一個(gè)字長(zhǎng)。計(jì)算機(jī)處理的典型數(shù)值也可能是以字長(zhǎng)為單位。CPU和內(nèi)存之間的數(shù)據(jù)傳送單位也通常是一個(gè)字長(zhǎng)。還有內(nèi)存中用于指明一個(gè)存儲(chǔ)位置的地址也經(jīng)常是以字長(zhǎng)為單位的。現(xiàn)代計(jì)算機(jī)的字長(zhǎng)通常為16、32、64位。

通常稱(chēng)處理字長(zhǎng)為8位數(shù)據(jù)的CPU叫8位CPU，32位CPU就是在同一時(shí)間內(nèi)處理字長(zhǎng)為32位的二進(jìn)制數(shù)據(jù)。二進(jìn)制的每一個(gè)0或1是組成二進(jìn)制的最小單位，稱(chēng)為位（bit）。常用的字長(zhǎng)為8位、16位、32位和64位。字長(zhǎng)為8位的編碼稱(chēng)為字節(jié)，是計(jì)算機(jī)中的基本編碼單位。
字長(zhǎng)與計(jì)算機(jī)的功能和用途有很大的關(guān)系，是計(jì)算機(jī)的一個(gè)重要技術(shù)指標(biāo)。字長(zhǎng)直接反映了一臺(tái)計(jì)算機(jī)的計(jì)算精度，為適應(yīng)不同的要求及協(xié)調(diào)運(yùn)算精度和硬件造價(jià)間的關(guān)系，大多數(shù)計(jì)算機(jī)均支持變字長(zhǎng)運(yùn)算，即機(jī)內(nèi)可實(shí)現(xiàn)半字長(zhǎng)、全字長(zhǎng)（或單字長(zhǎng)）和雙倍字長(zhǎng)運(yùn)算。在其他指標(biāo)相同時(shí)，字長(zhǎng)越大計(jì)算機(jī)的處理數(shù)據(jù)的速度就越快。早期的微機(jī)字長(zhǎng)一般是8位和16位，386以及更高的處理器大多是32位。市面上的計(jì)算機(jī)的處理器大部分已達(dá)到64位。字長(zhǎng)由微處理器對(duì)外數(shù)據(jù)通路的數(shù)據(jù)總線條數(shù)決定。

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機(jī)器字長(zhǎng)

機(jī)器字長(zhǎng)：
計(jì)算機(jī)能直接處理的二進(jìn)制數(shù)據(jù)的位數(shù)。機(jī)器字長(zhǎng)通常與主存單元的位數(shù)一致。計(jì)算機(jī)中運(yùn)算器進(jìn)行算術(shù)運(yùn)算和邏輯運(yùn)算。機(jī)器字長(zhǎng)也就是運(yùn)算器進(jìn)行定點(diǎn)數(shù)運(yùn)算的字長(zhǎng)，通常也是CPU內(nèi)部數(shù)據(jù)通路的寬度。

機(jī)器字長(zhǎng)反映了計(jì)算機(jī)的運(yùn)算精度，即字長(zhǎng)越長(zhǎng)，數(shù)的表示范圍也越大，精度也越高。機(jī)器的字長(zhǎng)也會(huì)影響機(jī)器的運(yùn)算速度。倘若CPU字長(zhǎng)較短，又要運(yùn)算位數(shù)較多的數(shù)據(jù)，那么需要經(jīng)過(guò)兩次或多次的運(yùn)算才能完成，這樣勢(shì)必影響整機(jī)的運(yùn)行速度。
機(jī)器字長(zhǎng)與主存儲(chǔ)器字長(zhǎng)通常是相同的，但也可以不同。不同的情況下，一般是主存儲(chǔ)器字長(zhǎng)小于機(jī)器字長(zhǎng)，例如機(jī)器字長(zhǎng)是32位，主存儲(chǔ)器字長(zhǎng)可以是32位，也可以是16位，當(dāng)然，兩者都會(huì)影響CPU的工作效率。

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指令字長(zhǎng)

指令字長(zhǎng)：
一個(gè)指令字中包含二進(jìn)制代碼的總位數(shù)。指令字長(zhǎng)取決于從操作碼的長(zhǎng)度、操作碼地址的長(zhǎng)度和操作碼地址的個(gè)數(shù)。不同的指令的字長(zhǎng)是不同的。早期計(jì)算機(jī)的存儲(chǔ)字長(zhǎng)一般和機(jī)器的指令字長(zhǎng)與數(shù)據(jù)字長(zhǎng)相等，故訪問(wèn)一次主存便可取一條指令或一個(gè)數(shù)據(jù)。隨著計(jì)算機(jī)的應(yīng)用范圍的不斷擴(kuò)大，解題精度的不斷提高，往往要求指令字長(zhǎng)是可變的，數(shù)據(jù)字長(zhǎng)也要求可變。為了適應(yīng)指令和數(shù)據(jù)字長(zhǎng)的可變性，其長(zhǎng)度不由存儲(chǔ)字長(zhǎng)來(lái)確定，而用字節(jié)的個(gè)數(shù)來(lái)表示。1個(gè)字節(jié)（Byte)被定義為由8位（Bit）二進(jìn)制代碼組成。當(dāng)然，此時(shí)存儲(chǔ)字長(zhǎng)、指令字長(zhǎng)、數(shù)據(jù)字長(zhǎng)三者可各不相同，但它們必須是字節(jié)的整數(shù)倍。

指令字長(zhǎng)等于機(jī)器字長(zhǎng)的指令，稱(chēng)為單字長(zhǎng)指令；
指令字長(zhǎng)等于半個(gè)機(jī)器字長(zhǎng)的指令，稱(chēng)為半字長(zhǎng)指令；
指令字長(zhǎng)等于兩個(gè)機(jī)器字長(zhǎng)的指令，稱(chēng)為雙字長(zhǎng)指令。

例如，IBM370系列，它的指令格式有16位（半字）的，有32位（單字）的，還有48位（一個(gè)半字）的。

早期計(jì)算機(jī)使用多字長(zhǎng)指令的目的，在于提供足夠的地址來(lái)解決訪問(wèn)內(nèi)存任何單元的尋址問(wèn)題。但是使用多字長(zhǎng)指令的缺點(diǎn)是必須兩次或三次訪問(wèn)內(nèi)存以取出一整條指令，這就降低了CPU的運(yùn)算速度，同時(shí)又占用了更多的存儲(chǔ)空間。

在一個(gè)指令系統(tǒng)中，如果各種指令字長(zhǎng)是相等的，稱(chēng)為等長(zhǎng)指令字結(jié)構(gòu)，它們可以都是單字長(zhǎng)指令或半字長(zhǎng)指令。這種指令字結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，且指令字長(zhǎng)度是不變的。如果各種指令字長(zhǎng)度隨指令功能而異，就稱(chēng)為變長(zhǎng)指令字結(jié)構(gòu)。這種指令字結(jié)構(gòu)靈活，能充分利用指令長(zhǎng)度，但指令的控制較復(fù)雜。隨著技術(shù)的發(fā)展，指令字長(zhǎng)度逐漸變成多于32位的固定長(zhǎng)度。

指令字長(zhǎng)固定：指令字長(zhǎng)小于等于存儲(chǔ)字長(zhǎng)
指令字長(zhǎng)可變：按字節(jié)的倍數(shù)變化

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存儲(chǔ)字長(zhǎng)

存儲(chǔ)字長(zhǎng)：
一個(gè)存儲(chǔ)單元存儲(chǔ)二進(jìn)制代碼的位數(shù)。存儲(chǔ)字長(zhǎng)可以是8位、16位、32位等。早期計(jì)算機(jī)的存儲(chǔ)字長(zhǎng)一般和機(jī)器的指令字長(zhǎng)與數(shù)據(jù)字長(zhǎng)相等，故訪問(wèn)一次主存便可取一條指令或一個(gè)數(shù)據(jù)。隨著計(jì)算機(jī)的應(yīng)用范圍的不斷擴(kuò)大，解題精度的不斷提高，往往要求指令字長(zhǎng)是可變的，數(shù)據(jù)字長(zhǎng)也要求可變。為了適應(yīng)指令和數(shù)據(jù)字長(zhǎng)的可變性，其長(zhǎng)度不由存儲(chǔ)字長(zhǎng)來(lái)確定，而由字節(jié)的個(gè)數(shù)來(lái)表示。

創(chuàng)作挑戰(zhàn)賽新人創(chuàng)作獎(jiǎng)勵(lì)來(lái)咯，堅(jiān)持創(chuàng)作打卡瓜分現(xiàn)金大獎(jiǎng)

總結(jié)

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