字长

字长是指在计算机中，在同一时间内处理的一组二进制数称为一个计算机的“字”，而这组二进制数的位数就是字长。根据计算机的不同，字长有固定的和可变的两种。固定字长，即字长度不论什么情况都是固定不变的；可变字长，则在一定范围内，其长度是可变的。

1、定义

字长是CPU的主要技术指标之一，指的是CPU一次能并行处理的二进制位数，字长总是8的整数倍，通常PC机的字长为16位（早期），32位，64位。一台16位字长的PC机，可以直接处理2的16次方（65536）之内的数字，对于超过65536的数字就需要分解的方法来处理。32位pc机比16位机优越的原因就在于它在一次操作中能处理的数字大，32位字长的PC机能直接处理的数字高达40亿（2的32次方），能处理的的数字越大，则操作的次数就越少，从而系统的效率也就越高。字长在计算机的运算器、控制器中，通常都是以字为单位进行传送的。字出现在不问的地址其含义是不相同。例如，送往控制器去的字是指令，而送往运算器去的字就是一个数。

一般说来，计算机在同一时间内处理的一组二进制数称为一个计算机的“字”，而这组二进制数的位数就是“字长”。字长与计算机的功能和用途有很大的关系，是计算机的一个重要技术指标。字长直接反映了一台计算机的计算精度，为适应不同的要求及协调运算精度和硬件造价间的关系，大多数计算机均支持变字长运算，即机内可实现半字长、全字长（或单字长）和双倍字长运算。在其他指标相同时，字长越大计算机的处理数据的速度就越快。早期的微机字长一般是8位和16位，386以及更高的处理器大多是32位。目前市面上的计算机的处理器大部分已达到64位。

2、具体介绍

字

在计算机中，一串数码作为一个整体来处理或运算的，称为一个计算机字，简称字。字通常分为若干个字节(每个字节一般是8位)。在存储器中，通常每个单元存储一个字，因此每个字都是可以寻址的。字的长度用位数来表示。

在计算机的运算器、控制器中，通常都是以字为单位进行传送的。字出现在不同的地址其含义是不相同。例如，送往控制器去的字是指令，而送往运算器去的字就是一个数。

字长

字长是指计算机的每个字所包含的位数。根据计算机的不同，字长有固定的和可变的两种。固定字长，即字长度不论什么情况都是固定不变的；可变字长，则在一定范围内，其长度是可变的。

计算的字长是指它一次可处理的二进制数字的数目。计算机处理数据的速率，自然和它一次能加工的位数以及进行运算的快慢有关。如果一台计算机的字长是另一台计算机的两倍，即使两台计算机的速度相同，在相同的时间内，前者能做的工作是后者的两倍。一般地，大型计算机的字长为32―64位，小型计算机为16―32位，而微型计算机为4一16位。字长是衡量计算机性能的一个重要因素。

字节

字节是指一小组相邻的二进制数码。通常是8位作为一个字节。它是构成信息的一个小单位，并作为一个整体来参加操作，比字小，是构成字的单位。在微型计算机中，通常用多少字节来表示存储器的存储容量。

3、相关名词介绍

设备连接关系图

寻址空间

处理机字长是指处理机能同时处理（或运算）的位数，即同时处理多少位（bit）数据。比如IntelPentium4处理器字长为32位，它能同时处理32位的数据，也即它的数据总线为32位。以前的处理器比如8086，则为16位处理器，现在新兴的64位处理器，它的数据吞吐能力更强，即能同时对64位数据进行运算。处理器的字长越大，说明它的运算能力越强。

如果讲处理器的寻址范围，则要看处理器的地址总线的位数，而不是它的字长！这个要明白！比如IntelPentium4处理器的数据总线为32位，地址总线也是32位。8086的数据总线为16位，地址总线为20位。新兴的64位处理器的数据总线为64位，地址总线大部分是32位。这个清楚之后，再看地址总线与寻址范围的关系。存储单元是以字节（byte）为单位，N根地址总线能访问2的N次方个存储单元。于是有32位地址总线可以访问2的32次方个存储单元，即4GB。8086处理器字长是16位，它的地址总线是20位，所以能访问2的20次方个存储单元，即1MB。

寻址范围

地址指针的字长是二进制的16位，说明可以表达的地址个数为2^16个，寻址范围是按数据总线位数（一次提取的数据位数）计算得到的地址个数。

双倍字长

双倍字长是指计算机内部参与运算的数的位数。它决定着计算机内部寄存器、ALU和数据总线的位数，直接影响着机器的硬件规模和造价。双倍字长直接反映了一台计算机的计算精度，为适应不同的要求及协调运算精度和硬件造价间的关系，大多数计算机均支持变字长运算，即机内可实现半字长、全字长（或单字长）和双倍字长运算。微型机的字长通常为4位、8位、16位和32位，64位字长的高性能微型计算机也已推出。

双倍字长对计算机计算精度的影响：

4位字长：2^4=16；16位字长：2^16=65536=64K

32位字长：2^32=4,294,967,296=4G；64位字长：2^64≈1.8445×1019

数据总线DB用于传送数据信息。数据总线是双向三态形式的总线，即他既可以把CPU的数据传送到存储器或I/O接口等其它部件，也可以将其它部件的数据传送到CPU。数据总线的位数是微型计算机的一个重要指标，通常与微处理的字长相一致。例如Intel8086微处理器字长16位，其数据总线宽度也是16位。需要指出的是，数据的含义是广义的，它可以是真正的数据，也可以指令代码或状态信息，有时甚至是一个控制信息，因此，在实际工作中，数据总线上传送的并不一定仅仅是真正意义上的数据。

地址总线AB是专门用来传送地址的，由于地址只能从CPU传向外部存储器或I/O端口，所以地址总线总是单向三态的，这与数据总线不同。地址总线的位数决定了CPU可直接寻址的内存空间大小，比如8位微机的地址总线为16位，则其最大可寻址空间为2^16=64KB，16位微型机的地址总线为20位，其可寻址空间为2^20=1MB。一般来说，若地址总线为n位，则可寻址空间为2^（n-10）字节。

控制总线CB用来传送控制信号和时序信号。控制信号中，有的是微处理器送往存储器和I/O接口电路的，如读/写信号，片选信号、中断响应信号等；也有是其它部件反馈给CPU的，比如：中断申请信号、复位信号、总线请求信号、限备就绪信号等。因此，控制总线的传送方向由具体控制信号而定，一般是双向的，控制总线的位数要根据系统的实际控制需要而定。实际上控制总线的具体情况主要取决于CPU.

4、字长计算

某计算机字长32位，存储容量8MB。按字编址，其寻址范围为(0～2M-1)计算步骤：8MB字节=8*1024*1024*8位。所以8MB/32位=2M

处理机字长是指处理机能同时处理（或运算）的位数，即同时处理多少位（bit）数据。比如IntelPentium4处理器字长为32位，它能同时处理32位的数据，也即它的数据总线为32位。以前的处理器比如8086，则为16位处理器，现在新兴的64位处理器，它的数据吞吐能力更强，即能同时对64位数据进行运算。处理器的字长越大，说明它的运算能力越强。如果讲处理器的寻址范围，则要看处理器的地址总线的位数，而不是它的字长！这个要明白！比如IntelPentium4处理器的数据总线为32位，地址总线也是32位。8086的数据总线为16位，地址总线为20位。新兴的64位处理器的数据总线为64位，地址总线大部分是32位。这个清楚之后，再看地址总线与寻址范围的关系。存储单元是以字节（byte）为单位，N根地址总线能访问2的N次方个存储单元。于是有32位地址总线可以访问2的32次方个存储单元，即4GB。8086处理器字长是16位，它的地址总线是20位，所以能访问2的20次方个存储单元，即1MB。另外一点需要注意的就是，如果有些题目说：按“字”寻址，就说明是存储单元大小为字长的位数，按“字节”寻址，说明存储单元式字节的大小。

5、字长的选择

在设计计算机时，字长的选择是非常重要的。设计上的考虑倾向于为特定的用途（如地址）设定特定的位长。然而，出于经济的考虑，又应该仅使用一种尺寸，或者很少的几种与基本尺寸成倍数或分数（约数）关系的尺寸。这个首选的基本尺寸就成为该构架的字长。

字符的尺寸对于字长的选择也有影响。20世纪60年代中期以前，字符大部分以6位存储；这样最多允许64个字符，因此不能又大写字符。由于将字长定义成字符尺寸的倍数在处理时间和存储空间上都比较划算，所以这个时期字长也就被定义为6位（在二进制机器上）的倍数。通常的选择是36位字长，这也是适合于浮点数格式的一个长度。

随着IBM360系统的引入——该系统使用8位字符，并支持大小写字母——标准的字符（确切地说：字节）尺寸也转变成为8位。从那以后，字长也自然变成了8的倍数，16、32、64位字长被广泛使用。

各种字长的架构

早期的计算机设计中具有所谓的“多字长”

（原文：Earlymachinedesignsincludedsomethatusedwhatisoftentermedavariablewordlength.——译者）。在这类组织中，数字操作数没有固定的长度，它们通过检查某个特殊字符来判断是否结束。这样的机器使用BCD编码表示数字。这样的机器包括IBM702、IBM705、IBM7080、IBM7010、UNIVAC1050、IBM1401和IBM1620。

大部分这样的机器一次处理一个存储单元，因为每条指令和数据占用的数个单元，所以指令将使用数个周期来读取存储器。这类机器经常因为这个原因变得非常慢。例如，在IBM1620ModelI上，取指令需要8个周期，只是为了读取12个数字（ModelII降低到6个周期，不过如果指令不需要取其中的一个1个地址域的话，可以只需要4个周期；如果两个都不需要，则只需要1个周期）

字和字节编址

字长对计算机构架的存储器模式有很大的影响。特别是：通常选择字作为存储器的编址方案，所谓存储器编址方案就是地址码能够指定的最小存储单位。Inthisapproach,编号相邻的内存字组，其位址编号相差一。在计算机中这样很自然，因为它通常总是要处理以字为单位的数据（或者是以字的倍数）。并且具有让指令可以使用最小的长度来指定一个地址的优点，这样，就可以减少指令长度或者可以定义更多的指令条数。

当计算机很大的工作量是用来处理字节时，通常定义字节作为地址编址单位要比字更好。这样做字符串中的单个字符可以通过地址直接指定。当然，一个字仍然可以被地址访问，但是比起字编址方案，它的地址将使用更多的位数。在这种组织结构中，字长需要被定义为字符长度的整数倍。这种编址方案在IBM360中被使用，此后即变成计算机设计中最普遍的方案。

2的幂

数据常常要占用不同大小的存储空间，例如，有些数值比其他的数值要求有更高的精度。通常使用的长度是编址单位（以字为单位编址或以字节为单位编址）的倍数，这个倍数常常是的2的幂。这样做是比较便利的，因为这样的话，将一个处理对象在数组中的索引值转化为这个处理对象的地址只需要进行一个移位操作(这在硬件上只需要进行布线的变化）而不需要进行乘操作。某些时候这样的做法还可以避免除操作。因此，一些现代计算机设计使用的字长（或者其他的操作数）是2的幂乘以字节尺寸。