一、什么叫尋址空間？

尋址空間一般指的是CPU對(duì)于內(nèi)存尋址的能力。通俗地說(shuō)，就是能最多用到多少內(nèi)存的一個(gè)問(wèn)題。數(shù)據(jù)在存儲(chǔ)器(RAM)中存放是有規(guī)律的 ，CPU在運(yùn)算的時(shí)候需要把數(shù)據(jù)提取出來(lái)就需要知道數(shù)據(jù)在那里 ，這時(shí)候就需要挨家挨戶的找，這就叫做尋址，但如果地址太多超出了CPU的能力范圍，CPU就無(wú)法找到數(shù)據(jù)了。 CPU最大能查找多大范圍的地址叫做尋址能力 ，CPU的尋址能力以字節(jié)為單位。

通常人們認(rèn)為，內(nèi)存容量越大，處理數(shù)據(jù)的能力也就越強(qiáng)，但內(nèi)存容量不可能無(wú)限的大，它要受到系統(tǒng)結(jié)構(gòu)、硬件設(shè)計(jì)、制造成本等多方面因素的制約，一個(gè)最直接的因素取決于系統(tǒng)的地址總線的地址寄存器的寬度（位數(shù)）。

計(jì)算機(jī)的尋找范圍由總線寬度（處理器的地址總線的位數(shù)）決定的，也可以理解為cpu寄存器位數(shù)，這二者一般是匹配的。

Intel公司早期的CPU產(chǎn)品的地址總線和地址寄存器的寬度為20位，即CPU的尋址能力為2^20=1024*1024字節(jié)=1024K字節(jié)=1M字節(jié)；286的地址總線和地址寄存器的寬度為24位，CPU的尋址能力為

2^24=1024*4*1024*4B=4*1024*4KB=16M；386及386以上的地址總線和地址寄存器的寬度為32位，CPU的尋址能力為2^32=4096M字節(jié)=4G字節(jié)。 也就是說(shuō)，如果機(jī)器的CPU過(guò)早，即使有很大的內(nèi)存也不能得到利用，而對(duì)于現(xiàn)在的PⅡ級(jí)的CPU，其尋址能力已遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過(guò)目前的內(nèi)存容量。

由此推出：地址總線為N位（N通常都是8的整數(shù)倍；也說(shuō)N根數(shù)據(jù)總線）的CPU尋址范圍是2的N次方字節(jié)，即2^N(B)。

二、16位、32位、64位通常指的是什么？

從CPU的發(fā)展史來(lái)看,從以前的8位到現(xiàn)在的64位,8位也就是CPU在一個(gè)時(shí)鐘周期內(nèi)可并行處理8位二進(jìn)字符0或是1,那么16就以此類推是64位就64位二進(jìn)制.

從數(shù)據(jù)計(jì)算上來(lái)講理論上64位比32快一半。但因?yàn)殡娔X是軟硬相配合才能發(fā)揮最佳性能的.所以操作系統(tǒng)也必須從32位的到64位的,而且系統(tǒng)的硬件驅(qū)動(dòng)也必須是64位的.

在64CPU的計(jì)算機(jī)上要安裝64位操作系統(tǒng)64位的硬件驅(qū)動(dòng),32位的硬件驅(qū)動(dòng)是不能用的,只有這樣才能發(fā)揮計(jì)算機(jī)的最佳性能.如果64CPU裝32操作系統(tǒng)的話,那性能不會(huì)有明顯的提升。

三、為什么是2的N次方，而不是其他數(shù)的N次方？

因?yàn)橛?jì)算機(jī)是采用二進(jìn)制計(jì)算的。 假設(shè)一臺(tái)計(jì)算機(jī),它只有1根地址線,請(qǐng)問(wèn)它最多能對(duì)幾個(gè)存儲(chǔ)單元尋址?答案是：2個(gè).因?yàn)樵谌魏?進(jìn)制計(jì)算機(jī)中,所有物理元件只有 0,1兩種狀態(tài),對(duì)應(yīng)這個(gè)例子,我們假設(shè)已經(jīng)把這唯一的一根地址線與兩個(gè)存儲(chǔ)單元a和b連上了,那么究竟怎么確定何時(shí)讀a何時(shí)讀b?有一個(gè)辦法,當(dāng)?shù)刂肪€上的電壓是高電壓時(shí)我們讀a,相反是低電壓時(shí),我們讀b.如此一來(lái),一根地址線的情況下,只能對(duì)2個(gè)存儲(chǔ)單元進(jìn)行尋址 依次類推,2根地址線時(shí)可以對(duì)4個(gè)存儲(chǔ)單元進(jìn)行尋址,對(duì)應(yīng)的電壓情況可以是:低低,低高,高低,高高;繼續(xù)想下去,3根地址線就可以對(duì)8個(gè)存儲(chǔ)單元進(jìn)行尋址（3個(gè)1和3個(gè)0不同組合情況：111、110、100、000、101、100、001、011）,4根就是16個(gè),也就是說(shuō),當(dāng)有n根地址線時(shí),可以對(duì)2的n次方個(gè)存儲(chǔ)單元進(jìn)行尋址。

一根線是怎么連接到兩個(gè)存儲(chǔ)單元的？好像不同于一根電話線吧，他有兩個(gè)線芯或才網(wǎng)線，有八個(gè)小線（線芯）?

四、什么是存儲(chǔ)單元？ 

存儲(chǔ)單元一般應(yīng)具有存儲(chǔ)數(shù)據(jù)和讀寫(xiě)數(shù)據(jù)的功能，一般以8位二進(jìn)制作為一個(gè)存儲(chǔ)單元，也就是一個(gè)字節(jié)。每個(gè)單元有一個(gè)地址，是一個(gè)整數(shù)編碼，可以表示為二進(jìn)制整數(shù)。

程序中的變量和主存儲(chǔ)器的存儲(chǔ)單元相對(duì)應(yīng)。變量的名字對(duì)應(yīng)著存儲(chǔ)單元的地址，變量?jī)?nèi)容對(duì)應(yīng)著單元所存儲(chǔ)的數(shù)據(jù)。

五、為什么計(jì)算機(jī)采用二進(jìn)制？

（1）技術(shù)實(shí)現(xiàn)簡(jiǎn)單，計(jì)算機(jī)是由邏輯電路組成，邏輯電路通常只有兩個(gè)狀態(tài)，開(kāi)關(guān)的接通與斷開(kāi)，這兩種狀態(tài)正好可以用“1”和“0”表示。

（2）簡(jiǎn)化運(yùn)算規(guī)則：兩個(gè)二進(jìn)制數(shù)和、積運(yùn)算組合各有三種，運(yùn)算規(guī)則簡(jiǎn)單，有利于簡(jiǎn)化計(jì)算機(jī)內(nèi)部結(jié)構(gòu)，提高運(yùn)算速度。

（3）適合邏輯運(yùn)算：邏輯代數(shù)是邏輯運(yùn)算的理論依據(jù)，二進(jìn)制只有兩個(gè)數(shù)碼，正好與邏輯代數(shù)中的“真”和“假”相吻合。

（4）易于進(jìn)行轉(zhuǎn)換，二進(jìn)制與十進(jìn)制數(shù)易于互相轉(zhuǎn)換。

（5）用二進(jìn)制表示數(shù)據(jù)具有抗干擾能力強(qiáng)，可靠性高等優(yōu)點(diǎn)。因?yàn)槊课粩?shù)據(jù)只有高低兩個(gè)狀態(tài)，當(dāng)受到一定程度的干擾時(shí)，仍能可靠地分辨出它是高還是低。 

我們的宇宙誕生于137億年前的一次大爆炸。在宇宙之外的一個(gè)宇宙中，有一個(gè)星系與銀河系具有非常顯著的相似之處，在這個(gè)星系的一條旋臂上，存在著一個(gè)恒星系統(tǒng)，這個(gè)系統(tǒng)中只有一顆恒星，這顆恒星也與我們的太陽(yáng)非常相似，再將鏡頭放大，在這顆恒星周圍存在著八大行星，其中第三顆行星與我們的地球非常相似，這顆行星上同樣也存在著高等直立智慧生物，其中有一個(gè)生物和您非常相似，過(guò)著同樣的生活，更重要的是，此時(shí)此刻，他與您一樣，也正在閱讀這篇文章正文第一段的最后一行。

在X86系統(tǒng)里面，其實(shí)有多個(gè)尋址空間（Memory空間、IO空間、PCI的配置空間）類似于獨(dú)立的多個(gè)并行的宇宙，雖然沒(méi)有多宇宙的相似性，但是每個(gè)空間通過(guò)自己的指令，自己獨(dú)立編制，是不同的空間，互不干涉。這在RISC處理器的編址方式里面，是不涉及的，在RISC處理器中，一般所有的外設(shè)，內(nèi)存，寄存器都在統(tǒng)一的尋址空間。 

IO空間

通過(guò)in/ins、out/outs指令訪問(wèn)。

16位地址范圍(0-0FFFFh)。

對(duì)于x86架構(gòu)來(lái)說(shuō)，通過(guò)IN/OUT指令訪問(wèn)。PC架構(gòu)一共有65536個(gè)8bit的I/O端口，組成64KI/O地址空間，編號(hào)從0~0xFFFF。連續(xù)兩個(gè)8bit的端口可以組成一個(gè)16bit的端口，連續(xù)4個(gè)組成一個(gè)32bit的端口。I/O地址空間和CPU的物理地址空間是兩個(gè)不同的概念，例如I/O地址空間為64K，一個(gè)32bit的CPU物理地址空間是4G。

MMIO占用CPU的物理地址空間，對(duì)它的訪問(wèn)可以使用CPU訪問(wèn)內(nèi)存的指令進(jìn)行。一個(gè)形象的比喻是把文件用mmap()后，可以像訪問(wèn)內(nèi)存一樣訪問(wèn)文件、同樣，MMIO是用訪問(wèn)內(nèi)存一樣的方式訪問(wèn)I/O資源，如設(shè)備上的內(nèi)存。MMIO不能被cache，原因以前很多帖子論述過(guò)，就不多說(shuō)了（有特殊情況，如VGA）。

Port I/O和MMIO的主要區(qū)別在于:

1）前者不占用CPU的物理地址空間，后者占有（這是對(duì)x86架構(gòu)說(shuō)的，一些架構(gòu)，如IA64，port I/O占用物理地址空間）。

2）前者是順序訪問(wèn)。也就是說(shuō)在一條I/O指令完成前，下一條指令不會(huì)執(zhí)行。例如通過(guò)Port I/O對(duì)設(shè)備發(fā)起了操作，造成了設(shè)備寄存器狀態(tài)變化，這個(gè)變化在下一條指令執(zhí)行前生效。uncache的MMIO通過(guò)uncahce memory的特性保證順序性。

3）使用方式不同

由于port I/O有獨(dú)立的64KI/O地址空間，但CPU的地址線只有一套，所以必須區(qū)分地址屬于物理地址空間還是I/O地址空間。早期的CPU有一個(gè)M/I針腳來(lái)表示當(dāng)前地址的類型。